摘 要：針對廣州發(fā)電廠有限公司原有輸煤控制系統(tǒng)（PLC）設(shè)備老化，事故多發(fā)的情況，采用較新技術(shù)的上海新華控制有限公司的XDPS系統(tǒng)（DCS）對輸煤控制系統(tǒng)進(jìn)行改造。介紹了改造后的控制系統(tǒng)配置、實現(xiàn)的功能及改造中發(fā)生的問題與解決辦法，并列述了XDPS-400在性能價格比方面的優(yōu)勢。
關(guān)鍵詞：能源與動力工程；火電廠；輸煤系統(tǒng)；程控；配煤；控制邏輯
Application of DCS for Program-Controlled Coal Conveying in Power Plants
LIU Guo-li
（Examination and Repair Center，Guangzhou Power Plant Co．Ltd．Guangzhou 510160，China）
Abstract：In order to shoot the troubles frequently encountered by the original coal conveying control system（PLC）of Guangzhou Power Plant due to aging equipment reasons，an alteration was made with higher technological XDPS system （DCS）by shangghai Xinhua Control Technology Co．Ltd．An introduction is being presented to itsconfiguration， functions， problems encountered and countermeasures taken during alteration． Meanwhile theadvantages on high performance to price ratios are mentioned．
Keywords：energy and power engineering： fossil fuel — fired power plant； coal conveying system ； programcontrol；coal distribution；control logic
廣州發(fā)電廠有限公司的輸煤系統(tǒng)投產(chǎn)于1997年3月，為5臺鍋爐J0個煤倉提供燃煤。輸煤系統(tǒng)原先通過PLC程控系統(tǒng)和繼電器完成遠(yuǎn)方控制，操作盤面布置復(fù)雜，控制方式落后，運行中多次出現(xiàn)CPU模塊死機(jī)、I／O模塊損壞、繼電器吸合不正常等故障。該系統(tǒng)已無法適應(yīng)發(fā)電和安全生產(chǎn)的需要，因此需對輸煤控制系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)改造。從2006年4月起，采用上海新華控制有限公司的XDPS-400系統(tǒng)對輸煤控制系統(tǒng)進(jìn)行改造。
目前，該輸煤系統(tǒng)使用的DCS覆蓋了數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)（DAS）、模擬量控制系統(tǒng)（MCS），輸煤工業(yè)電視、皮帶秤和入爐原煤采樣系統(tǒng)等。
l1 系統(tǒng)改造方案
1．1 原則和目標(biāo)
