基于DSP技術(shù)的總線智能控制系統(tǒng)在輸煤程控系統(tǒng)中的應(yīng)用研究

中國石化長城能源化工（寧夏）有限公司熱電廠 楊永沖

基于DSP技術(shù)的總線智能控制系統(tǒng)在輸煤程控系統(tǒng)中的應(yīng)用研究

中國石化長城能源化工（寧夏）有限公司熱電廠 楊永沖

1. 輸煤程控系統(tǒng)現(xiàn)狀分析

近幾年來，我國火力發(fā)電廠單臺機組容量不斷加大，輸煤工藝系統(tǒng)的規(guī)模也變的日益龐大。目前的控制方案多采用MODICON、AB、西門子等PLC系統(tǒng)，在輸煤程控室設(shè)置集中的雙機熱備CPU，執(zhí)行整個系統(tǒng)的控制邏輯，再在若干個轉(zhuǎn)運站，設(shè)置多個遠程站，在遠程站配置PLC的DI、DO、AI、AO、熱電阻或熱電阻模塊，設(shè)置大量的I/O隔離繼電器，以及外接大量的至現(xiàn)場設(shè)備就地控制箱及MCC柜的控制電纜來實現(xiàn)。此技術(shù)目前仍然是主流方案，在目前正在建設(shè)的火電廠自動化中基本上均采用此方案。

上述方案帶來的主要問題有：

1）控制電纜需求量很大

由于輸煤系統(tǒng)距離長，設(shè)備分散的原因，使輸煤程控系統(tǒng)對控制電纜的消耗極大，輸煤程控系統(tǒng)的總投資已不主要取決于PLC控制系統(tǒng)本身，而主要是電纜、橋架及電纜溝、施工等諸多系統(tǒng)。對控制系統(tǒng)方案進行優(yōu)化，減少電纜消耗，對降低整個系統(tǒng)的投資具有決定性的意義。

2）現(xiàn)場施工工作量大

例如某電廠二期工程，2X300MW機組，2002年設(shè)計，整個程控系統(tǒng)設(shè)主控室1個，煤倉層設(shè)1個遠程站，控制電纜耗量約100公里。現(xiàn)場電纜敷設(shè)、查線、校線需大量的人力物力。在目前人力成本不斷增加的背景下，減少電纜消耗，對降低整個系統(tǒng)的投資也具有決定性的意義。

3）系統(tǒng)可靠性差

由于工程建設(shè)中的好多實際問題，現(xiàn)場控制電纜基本與動力電纜緊靠敷設(shè)，從而控制系統(tǒng)極易受強電系統(tǒng)干擾。即使采用在程控柜內(nèi)增加DI/DO繼電器隔離，在現(xiàn)場設(shè)備就地控制柜內(nèi)增加中間繼電器重動等措施，該問題在電纜很長的場合仍無法根除，嚴(yán)重時系統(tǒng)無法穩(wěn)定運行；另外，輸煤系統(tǒng)粉塵污染問題，是每一個電廠的頑癥，再加上幾乎每班運行后水沖洗，使輸煤系統(tǒng)控制設(shè)備長期處于大灰塵、高潮濕的環(huán)境中。在運行幾年后，不可避免出現(xiàn)電纜短路等狀況，嚴(yán)重影響系統(tǒng)的可靠性。

4）不易檢修及維護

由于輸煤系統(tǒng)距離長，如果某根控制電纜出現(xiàn)問題，檢修人員需在電纜溝及橋架上尋找損壞點，工作量大，而且影響系統(tǒng)的正常運行。

2. 基于DSP的總線智能控制單元

針對輸煤程控系統(tǒng)設(shè)計中采用PLC方案所存在的主要問題，本文提出了基于DSP的總線智能控制單元。采用總線智能控制單元，為解決火力發(fā)電廠單機大容量機組輸煤控制系統(tǒng)的固有難題提供了一套完整的思路，也是國內(nèi)電力行業(yè)輸煤系統(tǒng)自動化控制領(lǐng)域內(nèi)的一大創(chuàng)新。

通過對國內(nèi)外現(xiàn)場總線技術(shù)發(fā)展的現(xiàn)狀，以及目前各類現(xiàn)場總線技術(shù)在工程中實際應(yīng)用的效果、方便性、經(jīng)濟性等全方位的比較和分析，本總線智能控制單元采用國際上標(biāo)準(zhǔn)的MODBUS、PROFIBUS現(xiàn)場總線技術(shù)，完全可與施耐德及西門子PLC無縫連接，不需要任何協(xié)議轉(zhuǎn)換，大大提高了通訊速度。該系統(tǒng)在可完全解決火力發(fā)電廠輸煤程控系統(tǒng)中存在的幾個固有問題：①設(shè)備布置分散，系統(tǒng)易受強電磁干擾，系統(tǒng)可靠性差的問題；②控制電纜用量大，工程建設(shè)一次性投資大的問題；③現(xiàn)場環(huán)境潮濕，控制系統(tǒng)環(huán)境適應(yīng)性差的問題。

