国电智深控制系统在火电厂输煤系统中的应用.pdf

第2 1 卷第5 期 2 0 1 4 年 1 0 月 仪器仪表用户 NS T R UME N 盯l ON EI C V0 I ． 21 2 0 1 4 NO ． 5 国电智深控制系统在火电厂输煤系统中的应用 高 山 ，梁伟平 ，游松林。 1 ． 华北电力大学 控制与计算机工程学院，河北 保定 0 7 1 0 0 0 ；2 ． 国电 福州发电有限公司，福州 3 5 0 3 0 9 摘要 火电厂在我国的能源结构中占有重要地位，而输煤系统是火电厂安全有效运行的基础。输煤系统大部分是 机械设备，生产环境复杂恶劣 ，使得控制面临诸多难题。集散控制系统 D C S 采用集中管理，分散控制的思想， 在保证安全的同时，大大减少了体力劳动，在工业生产中获得了广泛的应用。结合国电福州输煤改造项目，从实际 的角度 ，对国电智深D C S 产品E D P F N T P l u s 在输煤系统中的应用进行了探索研究。实践证明系统运行稳定，满足 厂方需求。 关键词输煤程控；国电智深；集散控制系统；E D P F N T P l u s 中图分类号T M 6 2 文献标识码A 文章编号1 6 7 1 - 1 0 4 1 2 0 1 4 0 5 - 0 0 7 2 - 0 3 Th e App l i c a t i o n o f Guo d i a n Zhi s h e n Co n t r o l S ys t e m i n Co a l Ha n d i ng S ys t e m o f Th e r ma l Po we r Pl a n t Ga o S h a n ， Li a n g We ipi n g ， Y o u So n gl i n 1 ． S c h o o l o f C o n t r o l a n d C o m p u t e r E n g i n e e ri n g ， N o r t h C h i n a E l e c t ri c P o w e r U n i v e r s i t y ， B a o d i n g H e i b e i 0 7 1 0 0 0 ， C h i n a ；2 ． G u o d i a n F u z h o u G e n e r a t i o n L i m i t e d L i a b i l i t y C o m p a n y ， F u z h o u F i a n 3 5 0 3 0 9 ， C h i n a Ab s t r a c t T h e r ma l p o we r p l a n t o c c u p i e s a n i mp o r t a n t p o s i t i o n i n Ch i n a ’S e n e r g y s t r u c t u r e ， a n d c o a l h a n d l i n g s y s t e m i s t h e b a s i s f o r s a f e a n d e f f i c i e n t o p e r a t i o n o f t h e t h e r ma l p o w e r p l a n t ． Mo s t of t h e c o a l h a n d l i n g s y s t e m i s me c h a n i c al d e v i c e s ． T h e p r o d u c t i o n e n v i r o n m e n t i s c o m p l e x a n d h a r s h ， t h a t ma k e c o n t r o l f a c e s ma n y c h all e n g e s ． D i s t ri b u t e d C o n t r o l S y s t e m D C S u s e s t h e t h o u g h t o f c e n t r a l i z e d ma n a g e me n t an d d e c e n t r a l i z e d c o n t r o l ， e n s u ri n g s a f e t y a n d g r e a t l y r e d u c i n g