大型煤化工項(xiàng)目輸煤程控系統(tǒng)的優(yōu)化

祁立賓，王 珺，卓 狀，劉 宇，謝 麗

（航天長(zhǎng)征化學(xué)工程股份有限公司 電控室，北京 101111）

0 引言

隨著國(guó)內(nèi)煤化工行業(yè)的迅速發(fā)展，大型煤化工項(xiàng)目逐漸增加，輸煤系統(tǒng)的規(guī)模也隨之上升，因而對(duì)其控制方式、運(yùn)行穩(wěn)定的要求越來(lái)越高。對(duì)于以往小規(guī)模的輸煤系統(tǒng)，常采用從現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備到控制室的硬接線方案，但對(duì)于大型煤化工項(xiàng)目，因現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備布置比較分散、數(shù)量較多且離控制室較遠(yuǎn)，若仍采用以往設(shè)計(jì)方案，會(huì)導(dǎo)致控制電纜需求量增多、成本增加，對(duì)設(shè)計(jì)、排查故障帶來(lái)麻煩，而且會(huì)影響系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。因此，經(jīng)過(guò)分析輸煤程控系統(tǒng)的特點(diǎn)和研究西門子產(chǎn)品的功能，提出了采用西門子遠(yuǎn)程I/O 站的解決方案，并通過(guò)項(xiàng)目實(shí)例對(duì)兩種方案進(jìn)行了對(duì)比，可以看出新方案具有成本低、設(shè)計(jì)簡(jiǎn)便和可靠性高的優(yōu)勢(shì)，便于今后在大型煤化工項(xiàng)目輸煤程控系統(tǒng)的推廣應(yīng)用。

1 輸煤系統(tǒng)的概況

煤化工項(xiàng)目中的輸煤系統(tǒng)包括原/燃料煤貯存和輸送，一般通過(guò)汽車或火車將煤運(yùn)到卸煤地槽，再經(jīng)過(guò)多個(gè)轉(zhuǎn)運(yùn)站、破碎樓、配煤筒倉(cāng)等裝置，實(shí)現(xiàn)原/燃料煤的貯存和輸送，為鍋爐煤倉(cāng)間提供燃料煤和氣化煤倉(cāng)間提供原料煤。主要設(shè)備有帶式輸送機(jī)、破碎機(jī)、犁式卸料器、三/四通換向閥、帶式除鐵器、皮帶除塵器等設(shè)備。輸煤系統(tǒng)具有組成設(shè)備多且位置分散、設(shè)備間聯(lián)鎖關(guān)系強(qiáng)、設(shè)備運(yùn)行環(huán)境惡劣、安全性及可靠性要求高等特點(diǎn)。

2 以往的設(shè)計(jì)方案

輸煤程控系統(tǒng)主要是通過(guò)控制室中的PLC 實(shí)現(xiàn)全部信號(hào)的采集檢測(cè)、運(yùn)算管理和控制輸出[1]，以往的設(shè)計(jì)均將操作站、PLC 和I/0 模塊集中布置在控制室內(nèi)，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的狀態(tài)和控制信號(hào)都需要通過(guò)控制電纜傳輸?shù)郊械腎/O 模塊，數(shù)據(jù)通訊線不出控制室，如圖1 輸煤程控系統(tǒng)的以往設(shè)計(jì)方案所示。

以往設(shè)計(jì)方案存在很多的缺點(diǎn)，主要體現(xiàn)在以下幾方面：

1）當(dāng)輸煤系統(tǒng)裝置較多、現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備比較分散，而且離控制室內(nèi)的PLC 較遠(yuǎn)時(shí)，導(dǎo)致控制電纜的需求量增加，相應(yīng)的電纜成本會(huì)很高。同時(shí)，人工敷設(shè)的費(fèi)用也會(huì)增加。

2）從圖1 可以看出，當(dāng)控制電纜數(shù)量多時(shí)，就需要吊裝很多橋架。但輸煤裝置區(qū)內(nèi)空間有限，除了必需的輸煤設(shè)備，還有暖通的風(fēng)管和給排水的水管，經(jīng)常會(huì)造成風(fēng)管、水管與橋架碰撞的情況，給設(shè)計(jì)帶來(lái)很多的麻煩。

3）控制電纜與動(dòng)力電纜放置在同一個(gè)橋架內(nèi)敷設(shè)，這樣往往會(huì)導(dǎo)致控制信號(hào)受到動(dòng)力電纜的電磁干擾而出現(xiàn)設(shè)備的誤動(dòng)作，使程控系統(tǒng)可靠性降低。另外，也不利于動(dòng)力電纜散熱和用戶排查故障。

3 新的設(shè)計(jì)方案

針對(duì)上述問(wèn)題，在分析輸煤程控系統(tǒng)的特點(diǎn)和研究西門子產(chǎn)品功能的基礎(chǔ)上，提出一個(gè)理想的解決方案，即采用遠(yuǎn)程I/O 站[2,3]。遠(yuǎn)程I/O 站是具有通信功能的數(shù)據(jù)采集/傳送模塊，自身沒(méi)有控制調(diào)節(jié)功能，只是將現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)送到控制中心（比如PLC），或者接受控制中心的數(shù)據(jù)，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行控制。圖2 為采用遠(yuǎn)程I/O 模塊的控制示意圖（以西門子模塊為例）。