將總線智能控制單元應(yīng)用于輸煤程控中，具體的思路為：首先將整個輸煤程控系統(tǒng)控制范圍內(nèi)的被控對象，考慮以設(shè)備為單位，設(shè)置被控對象的就地電控箱，再在每一個就地控制箱內(nèi)安裝一個總線智能控制單元，該單元負(fù)責(zé)將本設(shè)備的DI、DO、AI、AO進行硬連接；對總線智能控制單元之間，采用皮帶機A、B兩側(cè)進行分組，每組內(nèi)的總線智能控制單元之間，用專用通訊電纜連接，最后與控制室內(nèi)的PLC主機相連（總線連接）。在輸煤程控室內(nèi)，設(shè)置兩臺上位監(jiān)控計算機、PLC主機1套，不需要DI、DO、AI、AO等模塊。

采用基于DSP的總線智能控制單元，具有完全的知識產(chǎn)權(quán)，并且通訊協(xié)議可與國內(nèi)廣泛使用的施耐德、西門子無縫連接。總體講有以下多項不可比擬的優(yōu)越性：

1）降低工程電纜造價

由于整個系統(tǒng)的線纜以串行方式連接，區(qū)別于常規(guī)系統(tǒng)中的輻射方式，從而最大可能的減少了整個程控系統(tǒng)中控制電纜的消耗，節(jié)省了工程的一次性電纜投資；

2）輸煤系統(tǒng)電纜通道減少

由于極少的電纜用量，也就使得本系統(tǒng)對電纜通道的需求大大降低。PLC方案電纜很多，對電纜橋架的需求很大，而對現(xiàn)場總線方案，電纜根數(shù)急劇減少，控制電纜對電纜通道的需求也極大減小，現(xiàn)場只需考慮少量的槽盒或者干脆沿皮帶邊穿管敷設(shè)。

3）輸煤程控系統(tǒng)更簡單

對輸煤程控系統(tǒng)本身而言，采用總線技術(shù)后由于將測控設(shè)備直接布置于被控對象就地，實現(xiàn)了就地設(shè)備與程控系統(tǒng)的直接連接，從而使程控系統(tǒng)不再需要通常PLC意義上的大量DI/DO模塊。如此，減少了程控系統(tǒng)的大量隔離繼電器，也使得程控柜的數(shù)量得以減少。也節(jié)省了程控室空間，大大節(jié)約資金與空間成本。

4）工程施工周期縮短

在輸煤程控系統(tǒng)工程建設(shè)過程中，電纜敷設(shè)、電纜接線工作耗費了現(xiàn)場最大量的時間，部分施工還具有一定危險性。當(dāng)采用總線方案時，電纜根數(shù)極少，極大的減少了工程量，縮短了工程的建設(shè)周期，提高了工程的總體效益；同時，也避免了施工過程中可能出現(xiàn)的危險。

5）系統(tǒng)調(diào)試時間加快

由于電纜接線工作量的急劇減少，使得現(xiàn)場校線的工作量接近為零，調(diào)試人員的工作僅在于軟件內(nèi)對控制畫面與控制對象的關(guān)聯(lián)關(guān)系進行核對，而不再有現(xiàn)場的校線工作量，極大的縮短了系統(tǒng)的調(diào)試時間。同時，該智能控制單元集成了配套設(shè)備的控制工藝程序，免去施工人員的二次開發(fā)。

6）設(shè)備運行維護工作簡單

由于接線簡單，系統(tǒng)基本上沒有電纜的維護工作量，再加上系統(tǒng)的自診斷能力和極高的自動化水平，為維護人員提供了各種故障判斷信息，從而極大的減輕了維護人員的工作。同時，每臺控制器在功能上相對獨立，即使后期出現(xiàn)故障，只需將故障件替換，不會對整個系統(tǒng)造成影響。

7）系統(tǒng)功能擴充能力增強

由于每個現(xiàn)場總線節(jié)點本身就是一個智能設(shè)備，因此在進行系統(tǒng)擴充時只需增加新的節(jié)點即可，在首次設(shè)計時根本無需考慮系統(tǒng)的預(yù)留問題。

3. 小結(jié)

本文提出了基于DSP技術(shù)的總線智能控制系統(tǒng)，并著重分析了該系統(tǒng)在輸煤系統(tǒng)中的應(yīng)用。經(jīng)在實際工程中的應(yīng)用，驗證了該系統(tǒng)的可行性與有效性。為電廠輸煤系統(tǒng)的智能化建設(shè)，提供了有效的解決方案。同時，該系統(tǒng)亦可應(yīng)用于化工、水處理等工控領(lǐng)域。