基于一体化分散控制技术的电厂输煤控制系统设计

齐祥柏，陈 青，赵洪岗

(国能智深控制技术有限公司，北京 102211)

0 引言

电厂输煤系统主要完成对燃煤的供配协调处理，即控制输煤设备协同工作，完成卸煤点、储煤厂、煤仓间燃煤的上煤、配煤、输煤任务，保证燃煤的不断供给。电厂输煤系统工艺繁琐、环境恶劣、分散分布，因此，设计并实现电厂输煤系统的自动、智能化控制过程意义重大，有助于提升电厂的运行效率[1]。国外电厂输煤控制系统主要采用DCS或者FCS系统，以控制器、单片机或者微控制器为控制核心，实现输煤系统设备的长距离监测、控制以及预警，提升输煤系统的信息化、智能化水平，保证输煤系统稳定、安全运行。国内电厂输煤控制系统主要经历了继电器/接触器集中控制、弱电逻辑集中控制、PLC控制器集中控制以及控制器技术/网络通讯技术/工业视频监控技术四个阶段，逐步实现了输煤系统的少人、无人、智能化运行[2-4]。本文基于一体化分散控制技术，利用Profibus通讯实现电厂输煤系统的本地控制、远程控制以及智能化集中控制。

1 电厂输煤工艺流程

电厂输煤工艺流程如图1所示，包括卸煤流程、堆煤流程、上煤流程以及配煤流程。场外来煤后，经输煤皮带、卸煤设备将燃煤转运至储煤站完成卸煤流程。储煤站的燃煤经输送系统和堆煤设备后转运至煤场堆放并经碎煤机、输煤皮带后输送至转运站，经犁煤器后转运至煤仓间。上煤时，依靠电动三通挡板以及选煤皮带机将碎煤间的煤料进行筛分、输送并达到发电工艺要求。配煤时，系统按照煤仓煤位的实际仓位进行分段、有序配煤，精准执行犁煤器的抬高、降落动作并将燃煤分拨至指定的煤仓间，完成自动配煤任务。输送工艺执行过程中，上煤、配煤过程需互锁、联动执行。

图1 发电厂输煤工艺流程

2 电厂输煤控制系统总体设计

电厂输煤控制系统总体设计框图如图2所示，由碎煤机室控制站、转载点控制站、输煤控制室以及电厂远程控制室四部分组成，以TCP/IP通讯、Profibus通讯进行数据、指令传输[5]。电厂输煤控制系统以PLC为核心，采用主从控制模式实现电厂输煤系统设备的自动化、少人化、网络化控制。碎煤机室控制站中包含2#、3#控制系统从站并根据控制的输煤设备的数字量输入输出点数、模拟量输入输出点数进行模块扩展，从站之间通过IM153-2接口模块基于Profibus通讯完成数据传输。转载点控制站为1#从站，用于控制输煤系统的转载设备。输煤控制室设置有操作员站以及工程师站监控平台，通过该平台可完成对输煤系统的控制。为保证输煤控制系统稳定、连续、安全运行，采用双冗余控制器结构，互为备份，当其中一台控制器出现故障后，无缝切换至另一台连续运行。输煤控制室内的工控机、交换机以及双冗余控制器间以TCP/IP通讯完成数据交互。电厂远程监控室用于完成对输煤控制系统的远程操作，利用光纤收发器接收并处理输煤控制时的数据或者指令。

图2 电厂输煤控制系统总体设计框图

3 硬件设计

电厂输煤控制系统用到的核心硬件包括控制器、传感器以及外接的输煤设备等。用于检测输煤皮带打滑、失速、超速的速度传感器选用的型号为GSH5，当输煤皮带发生异常且持续时间超过后触发声光语音报警并将开关量信号传送至控制器的DI扩展模块[6-8]。用于检测煤料料位的煤位检测传感器选用型号为NYRD803雷达型料位计，该传感器基于电磁波原理对煤料料位进行识别并将其转换为4 mA～20 mA的模拟量信号，传送至控制器的AI扩展模块。用于检测皮带跑偏与保护的跑偏传感器选用的型号为GEJ30，安装于皮带双侧支架，当皮带跑偏时触发探杆偏动一定的角度，GEJ30传感器的输出端接通并输出开关量信号，传送至控制器的DI扩展模块。用于检测皮带撕裂的撕带传感器选用的型号为GVD1200，当检测到皮带划破信号后触发该传感器输出开关量，传送至控制器的DI扩展模块并触发停机。用于输送带保护的传感器还有拉绳开关、堆煤保护传感器等。选用西门子CPU 315-2 PN/DP控制器，可扩展数字量点16 384个，模拟量通道1 024路，同时支持TCP/IP、Profibus等多种通讯模式。TCP/IP通讯模块选用CP343-1，该模块自带两个RJ45接口，传输速度高、传输性能稳定。选用SCALANCE X-300交换机，该交换机组网模式灵活，传输速度可达1 000 Mbit/s，且具备SNMP、WEB、Profibus诊断技术。该输煤控制系统包含振动给煤机4台、皮带运输机8台、电动三通挡板4台、除铁器2台、原煤分级筛2台、碎煤机2台、皮带秤2台、犁煤器16台、煤仓煤位计8台。主站以及1#～3#从站CPU需对上述设备进行智能管理和逻辑控制，表1为1#从站部分输入输出端子分配表。

表1 1#从站CPU输入输出端子分配表(部分)

4 软件设计

电厂输煤控制系统软件设计基于EDPF NT plus平台，采用ST、FB语言混合编程实现。根据电厂输煤工艺流程设计的控制系统主流程如图3所示，核心模块包括上煤自动控制过程、配煤自动控制过程两部分。

图3 输煤控制系统主流程

(1) 上煤自动控制过程，包括流程预启动、流程启动、流程停止以及故障联锁停机四部分。流程预启动：即根据待输送煤流的方向选定皮带运输机并启动预启动设备；流程启动：即控制器接收到流程启动控制命令后依次逆煤流方向启动设备，启动时间需估算，其依据为皮带带速以及长度；流程停止：即需对输煤系统设备进行正常停机时，按照顺煤流方向依序进行停机操作；故障联锁停机：即当输煤系统中某个设备发生故障时，需按照煤流方向将故障点前的设备及逆行联锁停机。

(2) 配煤自动控制过程，包括顺序配煤、优先配煤以及余煤配煤三种。顺序配煤：即选定尾部仓后，从首煤仓开始，按照“仓满煤则不配、尾仓不配满”的原则达到各煤仓配煤指标。优先配煤：即优先为有低位煤报警的煤仓进行配煤，如果多个低位煤仓同时报警，按照先后顺序依次配煤。余煤配煤：即当所有煤仓高位预警后，将输煤皮带上残存的煤匀入各煤仓中，防止皮带机载煤启动。

5 结束语

设计并实现的基于一体化分散控制技术的电厂输煤控制系统在某电厂已经投入运行，能够实现上煤过程、配煤过程的自动控制，极大地降低了工人的劳动强度，改善了工人劳动环境，同时降低了输煤控制系统的维护、维修成本，促进了电厂安全、高效、稳定生产。