基于DCS的火力发电厂输煤程序控制系统设计和调试

李茹艳，李 佳，刘希闻，王 毅

(1.国网吉林省电力有限公司电力科学研究院，长春 130021；2.国网吉林综合能源服务有限公司，长春 130021)

输煤程序控制系统(以下简称输煤程控系统)承担着火力发电厂生产燃料供应任务，其特点是运行环境恶劣，条件复杂，转动机械多，作业线长，设备分散，是辅网系统的重要组成部分。目前，我国大部分火力发电厂输煤系统采用传统可编程逻辑控制器(PLC)控制，随着分散控制系统(DCS)技术的发展和电厂对标准化管理的要求越来越高，辅网系统也逐渐使用DCS控制。基于DCS的输煤程控系统设计利用DCS安全可靠的控制技术，使得运行监视和调度更加集中化，实现DCS统一标准化管理，提高了管理效率，使设备控制智能化。

1 输煤系统简介

输煤系统为电厂锅炉燃烧提供燃料，主要完成卸煤、堆煤、上煤和配煤任务，其中卸煤、堆煤往往是分开独立进行的，其作用是将外来煤料卸车送至煤场，少数情况是直接由翻车机上煤至煤仓。上煤是将原煤从煤场输送至给煤机煤仓，上煤和配煤相互配合运行，根据实际情况设计合理的配煤方式。

某电厂300 MW机组输煤系统由7段胶带机组成。2台翻车机负责卸煤，经由给煤机、1段胶带机、7段胶带机、斗轮机向煤场堆煤；上煤途径有3条，经给煤机、翻车机、1至5段胶带机上煤；经斗轮机、7段胶带机、2至5段胶带机由煤场上煤；经往复式给煤机、6段胶带机、2至5段胶带机由地下煤场上煤。双侧胶带机上煤路径切换是通过2个转运站实现的，1号转运站用于切换4段胶带机A、B侧与5段胶带机A、B侧的对应关系，2号转运站用于切换6段胶带机与2段胶带机A、B侧的对应关系。翻车机上煤，煤场上煤，堆煤这3种运煤方式转换通过三通挡板的位置改变。除铁器用于除掉煤中的矿物质铁，防闭塞漏斗疏通器在落煤筒阻塞时起到振打疏通作用，滚轴塞、缓冲滚筒、碎煤机对煤进行分离和打碎处理，犁煤器控制煤落入哪个煤仓，根据情况设计合理的配煤方式。

2 硬件结构及功能组态

2.1 硬件结构

该厂输煤程控系统采用OC6000e Nexus系统，主要由以下各部分构成：控制器、I/O 网络、I/O 模块、电源分配、机柜、控制网络以及人机接口站。系统采用3对冗余配置的控制器, 通过智能I/O 总线(iLink)与Nexus I/O 模块进行双向实时通讯。I/O总线网络冗余配置，网络的时钟同步通过iLink(R、S 总线)完成，校时精度可达±100 μs。控制器与系统其他节点的数据交互通过冗余的单元数据高速网络(A、B)进行。

2.2 系统功能

该系统具备以下基本功能：可在线进行组态和下载；人机接口功能，即操作员站；历史数据存储和检索功能，也可进行报表系统配置；图表显示及打印等功能；性能计算功能；通信接口连接功能。

2.3 逻辑组态

输煤程控系统的控制方式主要有3种：解锁手动、联锁手动、程控自动。解锁手动方式就是切断各设备间的联锁关系，远程可随意启停任意带电设备；联锁手动方式是选择线路后，保留各设备间的联锁关系，具体表现在：按顺煤流方向来说，下游设备跳闸，联锁该设备的上游设备停运。顺煤流指的是煤运送的方向，由翻车机至储煤场方向和翻车机或储煤场至上煤仓方向都称之为顺煤流，与之相反的方向称为逆煤流。程控自动方式则是选好运煤线路后，按照逆煤流方向一键启动，省去了运行人员的操作步骤，并保留设备间的联锁关系。由于输煤线路较长，涉及范围较广，无论是哪种方式，都需要鸣警铃才能启动，以警示周围作业人员远离。