此次改造，期望通過采用成熟的DCS技術(shù)，確保輸煤系統(tǒng)可靠、穩(wěn)定地運行，并且具備良好的系統(tǒng)擴(kuò)展功能。輸煤程控改造后實現(xiàn)系統(tǒng)集中控制，運行人員在控制室內(nèi)能對整個系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控，實現(xiàn)全系統(tǒng)設(shè)備的啟、停和自動程序控制功能。皮帶秤和入爐原煤采樣系統(tǒng)納入DCS，所有運行參數(shù)、報警信息以及設(shè)備運行狀態(tài)可定時或隨時打印，可根據(jù)實際需要打印生產(chǎn)統(tǒng)計報表和運行定期報表。
1．2 方案
輸煤系統(tǒng)的輸入、輸出量主要是開關(guān)量，整個控制過程主要是邏輯控制。經(jīng)反復(fù)論證最終選用了融計算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)庫、信息技術(shù)和自動控制技術(shù)為一體的 XDPS-400分散控制系統(tǒng)。XDPS在構(gòu)成應(yīng)用系統(tǒng)時，分布處理單元DPU支持遠(yuǎn)程I／O站，I／O站通過網(wǎng)絡(luò)與DPU進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，比較適用于控制對象分散、跨度大的場合。
1．3 I／O點配置
該輸煤系統(tǒng)共有8條膠帶輸送機(jī)，4個三通擋板，3臺皮帶給煤機(jī)，4臺振動給煤機(jī)，2臺環(huán)錘式碎煤機(jī)，2臺波動篩煤機(jī)，8臺振動防閉塞裝置，4臺帶式除鐵器，30臺犁煤器，2臺皮帶秤，1套原煤采制樣裝置等，共計70臺（套）設(shè)備。根據(jù)上述設(shè)備，I／O總測點數(shù)約為515點（其中遠(yuǎn)程I／O為174 點），實際配置776點（其中遠(yuǎn)程I／O配置為248點），具有20％ 以上的冗余量。具體配置情況見表1。
綜合考慮性價比等因素，輸煤控制系統(tǒng)改造采用了1對DPU和4個I／O站的架構(gòu)方式，整個系統(tǒng)共配置7個機(jī)柜，其中本地站4個機(jī)柜，遠(yuǎn)程站3個機(jī)柜，本地站和遠(yuǎn)程站通過光纖進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通訊。系統(tǒng)配置2臺操作員站，每臺操作員站均可作為工程師站和歷史數(shù)據(jù)站。
1．4 軟件配置
XDPS軟件分MMI站軟件、GTW 網(wǎng)關(guān)軟件和態(tài)軟件，操作系統(tǒng)為Windows 2000中文版，系統(tǒng)補(bǔ)丁為SP4。NetWin是MMI的總控軟件，啟動NetWin后，同時也啟動了XDPS的實時數(shù)據(jù)庫和實時網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動程序。
2 系統(tǒng)實現(xiàn)的功能
2．1 OPU操作員站功能
（1）模擬圖監(jiān)視
以工藝流程模擬圖為基本監(jiān)視手段，動態(tài)顯示系統(tǒng)內(nèi)每一個模擬量和數(shù)字量（顏色），共設(shè)置系統(tǒng)流程圖、上煤部分、配煤部分和采樣機(jī)模擬圖。模擬圖中以顏色變化表示設(shè)備狀態(tài)的變化，通過模擬圖可以基本實現(xiàn)系統(tǒng)運行監(jiān)視的需要。
（2）過程參數(shù)設(shè)定
通過檢修倉設(shè)置按鈕可以隨時設(shè)置檢修倉，已設(shè)置為檢修倉的犁煤器將被禁止操作，通過掛牌畫面可以對任何設(shè)備進(jìn)行檢修狀態(tài)設(shè)置，對于檢修狀態(tài)的設(shè)備禁止程控系統(tǒng)對設(shè)備的操作指令輸出。系統(tǒng)設(shè)置專用流程選擇畫面，用于對系統(tǒng)所啟動設(shè)備進(jìn)行組合選擇。系統(tǒng)自動判斷流程選擇正確與否，發(fā)出流程選擇有效和允許啟動語音提示。
（3）設(shè)備啟、停