t h e ma n u a l l a b o r ． I t ma k e s a w i d e r a n g e o f a p p l i c a t i o n s i n i n d u s t ri a l p r o d u c t i o n ． T h i s a r t i c l e d e p e n d s o n c o a l h a n d l i n g r e c o n s t r u c t i o n p r o j e c t i n G u o d i a n F u z h o u g e n e r a t i o n l i mi t e d l i ab i l i t y c o mp an y ， f r o m a p r a c t i c a l p o i n t o f v i e w ， i n t r o d u c i n g E DP F - NT P l u s i n c o a l h a n d i n g s y s t e m． P r a c t i c e h a s p r o v e d t h a t t h e s y s t e m i s s t ab l e a n d me e t t h e n e e d s o f t h e f a c t o r y ． Ke y w o r d c o a t h a n d i n g s y s t e m； Gu o d i a n Z h i s h e n ； DC S ； E DP F NT P l u s O引言 输煤系统是火电厂辅助系统的主要组成部分之一 ，承 担着上煤与配煤 的重要任务[ 1 ] ，即把煤从火车或轮船上卸 到煤场储存 ，和把煤从煤场运到磨煤机以供锅炉燃烧。输 煤设备分布广，工作环境粉尘大 ，操作和维护的工作量极 大 。因此 ，实现 自动控制是非常迫切 的 】 。 笔者根据国电福州电厂输煤改造项目，介绍E D P F N T P l u s 在实际中的应用。 1工程概述 本期工程是在原有 的输煤系统上 ，增加一条输煤线 路。该厂燃煤主要通过海运，大型轮船停靠在厂区码头， 通过卸船机 、输煤皮带 ，将燃煤运到煤场储存 ，在需要时 取出。工程的流程图如图1 所示。黑线部分为本次工程 。 主要包括 1 台卸船机，6 台带式输送机，1 台三位置伸缩装 置，1 台斗轮堆取料机和其他相关 、辅助设备。 整个系统采用顺序控制 ，逐个启动相应设备。在实 际运行时 ，需要根据反馈信号 ，判断设备工作状态，防 止堵煤带来的损失。系统的控制难点在于，2 皮带长达近 3 k m，启动和停止需要多部大型变频器，堆取料机需要设 计正转反转、顺控手动等多种方式 ，智深系统与一期施耐 德昆腾系Y lJ P L C 的通讯。 收稿 日期 2 0 1 4 - 0 8 2 6 作者简介高山 1 9 8 9 -，男，河北唐山人，在读硕士，研究方向 D C S 在电厂中的应用。 圈1工程流程图 F i g ． 1 a r o j e c t fl o w 第5 期 高山 国电智深控制系统在火电厂输煤系统中的应用 7 3 2 DC S 配 置 输煤系统 域C O A L 4 1 以A 网为例，B 网呵A 网 图2程控 系统分布示意图 F i g ． 2 S c h e ma t i c d i a g r a m o fc o n t r o l s y s t e m DC S 采用控制器、上位机的两级控制结构，利用控制 器对整个输煤系统中的设备进行控制和数据采集 ，通过上 位计算机发出控制命令 ，同时在上位机上直观动态地显示 系统中各设备的状态信息。上位机放置在程控室 ，控制器 则分布在相应的转运站 ，备有专用的电源柜。由于距离过 长，上位机和控制器之间采用光纤通信 ，双网冗余，保证 整个控制网络的畅通。 整套输煤系统可实现完全 自动控制。以功能相对 自治 划分各站，不同的功能用不同的站来实现，主要有工程 师站 E N G，操作员站 O P R，接口站 S I S，过程 控制站 D P U，历史数据记录站 HS R 『 4 ] 。重要的功能 站可以设置冗余 ，也可以将多个工作站在同一台物理计算 机上实现。工程师站主要用于系统的组态和维护。操作员 根据操作员站显示的过程画面，对设 备进行监控和操作。 