從圖2 可以分析出其具有的優(yōu)點(diǎn)，主要體現(xiàn)在以下幾方面：

1）遠(yuǎn)程I/O 模塊可以分散地布置在輸煤系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備附近，利用具有高速數(shù)據(jù)傳輸能力的PROFIBUS DP（開(kāi)放總線系統(tǒng)），通過(guò)雙重光纖回路將PLC 系統(tǒng)的CPU和遠(yuǎn)程I/O 模塊連通，從而確保兩者之間穩(wěn)定順暢地進(jìn)行通訊[4]，從而減少控制電纜的數(shù)量。

圖1 輸煤程控系統(tǒng)的以往設(shè)計(jì)方案Fig.1 The previous design scheme of coal conveying program control system

2）采用光纖通訊，光纖傳輸頻帶寬、通信容量大、中繼距離長(zhǎng)；光纖線徑細(xì)、重量輕，便于傳輸和敷設(shè)，節(jié)省金屬材料；光纖絕緣、抗電磁干擾性能強(qiáng)，還具有抗腐蝕能力強(qiáng)、抗輻射能力強(qiáng)、可繞性好、無(wú)電火花等優(yōu)點(diǎn)[5]，可減少橋架數(shù)量，提高控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和測(cè)量精度，減少模塊的損壞率。

3）具有系統(tǒng)擴(kuò)展容易，便于分期投資、建設(shè)的特點(diǎn)。

4 方案對(duì)比

以昊源煤化工項(xiàng)目作為應(yīng)用實(shí)例對(duì)兩種方案作對(duì)比。該項(xiàng)目輸煤系統(tǒng)一共有8 個(gè)轉(zhuǎn)運(yùn)站，6 個(gè)配煤筒倉(cāng)，1 個(gè)破碎樓、1 個(gè)卸煤地槽、1 個(gè)鍋爐煤倉(cāng)間和1 個(gè)氣化煤倉(cāng)間。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，裝置區(qū)內(nèi)的設(shè)備一共有1722 個(gè)點(diǎn)信號(hào)（包括1095 個(gè)DI、392 個(gè)DO、217 個(gè)AI、18 個(gè)AO），其中最遠(yuǎn)設(shè)備離控制室600m。

表1 配置表Table 1 Configuration table

最初設(shè)計(jì)是將I/O 模塊集中布置在控制室，因裝置區(qū)設(shè)備太分散而且數(shù)量過(guò)多，經(jīng)過(guò)統(tǒng)計(jì)設(shè)備所需的控制電纜，發(fā)現(xiàn)其長(zhǎng)度和數(shù)量大大超出預(yù)期，而且也導(dǎo)致橋架內(nèi)無(wú)法敷設(shè)這么多的電纜。同時(shí)，該項(xiàng)目還有二期，包含6 個(gè)配煤筒倉(cāng)。為了節(jié)省控制電纜，減少敷設(shè)工作量，便于控制系統(tǒng)的擴(kuò)展，對(duì)原有設(shè)計(jì)進(jìn)行了優(yōu)化而采用遠(yuǎn)程I/O 站的方案。新方案結(jié)合設(shè)備分布和橋架的布置情況，分別在4#轉(zhuǎn)運(yùn)站、破碎樓和筒倉(cāng)3 個(gè)位置設(shè)置了1 個(gè)遠(yuǎn)程I/O 站，并預(yù)留了二期I/O 站接口。

以下按項(xiàng)目使用的西門子PLC 系統(tǒng)，對(duì)兩種方案在配置和費(fèi)用兩方面進(jìn)行對(duì)比，分別見(jiàn)表1、表2。

1）配置

2）費(fèi)用

按照用戶采購(gòu)設(shè)備清單的價(jià)格可以得到不同配置的兩種方案所需費(fèi)用。經(jīng)過(guò)統(tǒng)計(jì)，兩方案相差的控制電纜費(fèi)用如表2。

方案二增加的費(fèi)用主要是防爆I/O 柜、電源柜、光纖交換機(jī)、光纖和輔料等設(shè)備的費(fèi)用，按照廠家提供的價(jià)格清單計(jì)算，設(shè)備費(fèi)用總計(jì)20.3 萬(wàn)元。

表2 電纜長(zhǎng)度和費(fèi)用表Table 2 Cable length and cost table

因此，兩種方案的費(fèi)用相差166.54 萬(wàn)元，可見(jiàn)采用方案二能節(jié)省一筆不菲的費(fèi)用。需要指出的是此項(xiàng)目部分裝置未采用遠(yuǎn)程I/O 站，同時(shí)，考慮二期全部采用遠(yuǎn)程I/O 站的方案，可以預(yù)估，如果該項(xiàng)目都采用方案二的設(shè)計(jì)，帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益將更加可觀。

5 結(jié)束語(yǔ)

在煤化工項(xiàng)目規(guī)模逐漸大型化后，輸煤系統(tǒng)要求實(shí)現(xiàn)可靠的控制和穩(wěn)定的運(yùn)行目標(biāo)，就要優(yōu)化以往的設(shè)計(jì)方案。因此，本文提出應(yīng)用遠(yuǎn)程I/O 站的新方案，通過(guò)對(duì)兩方案的介紹及在項(xiàng)目應(yīng)用實(shí)例中的對(duì)比，可以看出新方案能很好地解決以往設(shè)計(jì)存在的問(wèn)題，同時(shí)具有節(jié)省電纜，降低成本、設(shè)計(jì)簡(jiǎn)便、可靠性高和便于擴(kuò)展的優(yōu)勢(shì)。因此，可在今后大型煤化工項(xiàng)目輸煤系統(tǒng)中推廣應(yīng)用。