在模擬圖上點擊所操作的設(shè)備，即彈出對應(yīng)的操作器。操作畫面上顯示信息有程控上煤和手動上煤方式、程控配煤和手動配煤方式，以及流程有效、允許啟動、設(shè)備跳閘等信息。
（4）開關(guān)量顯示報警
在顯示畫面上設(shè)計有專用的開關(guān)量報警彈出窗口以及報警光字牌畫面，對系統(tǒng)各種報警信息可根據(jù)需要進(jìn)行滾動報警，對系統(tǒng)重要開關(guān)量設(shè)置語音報警。
2．2 設(shè)備控制功能
（1）運行控制方式
根據(jù)上位機(jī)操作員設(shè)定的聯(lián)鎖手動和程控兩種方式控制皮帶運行。在上位機(jī)失靈時控制方式可轉(zhuǎn)為就地上煤方式。在程序啟動過程中如遇到設(shè)備故障或跳閘時，可以通過“上煤復(fù)位”和“繼續(xù)啟動”按鈕復(fù)位故障信息，并繼續(xù)啟動流程選中的設(shè)備。
（2）設(shè)備保護(hù)
皮帶設(shè)備保護(hù)有打滑、跑偏、堵煤、拉繩開關(guān)。當(dāng)運行設(shè)備出現(xiàn)故障或事故時，立即停止該皮帶或設(shè)備，同時聯(lián)跳逆煤流方向的所有設(shè)備，但碎煤機(jī)除本身事故外不被聯(lián)跳。系統(tǒng)運行過程中可通過操作監(jiān)控畫面中的軟急停按鈕或同時按控制臺硬急停按鈕實現(xiàn)對整個輸煤系統(tǒng)所有運行設(shè)備的緊急停運。
2．3 配煤功能
配煤控制方式分為“程序配煤”及“手動配煤”兩種方式。“程序配煤”又分為低煤配、順序配和余煤配3種。在“程序配煤”方式下，首先進(jìn)行低煤配，然后進(jìn)行順序配，再進(jìn)行余煤配。在整個程配過程中，可根據(jù)實際情況隨時通過“配煤復(fù)位”和“雙犁重配”按鈕對配煤過程進(jìn)行干預(yù)，也可在“手動配煤”和“程控配煤”之間進(jìn)行切換。表2列出了改造前、后的配煤及計量方式的差異。
“手動配煤”為在MMI上根據(jù)各煤倉儲煤情況對犁煤器進(jìn)行一對一抬、落控制操作。
2．4 工業(yè)電視監(jiān)控功能
此次輸煤改造同時對原有工業(yè)電視系統(tǒng)進(jìn)行了升級，監(jiān)控畫面由4臺電視機(jī)擴(kuò)展為6臺，其中1臺電視機(jī)專供指定的l6路監(jiān)控點巡檢使用；監(jiān)控點由原來的 23路增加至32路，主要增加了7臺給煤機(jī)監(jiān)控點、輸煤采樣機(jī)監(jiān)控點等。無論程控配煤還是手動配煤，輸煤工業(yè)電視始終自動跟蹤順煤流方向的第一個落下的犁煤器。
3 改造中遇到的問題及解決方法
3．1 采樣探頭信號與DI端子板不匹配
在采樣機(jī)DCS改造中發(fā)現(xiàn)采樣探頭信號與XDPS的DI端子板不匹配，采樣機(jī)設(shè)備6個探頭信號均為30V DC有源信號，而DCS系統(tǒng)DI板只能采集到無源信號。
解決方案為在探頭信號到DI板間增加24VDC繼電器（見圖1）。用探頭的30V DC有源信號驅(qū)動中間繼電器線圈動作，再把中間繼電器的觸點接入DI板。
3．2 采樣探頭信號無法被采集
采樣機(jī)探頭發(fā)出脈沖信號太短，因此造成采樣機(jī)接入DCS后無法完全采集到探頭的開關(guān)量信號，影響到采樣機(jī)的正常運行。
解決方案為加長采樣機(jī)發(fā)訊探頭（接近開關(guān)）與采樣機(jī)螺釘?shù)慕佑|面積（見圖2）。在采樣機(jī)螺釘上加裝弧形鐵板，增加發(fā)訊探頭的采樣時間，從而解決探頭發(fā)出脈沖信號太短的問題。改造后DCS系統(tǒng)實現(xiàn)了100％ 采集到探頭信號，未再發(fā)生采集信號丟失現(xiàn)象。
3．3 皮帶稱設(shè)備與DCS無法通訊
