浅谈锅炉给煤机自动控制系统的改造

刘成进

（福建能源集团安溪煤矸石发电有限公司，福建 安溪 362411）

安溪煤矸石发电有限公司1、2号锅炉给煤机自动控制系统，原设计为现场PLC自动控制系统，是江苏赛摩拉姆齐技术有限公司配套产品。由于给煤机附近粉尘较多，控制柜又无密封设计，导致接点积灰、磨损、老化和松动，使控制系统的故障经常发生，增加了现场维护的工作量。柜内强电和弱电导线绞接在一起，相互干扰严重，最重要的是PLC控制器（PLC是精密电子设备，对环境要求较高）长期处于恶劣环境下，其运算性能和控制精度下降，常常因积灰出现误动作和误报警，甚至拒动作，且配件极贵，维护费用高。而给煤机自动控制系统，是锅炉安全燃烧的重要组成部分。给煤机控制系统的控制精度是否准确、控制逻辑是否正确和保护功能是否可靠，将直接影响给煤机的运行，进而影响整个火力发电机组的安全和经济运行。由于上述问题的存在，难以保证锅炉给煤控制系统的安全运行。

随着计算机技术的飞速发展，给煤机微机控制系统也在不断发展，为了适应DCS系统和燃煤机组精确计量和自动控制的需要，以及公司安全生产的需要，决定进行给煤机控制系统直接采用DCS控制的技术改造工作。

1 工程特点及项目技术措施方案

福建省安溪煤矸石发电有限公司1、2号汽轮发电机组，是装机容量为50MW燃煤机组。其中，锅炉是由济南锅炉厂生产的YG220/9.8-M2型循环流化床锅炉；汽轮机是由武汉汽轮机厂生产的N50-8.83/535型凝汽式汽轮机；发电机是由武汉汽轮发电机厂制造的QFS-50-2型发电机；给煤机是江苏赛摩拉姆齐技术有限公司生产的皮带给煤机，每台机组共4套给煤机，都是采用PLC控制。因给煤机常出现设备故障，导致机组负荷波动，甚至造成锅炉停炉，时刻威胁机组安全运行，因此对给煤机控制系统的可靠性，受到极大的关注。为提高电厂自动化水平，满足机组安全、稳定、经济、高效运行的要求，经过研究决定进行如下技术改造：取消现场PLC控制器，其控制方法、控制过程、控制逻辑在DCS软件上重新设计、重新编写，采用DCS的强大功能，来实现PLC控制器的自动控制。

2 项目技术内容及步骤

项目主要包括硬件及软件两部分。

2.1 硬件改造内容

该项目硬件部分的改造，主要是热控控制信号的的改造工作，即由原输入至PLC的信号，全部改输入至DCS相关卡件的端子，原部分电缆保留，主要信号做如下改造：

（1）气动出口插板门未开到位跳闸保护。该项改造是取消原故障率极高、维护检修难度较大的接触式的限位开关，改用非接触式的接近开关信号，送至DCS（该项改造已经与赛摩拉姆齐技术有限公司取得联系并被该公司采纳，推广全国相关的电厂使用）。

（2）给煤机出口温度超80℃跳闸保护。该项改造是取消原精度等级较低的电接点双金属温度计，改用热电偶温度测量信号送到DCS，并且通过DCS软件程序的软接点，实现给煤机出口温度高于80℃跳闸保护的功能。

（3）堵煤跳闸保护、断皮带跳闸保护和给煤机变频器故障跳闸保护等，原信号直接进入DCS。

（4）报警部分。给煤机皮带跑偏报警，给煤机皮带打滑报警，给煤机断链报警，给煤机断带报警等，采用原PLC输入信号进入DCS，DCS实现软接点语音报警、给煤机堵煤报警、给煤机超温报警、给煤机变频器故障等DCS取用保护信号，DCS实现软接点语音报警。

（5）输出部分。DCS经过计算机的逻辑判断输出指令的干接点，直接接至原来PLC的输出端子，启动给煤机及清扫机，实现DCS自动控制。

2.2 硬件改造步骤

（1）给煤变频控制盘接线的整理，重新排列新接线端子，将输入PLC的相关接线接入DCS的相应端子；

（2）铺设DCS至就地一次部分的控制电缆，并在控制柜内与一次部分的相应端子进行连接；

（3）完成给煤气动出口插板门接近开关，给煤机出口温度热电偶等一次部分的的安装工作；

（4）完成控制线的接线工作；

（5）将给煤控制盘可靠接地；

（6）检查控制回路、动力回路接线是否正确；

（7）送电至给煤控制盘；

（8）就地单体调试变频器启停功能、调速功能，气动出口插板门开关等单体调试；

（9）DCS单体调试变频器启停功能、调速功能，气动出口插板门开关等单体调试；

（10）整体启动调试。

2.3 设备材料清单

以下清单按每台给煤机统计，共计8套（见表1）。

表1 设备材料清单表

2.4 软件部分简介

安溪煤矸石发电有限公司DCS系统是上海新华分散处理系统，它代表了新华的产品系列。软件XDPS不局限于控制（Controlling），它强调的是过程处理（Processing），包含了控制及其他一些信息处理功能。XDPS可以构成各种独立的控制装置、分散控制系统DCS、监控和数据采集系统（SCADA），它可以完成实时数据采集、过程控制、顺序控制、高级控制、报警检测、监视和操作，可以对数据进行记录、统计、显示和打印等处理。

