基于PROFIBUS—DP总线技术的明火煤监控系统的应用

王艳春　陈婷　尹新伟　胡月龙

【摘 要】煤炭在经过长时间的运输及存储之后，由于受水分的挥发、压实程度的变化等因素影响易发生自燃，直接会对运行皮带造成安全隐患，如果让有自燃倾向的煤炭从储煤场进入输煤皮带系统，不仅会给生产企业造成重大经济损失，同时煤炭的自燃生成了对环境有害的气体与粉尘等，增大了环境污染，因而在传输皮带尤其是在进出厂煤传输皮带上，加装明火煤监控装置，将为火力发电厂输煤系统安全提供有力保障。

【关键词】明火煤；红外测温；喷淋；总线

0 引言

输煤系统明火煤探测监控系统，是针对物料输送系统，特别是火力发电厂的输煤系统安全监控的需要而设计的。系统的设计根据最新发布的国家标准《火力发电厂与变电站设计防火规范》中有关输煤皮带系统“明火煤”监测装置的要求，在保证监测灵敏、准确、报警及时、避免误操作的前途下，充分考虑了火力发电厂的运行和安全生产对于可靠性、操作维护方便等方面的要求，为输煤系统的安全运行监控提供了有效的手段。

本系统是一种基于PROFIBUS-DP现场总线的明火煤监控系统。该系统包含红外探测装置、喷淋灭火装置和控制系统三部分。系统既可以单独控制运行，也可以与运煤系统连锁运行，既可就地操作，也可并入输煤程控系统中进行集中控制。

1 PROFIBUS-DP现场总线的优势

现场总线是信息技术、网络技术的发展在控制领域的体现，是自动化技术发展的热点之一。因其具有数字化、开放性、分散性以及对现场环境的适应性等特点而获得了非常广泛的应用。目前已逐渐成熟并对工业自动化进程形成影响的主要有PROFIBUS、HART、LONWORKS、FF等等，其中PROFUBUS总线是最为流行的现场总线技术之一，其产品广泛应用于工业、交通、能源、电力等自动化领域。

PROFIBUS根据应用特点分为PROFIBUS-DP、PROFIBUS-FMS、PROFIBUS-PA三个兼容版本。其中PROFIBUS-DP是一种高速（数据传输速率9.6kbit/s～12Mbit/s）的經济的底层控制网络，专为自动控制系统和设备级分散I/O之间通信设计，可取代价格昂贵的24V或4～20mA并行信号线，广泛应用于分布式控制系统的高速数据传输。中央控制器通过高速串行线与分散的现场设备（如I/O、驱动器、阀门等）进行通信，PROFIBUS-DP的信息传输主要是周期性的，除周期性用户数据传输外，PROFIBUS -DP还提供智能化设备所需的非周期性通信以进行组态、诊断和报警处理等功能。

2 系统组成

2.1 系统的结构

明火煤监测系统包括红外监测装置及配套的喷淋装置两部分。系统既可以单独运行，也可以很方便的与各种输煤程控系统兼容，并入输煤程控系统集中控制运行。系统结构示意图如图1所示。

以输煤皮带为基准面，红外测温装置水平安装在基准面正上方150cm处，红外扫描测温装置固定支架采用金属管材，并做防腐防锈处理。喷淋器根据皮带机悬臂皮带参数，使喷淋器喷嘴喷出的水帘既能覆盖整个皮带的宽度，又不至于使大量的水喷撒到皮带外面，相邻两个喷头覆盖区域有少许重叠。保证整个喷淋区域无死角。选用的矩形雾炬喷头，能均匀、完整覆盖输煤传送带需喷淋区域，喷淋装置是沿皮带方向间隔布置。

图1 系统结构示意图

2.2 系统工作原理

红外测温装置测量输煤皮带上煤炭的实时温度，将数据传送至控制单元，控制单元根据分析数据研判当前煤炭温度是否发生异常，如发生异常，由控制单元发出指令使电磁阀动作，同时与控制输煤皮带速度的变频模块进行连锁，将输煤皮带速度降低到当前速度的二分之一，消防水通过电磁阀控制由喷淋头喷出，以达到扑灭明火或降低煤炭温度的目的，随后输煤皮带恢复正常速度运行，系统工作原理如图2所示。电气控制柜可接收红外测温装置信号，并具有现场显示数值以及声光报警功能，可把数据通过通讯远传给封闭煤场燃料安全信息平台。

图2 系统工作原理图

3 系统优势

红外测温装置和配套的控制单元采用最新的嵌入式操作系统，具有高效、稳定、扩展性好等特性。友好的人机界面，能够直接数字显示测量温度、显示温度变化曲线，并且控制单元根据工业现场的需求，特别设置了快速响应温度报警输出信号，以方便用户接入输煤程控系统。控制单元还具备强大的扩展性，加装无线模块，实现监测信号和报警信号的远程传输，提升明火煤监测系统的整体性能。

响应时间：

测温精度：

综上所述，明火煤监测装置是电厂生产安全系统的重要组成部分，对于煤场安全和传输皮带安全均可起到重要的预警和保护功能，总线控制结构使得明火煤监测装置在结构上更加紧凑，减少施工周期，提供了系统稳定性，且具备了更强大的扩展性。

4 结束语

火力发电厂的输煤系统大都存在着以下主要问题：设备布置分散、控制线较长、电缆用量较大、设备电磁干扰大、环境条件恶劣等。针对现有技术存在的不足，设计一种基于PROFIBUS-DP总线技术的明火煤监测装置，能够满足火电厂发电机组安全、经济运行的要求，而且利用PROFIBUS-DP现场总线的设备诊断信息及状态信息，可实现现场设备远程诊断和管理功能，以便对火电厂储煤场传输带上煤堆进行有效监测，防止安全事故的发生，可以大大提高火电输煤系统的安全性。

【参考文献】

[1]GB50229-96火力发电厂与变电所设计防火规范[S].

[2]张明珠.基于PROFIBUS总线技术的矿井提升机控制网络设计[J].煤炭工程，2015.

[3]王嵩.基于PROFIBUS现场总线的大袋自动包装机控制系统设计[J].工业自动化，2015.

[4]韩洋.以太网在工业自动化领域的应用及研究[J].科技创新导报，2015.

[责任编辑：朱丽娜]