除了胶带机间的联锁关系外，各胶带机自身也有保护联锁条件，通常为拉绳、跑偏、堵煤、打滑、撕裂等保护及报警。当胶带机落煤筒出现堵煤报警时，防闭塞漏斗疏通器联锁启动振打5 s，为防止堵煤现象发生，防闭塞漏斗疏通器会随本段胶带机运行启动振打5 s后，再自动停下来，之后每隔2 h自动启动振打5 s，如此循环，以达到保持落煤筒畅通的目的。

该厂输煤系统共配备10个煤仓，位于5段胶带机下方(见图1)，前5个煤仓对应供给1号机组燃烧，后5个煤仓对应2号机组。5段A、B侧胶带机分布在每个煤仓两侧，每一侧对应煤仓各设置1个犁煤器，当对应侧胶带机运行且犁煤器落下时，即可认为从该侧配煤。输煤程控系统配煤，可人工就地监视煤仓高度和机组燃烧需求实现人工就地或远程操作配煤，也可按照某个特定配煤原则实现自动配煤。该厂实行的配煤原则是，料位低于5 m的煤仓，依次按时间优先配煤；所有煤仓料位在5～10 m时按照时间依次配煤；料位均大于10 m时余量配煤，即每个煤仓配煤70 s，煤仓高料位报警均动作时退出自动配煤。

该输煤程控系统通过上位机监视和控制就地设备的启停，画面中各设备的不同状态则是通过不同颜色来区分的。所有转机设备在运行时显红色，停止时显绿色，联锁停止或跳闸时显绿色闪烁。1至7段胶带机显色稍有复杂，选线选中后显紫色框，运行时显红色，停止时显绿色，联锁停止或跳闸时显绿色闪烁，拉绳时显黄色，失电显深灰色，禁操显浅灰色。线路选择后不仅画面上有明显的线路指示，还会有文字加以提示是否选线成功，给运行人员以直观、简单、方便的操作感受，也为设备的安全运行提供了保障。

3 输煤程控系统调试问题分析

输煤系统为锅炉燃烧提供燃料，往往需要首先完成，输煤线路比较长，容易存在交叉作业，所以在调试过程中，需要运行人员到现场查看是否具备调试运转条件，同时监视设备动作是否正确。在调试过程中需要注意以下问题。

a.做胶带机联锁试验时，试验胶带机没有按照逻辑设定的联锁动作。首先分析选线是否选择正确，线路的选择决定了胶带机上下的联锁对象，胶带机在其下游设备跳闸时没有动作，很可能是选线没选对或者逻辑里有连接错误，要及时查证并试验。

图1 输煤系统配煤部分示意图

b.在选线完成后不能进行程控启动。通常是因为启动条件没有全部达到，每段胶带机除了自身电气条件允许外，还必须在响铃完成后才能启动，程控启动时要先进行预启，也就是打警铃，警铃结束后各段才能具备条件启动，警铃时间的设置在画面上有设置窗口，响铃倒计时结束后按下启动按键，程控可正常启动。只有在程控自动的方式下，预启按钮才能起到打铃的作用。

c.取煤和堆煤能否同时进行问题。选择好上煤线路，程控或手动启动相关设备，之后打到联锁手动状态，继续选线并启动堆煤设备就可实现取煤和堆煤同时进行。

d.在上煤过程中，落煤分仓切换问题，也就是末段胶带机由一侧切换到另一侧如何操作。需要停止当前线路，重选倒换后的线路再次启动，原因是末段与其上游胶带机之间的三通挡板必须在上游胶带机停止的前提下才允许切换，否则会造成三通挡板卡死或损坏。

4 结束语

本文设计的输煤程控系统利用DCS成熟稳定的控制技术，对系统内各个设备精确控制，设备动态显示清晰明了，监控和调度也更加集中化，程控自动可实现一键程启，减少了人工操作步骤。该厂实行DCS统一标准化管理，不仅降低了人员维护成本，也提高了管理效率。