基于DCS的布袋除尘器脉冲阀顺序控制改造分析

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(国电驻马店热电有限公司，河南 驻马店 463000)

0 引言

国电驻马店热电有限公司2×330 MW供热机组锅炉为上海锅炉厂有限公司制造的亚临界、自然循环、单炉膛四角切圆燃烧、一次中间再热、平衡通风、固态排渣、半露天布置、全钢构架、全悬吊结构、Π型布置汽包锅炉，锅炉型号为SG-1117/17.5-M749。布袋除尘采用ZD-90脉冲袋式除尘器，每炉配1台布袋除尘器，其中灰斗共16个，布置为4室，每室分为2个单元，共计8个喷吹单元，576个脉冲电磁阀。

1 改造的必要性

#1，#2机组的布袋除尘器系统采用施耐德昆腾系列可编程控制器(PLC)，中央处理器(CPU)采用冗余67160双机热备的CPU。#1，#2机组的布袋除尘器系统共用一对CPU来控制，CPU与子站通过高速现场总线网络(Mb+)同轴电缆来连接通信，其中#1，#2子站为#1机组所用，#3，#4子站为#2机组所用。公用PLC的故障极易造成2台机组全停的重大不安全事件，成为控制系统重大安全瓶颈[1]。

由于运行时间较长，PLC电器元件老化严重，多次出现控制系统故障，且备品备件采购周期较长，部分备件处于停产，无备件供应的状态，对2台机组正常安全生产存在很大的安全隐患，尤其近几年来故障明显增多。另由于PLC系统界面友好程度较差，故障的排查、运行的操作以及日常检修维护带来诸多不便。

2 改造可行性

由于布袋除尘器的脉冲顺序阀8个喷吹单元，576个脉冲电磁阀主要执行简单的顺序控制逻辑，分散控制系统(DCS)完全可以满足生产工艺流程及控制精度的要求。

另由于机组气力除灰系统、主机控制及化水控制系统均采用同类型DCS，检修及运行人员对DCS具有较成熟的检修经验和操作能力。

综合以上因素，布袋除尘器PLC改造为DCS在技术方面、人员方面都较为成熟，可行性较强。

3 改造方案的确定

3.1 安全性考量

国电驻马店热电有限公司机组为热电联产机组，时刻担负着工业用汽的供应，基本上不允许出现双机停运的情况，由于布袋除尘器PLC为2台机组共用系统，如何在单机运行期间安全实施对布袋除尘器共用系统改造，存在很大的难度和风险。经过现场充分调研发现，虽然CPU为公用系统，但是远程控制柜#1，#2子站为#1机组所用，#3，#4子站为#2机组所用。为了有效减少项目实施风险，确保安全，方案确定为先进行#2机组改造，在不影响PLC正常工作的情况下，断开#3，#4子站与PLC通信，确保#1机组#1，#2子站正常工作。

3.2 经济性考量

布袋除尘器改造重点要解决的是2台机组公用一对PLC，PLC可靠性严重影响2台机组运行的可靠性。出于经济性考虑，需要通过较少设备的改造、缩小改造范围、节约改造成本，达到解决问题的目的。经过多方调研和分析，最终确定为原就地脉冲控制柜和电缆全部利用；只对原PLC控制系统进行DCS改造，一方面减少了设备改造的范围，较低改造后存在的风险，另一方面通过优化方案节约了改造成本[2]。

3.3 DCS网络框架的设计考量

改造的核心为DCS设计及组态，整个DCS网络框架的设计涉及后续的安全性和经济性。原气力除灰系统采用北京国电智深版本型号为EDPF-NT+的DCS，而气力除灰系统和布袋除尘器在生产工艺流程上存在先后顺序，而且运行上有着直接的关系，统属除尘除灰系统。利用原除灰系统DCS平台进行扩展，将布袋除尘器系统融合到原除灰DCS内，不再分析增加DCS控制域。如图1所示，新增布袋除尘器DPU控制柜作为原气力除灰系统的#4，#5，#6 DPU控制柜。取消原布袋除尘器原操作员站，优化了人力资源配置，达到充分融合的效果。

图1 扩展后的DCS网络结构Fig.1 Extended DCS network structure

综合以上3个方面因素的考量，最终方案确定了先在#2机组实施，利用原气力除灰系统原DCS平台和#61 DCS控制域，增加#4，#5，#6 DPU控制柜作为子站，取消原布袋除尘器的操作员站。有效节约了成本及人力资源支出，达到气力除灰和布袋除尘器相互融合的效果。

4 改造实施过程

4.1 前期方案的细化

改造工作开始前，主要通过改造步骤步步推演，通过对图纸进一步确认，以及施工过程中各个步骤因素存在的问题及危险点进行了重点分析，逐条进行分解落实，对有可能存在的问题进行梳理和解决， 主要解决了以下几个方面的问题。

(1)如何断开#3，#4 PLC 子站与主控PLC的通信。

(2)原控制柜电缆的利旧是否存在电缆长度不够的情况。

(3)原除灰系统DCS容量、点数以及核心交换机是否满足。

(4)DCS电源柜容量。

4.2 DCS组态

由于就地脉冲控制柜的利旧，DCS组态仅需对原PLC程序进行优化。组态过程中实现了以下几个方面。

(1)保证原578个脉冲喷吹阀，按照原生产工艺流程喷吹，不能同时多喷、少喷、漏喷。

(2)增加喷吹次数DCS实时显示功能。

(3)按照运行工艺要求，增加一套事故喷水降温装置的组态以及功能连锁。

(4)能够实时显示喷吹到的脉冲阀的顺序和运行人员中停的功能。

4.3 系统调试

由于控制系统前期过程中各项问题都进行了充分分析和解决，整个调试过程中较为顺利，运行人员、机务检修人员、热控人员到厂共同对系统进行了验收和运行签证[3]。

调试过程中重点关注以下几个问题。

(1)核心交换机UPS电源和保安电源的切换试验。

(2)脉冲阀的顺序控制有没有实现中间停止，恢复后能否与上一次喷吹连贯。

(3)采用二极管回路搭建24 V冗余电源的可靠性。

5 结束语

综上所述，本次改造实现了布袋除尘器与除灰系统的融合，突破了原1套PLC系统控制2台机组的瓶颈，实现了布袋除尘器2台机组的分散控制，提高了机组的抗风险能力。另一方面，通过利用原除灰系统DCS平台，降低了改造费用和人力成本支出，达到了预定的效果，有效地提高了机组的安全性和经济性。