淺談鍋爐給煤機自動控制系統的改造

劉成進

（福建能源集團安溪煤矸石發電有限公司，福建 安溪 362411）

安溪煤矸石發電有限公司1、2號鍋爐給煤機自動控制系統，原設計為現場PLC自動控制系統，是江蘇賽摩拉姆齊技術有限公司配套產品。由于給煤機附近粉塵較多，控制柜又無密封設計，導致接點積灰、磨損、老化和松動，使控制系統的故障經常發生，增加了現場維護的工作量。柜內強電和弱電導線絞接在一起，相互干擾嚴重，最重要的是PLC控制器（PLC是精密電子設備，對環境要求較高）長期處于惡劣環境下，其運算性能和控制精度下降，常常因積灰出現誤動作和誤報警，甚至拒動作，且配件極貴，維護費用高。而給煤機自動控制系統，是鍋爐安全燃燒的重要組成部分。給煤機控制系統的控制精度是否準確、控制邏輯是否正確和保護功能是否可靠，將直接影響給煤機的運行，進而影響整個火力發電機組的安全和經濟運行。由于上述問題的存在，難以保證鍋爐給煤控制系統的安全運行。

隨著計算機技術的飛速發展，給煤機微機控制系統也在不斷發展，為了適應DCS系統和燃煤機組精確計量和自動控制的需要，以及公司安全生產的需要，決定進行給煤機控制系統直接采用DCS控制的技術改造工作。

1 工程特點及項目技術措施方案

福建省安溪煤矸石發電有限公司1、2號汽輪發電機組，是裝機容量為50MW燃煤機組。其中，鍋爐是由濟南鍋爐廠生產的YG220/9.8-M2型循環流化床鍋爐；汽輪機是由武漢汽輪機廠生產的N50-8.83/535型凝汽式汽輪機；發電機是由武漢汽輪發電機廠制造的QFS-50-2型發電機；給煤機是江蘇賽摩拉姆齊技術有限公司生產的皮帶給煤機，每臺機組共4套給煤機，都是采用PLC控制。因給煤機常出現設備故障，導致機組負荷波動，甚至造成鍋爐停爐，時刻威脅機組安全運行，因此對給煤機控制系統的可靠性，受到極大的關注。為提高電廠自動化水平，滿足機組安全、穩定、經濟、高效運行的要求，經過研究決定進行如下技術改造：取消現場PLC控制器，其控制方法、控制過程、控制邏輯在DCS軟件上重新設計、重新編寫，采用DCS的強大功能，來實現PLC控制器的自動控制。

2 項目技術內容及步驟

項目主要包括硬件及軟件兩部分。

2.1 硬件改造內容

該項目硬件部分的改造，主要是熱控控制信號的的改造工作，即由原輸入至PLC的信號，全部改輸入至DCS相關卡件的端子，原部分電纜保留，主要信號做如下改造：

（1）氣動出口插板門未開到位跳閘保護。該項改造是取消原故障率極高、維護檢修難度較大的接觸式的限位開關，改用非接觸式的接近開關信號，送至DCS（該項改造已經與賽摩拉姆齊技術有限公司取得聯系并被該公司采納，推廣全國相關的電廠使用）。

（2）給煤機出口溫度超80℃跳閘保護。該項改造是取消原精度等級較低的電接點雙金屬溫度計，改用熱電偶溫度測量信號送到DCS，并且通過DCS軟件程序的軟接點，實現給煤機出口溫度高于80℃跳閘保護的功能。

（3）堵煤跳閘保護、斷皮帶跳閘保護和給煤機變頻器故障跳閘保護等，原信號直接進入DCS。

（4）報警部分。給煤機皮帶跑偏報警，給煤機皮帶打滑報警，給煤機斷鏈報警，給煤機斷帶報警等，采用原PLC輸入信號進入DCS，DCS實現軟接點語音報警、給煤機堵煤報警、給煤機超溫報警、給煤機變頻器故障等DCS取用保護信號，DCS實現軟接點語音報警。

（5）輸出部分。DCS經過計算機的邏輯判斷輸出指令的干接點，直接接至原來PLC的輸出端子，啟動給煤機及清掃機，實現DCS自動控制。

2.2 硬件改造步驟

（1）給煤變頻控制盤接線的整理，重新排列新接線端子，將輸入PLC的相關接線接入DCS的相應端子；

（2）鋪設DCS至就地一次部分的控制電纜，并在控制柜內與一次部分的相應端子進行連接；

（3）完成給煤氣動出口插板門接近開關，給煤機出口溫度熱電偶等一次部分的的安裝工作；

（4）完成控制線的接線工作；

（5）將給煤控制盤可靠接地；

（6）檢查控制回路、動力回路接線是否正確；

（7）送電至給煤控制盤；

（8）就地單體調試變頻器啟停功能、調速功能，氣動出口插板門開關等單體調試；

（9）DCS單體調試變頻器啟停功能、調速功能，氣動出口插板門開關等單體調試；

（10）整體啟動調試。

2.3 設備材料清單

以下清單按每臺給煤機統計，共計8套（見表1）。

表1 設備材料清單表

2.4 軟件部分簡介

安溪煤矸石發電有限公司DCS系統是上海新華分散處理系統，它代表了新華的產品系列。軟件XDPS不局限于控制（Controlling），它強調的是過程處理（Processing），包含了控制及其他一些信息處理功能。XDPS可以構成各種獨立的控制裝置、分散控制系統DCS、監控和數據采集系統（SCADA），它可以完成實時數據采集、過程控制、順序控制、高級控制、報警檢測、監視和操作，可以對數據進行記錄、統計、顯示和打印等處理。