皮帶秤設(shè)備使用的是徐州拉姆齊公司10-301積算器，該積算器原有通訊協(xié)議與XDPS的通訊協(xié)議不匹配，無法接入DCS，嚴(yán)重影響了輸煤系統(tǒng)的改造。
301積算器在每增加1 t累計時內(nèi)部固態(tài)繼電器有一個脈沖輸出，利用該特點通過加裝繼電器。在DCS中對采集到的煤量進(jìn)行．累加就得到了累計流量（見圖3），其中虛框部分為組態(tài)和加裝部分。
施工過程中發(fā)現(xiàn)，由于加裝的繼電器吸合時間太短，在將301積算器內(nèi)部固態(tài)繼電器吸合時間調(diào)到最大后DCS仍存在采集信號丟失的情況，于是通過反復(fù)調(diào)整DCS組態(tài)內(nèi)部頁執(zhí)行周期，最終實現(xiàn)了與積算器同步計數(shù)。
4 輸煤控制系統(tǒng)的特點
XDPS-400型DCS設(shè)備與其他設(shè)備相比具有較高的性能價格比。
4．1 開放式的組態(tài)工具
XDPS系統(tǒng)使用Windows操作系統(tǒng)，DPU圖形組態(tài)軟件方便直觀，支持在線或離線組態(tài)。XDPS系統(tǒng)組態(tài)功能塊使用中文描述和說明，種類較少，但非常實用。XDPS系統(tǒng)組態(tài)完成后可進(jìn)行離線模擬和仿真，測試組態(tài)是否正確，在線組態(tài)無需編譯即可直接生效。
4．2 系統(tǒng)功能優(yōu)化和擴(kuò)展
參考以往的輸煤控制系統(tǒng)，在系統(tǒng)設(shè)計階段即完善了系統(tǒng)控制邏輯，提出了尾犁前移以及奇數(shù)、偶數(shù)倉分別配煤的邏輯，有效地克服了以往配煤過程中的不均勻情況。改造后的輸煤系統(tǒng)將皮帶秤稱重和入爐原煤采樣系統(tǒng)納入DCS系統(tǒng)，實現(xiàn)了一體化監(jiān)控。XDPS系統(tǒng)還預(yù)留了足夠的I／O點，便于現(xiàn)場新增設(shè)備的接入。
4．3 系統(tǒng)可靠性高
輸煤程控使用的XDPS-400系統(tǒng)廣泛采用了冗余設(shè)計技術(shù)，對控制主機(jī)、故障檢測和判別、數(shù)據(jù)高速公路、電源模件等均采用1：1冗余。對I／O卡件采用繼電器、光電隔離等隔離設(shè)計，系統(tǒng)具有完善的自診斷功能，提供從網(wǎng)絡(luò)、I／O卡件到通道級豐富的自診斷功能。
5 結(jié) 語
上海新華控制有限公司XDPS系統(tǒng)采用全中文組態(tài)與顯示界面，支持在線和離線組態(tài)，設(shè)計穩(wěn)定可靠，能夠?qū)崿F(xiàn)輸煤控制系統(tǒng)所要求的各種功能。經(jīng)過改造后的輸煤系統(tǒng)實現(xiàn)了程序自動控制和現(xiàn)場的監(jiān)控管理。在自動化方面，實現(xiàn)了輸煤皮帶啟、停自動化和配煤自動化、工業(yè)電視監(jiān)控自動切換等功能；同時將皮帶秤和入爐原煤采樣系統(tǒng)也納入了DCS。由于采用了DCS設(shè)備，為整個輸煤程控系統(tǒng)的擴(kuò)展提供了空間，也為后期的給煤機(jī)變頻改造奠定良好的基礎(chǔ)。
從設(shè)備質(zhì)量和功能上看，XDPS系統(tǒng)技術(shù)性能指標(biāo)超過了原有PLC設(shè)備的水平，特別在DPU功能算法和人機(jī)界面上遠(yuǎn)優(yōu)于原有PLC系統(tǒng)，配煤方式上采用奇、偶數(shù)煤倉輪流配煤的方式，有效地克服了低煤配和順序配之間的頻繁切換，使整個配煤過程更均勻。輸煤系統(tǒng)程控改造完成并運行已有一年多的時間，整個系統(tǒng)運行良好，大大減少了維護(hù)工作量，提高了經(jīng)濟(jì)效益。
參考文獻(xiàn)：
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