XDPS由高速实时数据网络和人机接口站（MMI）与分散处理单元（DPU）三大部分组成，是一套融计算机、网络、数据库、信息技术和自动控制技术为一体的工业信息技术系列产品。

XDPS的通讯网络，是以以太网为基础的局域网，其主干网络采用环形冗余以太网，通讯速率10Mbps/100Mbps。I/O卡件与DPU通讯采用1∶1冗余的10M以太网，智能远程I/O采用1∶1冗余以太网与主干网连接。XDPS采用了最新的控制和信息技术，把生产过程控制数据和信息系统综合在一起，提供了工厂管理一体化的解决方案。

2.5 软件编写所达到的系统功能要求

软件编写部分内容，主要是利用新华公司的生产的软件——XDPS进行PLC所有逻辑的编写工作，实现PLC自动运行系统相当的逻辑。其逻辑与原来PLC基本相同，且改造了原来的PLC不足之处。优化控制系统逻辑。

详细编写过程是个复杂的过程，主要分成两部分：一是DPU组态，二是CRT画面的制作。其中DPU组态及CRT画面的制作的主要过程及顺序是：控制逻辑的设计→全局点目录的建立→DPU离线组态→DPU在线下装→CRT画面的制作→实现软手操控制→单体试验。

实现的功能有：

（1）远程控制方式。主控室送出给煤机启动信号和给煤机停止信号，给煤量请求信号，实现远程控制。控制系统将采集称重信号，同时处理马达转速脉冲信号得到速度，由此计算出实际给煤率，将与用户申请的给煤率比较，调节电机转速，以实现流量的控制；

（2）就地控制方式。在就地控制方式下，给煤机启动信号和给煤机停止信号以及给煤量请求信号，由现场的按扭及变频器人机界面给出。同样，控制系统将采集的称重信号，同时处理马达转速脉冲信号得到速度，由此计算出实际给煤率。系统将与用户申请的给煤率比较，调节电机转速，以实现流量的控制；

（3）保护及报警措施。当系统出现下列异常情况应当向主控室发出报警，并采取相关保护措施。

1）称重传感器失效。处理方式：向主控室报警；

2）测速传感器失效，检测不到转速。处理方式：延时两秒后，停止给煤机皮带马达，向主控室报警；

3）用户请求给煤率的输入信号发生断线。处理方式：给煤机向主控室报警；

4）变频器故障。处理方式：当给煤机皮带马达变频器出现故障时，向变频器发出停止信号，给煤机停止运行，向主控室报警；

5）密码保护画面。保护用户的操作权限，防止非操作人员进入控制主画面对设备误操作或对运行参数进行非法修改。

（4）系统画面设置。

1）主画面。显示系统的控制方式和运行状态，显示实时煤流量和累计煤流量，实现就地控制方式下的给煤机启动和停止；

2）运行参数设置画面。实现就地控制方式下的给煤率设定；

3）现场参数显示画面。显示马达转速和电流，皮带线速度，用户请求给煤率和实际给煤率等参数；

4）报警显示画面。记录异常故障情况发生的日期及时间。

给煤系统的CRT画面如图1所示。

图1 给煤系统CRT画面

3 经济效益分析

技改工程投入运行后，运行效果良好，信号更加稳定，保护动作准确，报警系统语音功能更加可靠。该技改工作，充分保证了给煤机控制系统的安全可靠运行，大大减小设备故障，减轻日常的维护强度，节约了维护成本，为公司的长周期运行创造有利条件。最重要的是，基本上可以不用设备维护费用（除一次元件外），年平均可节约维护费用12万元左右，同时保证了公司机组的安全稳定生产，提高了公司的整体经济效益。

4 结束语

2009年5月和2008年10月，分别对安溪煤矸石发电有限公司1、2号炉共8台给煤机进行了技术改造。给煤机控制系统经过技术改造后，两台炉给煤机控制系统投入运行已一年有余。在这一年多的时间里，给煤机故障的事故发生次数为零，运行维护工作也几乎为零。同时，也杜绝了因控制系统引起的非计划停车，克服了原来信息不足给分析事故原因带来的困难，利用SOE报警信息能够及时查明停车原因。

DCS系统为操作人员提供一个良好的人机界面，方便有效地对锅炉给煤控制系统相关参数进行监视和控制，克服了原PLC控制系统多数信号只在内部处理的弊端。同时在保留其控制原理的基础上，将PLC控制方式改造为DCS控制下可选择的串级、自动、手动3种操作模式。彻底解决原来误动作停车原因不明、系统通讯中断故障等一系列的制约因素。事故原因能够通过DCS的SOE、历史趋势得到准确判断，表明控制系统瓶颈问题已经消除。

事实充分证明，安溪煤矸石发电有限公司给煤机控制系统技术改造方案是合理的，DCS的逻辑组态是正确的，技术改造工程是成功的。本改造工作采用DCS控制给煤系统，不仅简单方便，而且可靠性提高。对于节约能源、提高经济效益及保证设备安全生产都有着重大意义。

[1]上海新华控制工程有限公司.XDPS工程师手册[K].上海：上海新华控制工程有限公司.2004.

[2]闫坤.电气与可编程序控制器应用技术[M].北京：清华大学出版社，2007.

[3]杨自厚.自动控制原理[M].北京：冶金工业出版社，1990.