XDPS由高速實時數據網絡和人機接口站（MMI）與分散處理單元（DPU）三大部分組成，是一套融計算機、網絡、數據庫、信息技術和自動控制技術為一體的工業信息技術系列產品。

XDPS的通訊網絡，是以以太網為基礎的局域網，其主干網絡采用環形冗余以太網，通訊速率10Mbps/100Mbps。I/O卡件與DPU通訊采用1∶1冗余的10M以太網，智能遠程I/O采用1∶1冗余以太網與主干網連接。XDPS采用了最新的控制和信息技術，把生產過程控制數據和信息系統綜合在一起，提供了工廠管理一體化的解決方案。

2.5 軟件編寫所達到的系統功能要求

軟件編寫部分內容，主要是利用新華公司的生產的軟件——XDPS進行PLC所有邏輯的編寫工作，實現PLC自動運行系統相當的邏輯。其邏輯與原來PLC基本相同，且改造了原來的PLC不足之處。優化控制系統邏輯。

詳細編寫過程是個復雜的過程，主要分成兩部分：一是DPU組態，二是CRT畫面的制作。其中DPU組態及CRT畫面的制作的主要過程及順序是：控制邏輯的設計→全局點目錄的建立→DPU離線組態→DPU在線下裝→CRT畫面的制作→實現軟手操控制→單體試驗。

實現的功能有：

（1）遠程控制方式。主控室送出給煤機啟動信號和給煤機停止信號，給煤量請求信號，實現遠程控制。控制系統將采集稱重信號，同時處理馬達轉速脈沖信號得到速度，由此計算出實際給煤率，將與用戶申請的給煤率比較，調節電機轉速，以實現流量的控制；

（2）就地控制方式。在就地控制方式下，給煤機啟動信號和給煤機停止信號以及給煤量請求信號，由現場的按扭及變頻器人機界面給出。同樣，控制系統將采集的稱重信號，同時處理馬達轉速脈沖信號得到速度，由此計算出實際給煤率。系統將與用戶申請的給煤率比較，調節電機轉速，以實現流量的控制；

（3）保護及報警措施。當系統出現下列異常情況應當向主控室發出報警，并采取相關保護措施。

1）稱重傳感器失效。處理方式：向主控室報警；

2）測速傳感器失效，檢測不到轉速。處理方式：延時兩秒后，停止給煤機皮帶馬達，向主控室報警；

3）用戶請求給煤率的輸入信號發生斷線。處理方式：給煤機向主控室報警；

4）變頻器故障。處理方式：當給煤機皮帶馬達變頻器出現故障時，向變頻器發出停止信號，給煤機停止運行，向主控室報警；

5）密碼保護畫面。保護用戶的操作權限，防止非操作人員進入控制主畫面對設備誤操作或對運行參數進行非法修改。

（4）系統畫面設置。

1）主畫面。顯示系統的控制方式和運行狀態，顯示實時煤流量和累計煤流量，實現就地控制方式下的給煤機啟動和停止；

2）運行參數設置畫面。實現就地控制方式下的給煤率設定；

3）現場參數顯示畫面。顯示馬達轉速和電流，皮帶線速度，用戶請求給煤率和實際給煤率等參數；

4）報警顯示畫面。記錄異常故障情況發生的日期及時間。

給煤系統的CRT畫面如圖1所示。

圖1 給煤系統CRT畫面

3 經濟效益分析

技改工程投入運行后，運行效果良好，信號更加穩定，保護動作準確，報警系統語音功能更加可靠。該技改工作，充分保證了給煤機控制系統的安全可靠運行，大大減小設備故障，減輕日常的維護強度，節約了維護成本，為公司的長周期運行創造有利條件。最重要的是，基本上可以不用設備維護費用（除一次元件外），年平均可節約維護費用12萬元左右，同時保證了公司機組的安全穩定生產，提高了公司的整體經濟效益。

4 結束語

2009年5月和2008年10月，分別對安溪煤矸石發電有限公司1、2號爐共8臺給煤機進行了技術改造。給煤機控制系統經過技術改造后，兩臺爐給煤機控制系統投入運行已一年有余。在這一年多的時間里，給煤機故障的事故發生次數為零，運行維護工作也幾乎為零。同時，也杜絕了因控制系統引起的非計劃停車，克服了原來信息不足給分析事故原因帶來的困難，利用SOE報警信息能夠及時查明停車原因。

DCS系統為操作人員提供一個良好的人機界面，方便有效地對鍋爐給煤控制系統相關參數進行監視和控制，克服了原PLC控制系統多數信號只在內部處理的弊端。同時在保留其控制原理的基礎上，將PLC控制方式改造為DCS控制下可選擇的串級、自動、手動3種操作模式。徹底解決原來誤動作停車原因不明、系統通訊中斷故障等一系列的制約因素。事故原因能夠通過DCS的SOE、歷史趨勢得到準確判斷，表明控制系統瓶頸問題已經消除。

事實充分證明，安溪煤矸石發電有限公司給煤機控制系統技術改造方案是合理的，DCS的邏輯組態是正確的，技術改造工程是成功的。本改造工作采用DCS控制給煤系統，不僅簡單方便，而且可靠性提高。對于節約能源、提高經濟效益及保證設備安全生產都有著重大意義。

[1]上海新華控制工程有限公司.XDPS工程師手冊[K].上海：上海新華控制工程有限公司.2004.

[2]閆坤.電氣與可編程序控制器應用技術[M].北京：清華大學出版社，2007.

[3]楊自厚.自動控制原理[M].北京：冶金工業出版社，1990.