过程控制站是系统最基本的控制单元 ，将网络通信，数据 处理 ， 顺序控制和批处理有机的结合起来 ，形成可靠稳定 的控制系统。历史数据站采用二进制压缩格式收集、存贮 和管理数据，包括 日志 、报警 、S O E、事故追忆等。接 口 站是智深系统与第三方计算机连接的双向数据通讯接口[ 5 1 o 在实现使用要求的前提下，厂方采购了3 台计算机和4 对8 个 D P U。计算机功能为1 台工程师站 ，1 台操作员站，1 台接 口站。系统分布如图2 所示。 在现场，DP U 通过高速现场总线与I ／ O 模块连接 ，实现 分布式控制。结合设备特点 ，工程选用了D I 3 2，DO 1 6 ， A I 1 6 ，A O 0 8 ，R T D1 6 五种卡件。卡件端子和模块集成在～ 个底座上 ，方便系统的安装 ，检修和维护。R T D 为热电阻 测量模块 ，以桥路原理测量P T 1 0 0 。 3 软 件 组 态 E D P F N T 组态软件基于Mi c r o s o f t V i s i o ，简单快捷。支 持S A MA 图等图形化的组态语言 ，方便用户根据需要 自定义 算法 。算法均为模块化封装 ，并以图标显示 ，按模拟量和 数字量划分为两大类。组态时 ，只需拖拽至相应的Vi s i o 图 中，用线连起来。V i s i o 图经过配置编译后 ，生成标准S A MA 图，供操作员站查询设备状态，算法逻辑。 卸煤时，采用逆煤流方向依次启动3 斗轮机 ，C1 3 皮带 ，3 转运站短皮带，C 3 A 皮带 ，C 3 皮带， C 2 皮带，C 1 皮带 ，卸船机 ，前一级设备的运行反馈是下一级设备的启 动允许条件之一。所有皮带均采用AB 双路布置，提高可靠 性。停止时，采用顺煤流方向停止卸船机 ，c 1 皮带，c 2 皮带 ，C 3 皮带 ，C 3 A 皮带，3 转运站短皮带 ，C 1 3 皮带，3 斗轮机。中间某一设备发生故障，影响正常运行时，顺煤 流的上级设备立刻停止，以免造成更大的堵煤 ，下级设备 正常运行 ，输送完皮带上的存煤后停止【6 】 。 C 2 - g 皮带机3 C 2 一 B 皮带枫L 号盘频器转矩输 出 C 2 一 B 皮带帆1 号受葶 甄 器转矩输入 图3 1 变频器的转矩逻辑选择 Fig．3 T o r q u e G o n v e r t e r s e l e c t i o n l o g i c l 由于2 皮带过长 ，需要 比较大的拉力 ，现场采用3 台 变频器控制，1 主2 从的工作方式。运行前 ，先启动相应的 变频变压器，风机。再通过上位机 ，给定相同的速度设定 值 。变频器根据速度计算所需转矩 ，将主转矩作为从转矩 的输入值。1 变频器的转矩逻辑选择如图3 所示。假设1 } } 变 频器作为主变频器 。经信号选择模块，如果上位机选择2 作为主变频器 ，模块的输出为2 转矩输出值 ，否则输出为 1 变频器转矩。同样 ，经过第2 个信号选择模块，如果上位 机选择3 作为主变频器 ，模块的输出为3 转矩输出值 ，否 则输出为1 或2 变频器转矩。最终的转矩输出分别送N3 台 变频器的转矩输入。 智深的人机界面采用 自身的G B 画图软件，由G D 软件显 示，可以根据用户要求和使用习惯 ，画监控画面。该厂一 74 仪器仪表用户 N S T R U ME N 1 。A T 1 0 N 第2 1 卷 图4输煤系统主监控画面 Fig 4 Co a l h a n d l in g s y s t e m o f t h e ma i n c o n t r o l s c r e e n 期输煤系统运行多年 ，值班人员也较为熟悉已有的向面风 格。为方便起见，所画画面模仿一期 ，并添加新增设备。 整体系统如图4 所示。皮带停止时为灰色，也可根据运行状 态变红或变绿。犁煤器由抬起 、落下两种图形表示。 考虑 到 紧急 情 况 的发 生 ， 示 界 面设 计 _r “ 全场 急 停”按钮，一键立刻停止所有设备。同时，为保证安全， 设嚣 “ 复位”按钮。当系统巾有设备发生故障后，逻辑 中 故障信号会保持。只有排除故障，确认 “ 复位”后，才能 在逻辑中消除故障信号 ，正常操作设备。 4 Mo d b u s 通信 现代电场规模大 ，建设周期长，设备众多，有时会采 ．} _} j 不同的控制系统，而监控人员数量与精力有限，这要求 不 同的系统能在 同一台电脑上显示 操作 。在E D P F N T P l u s 中，可以用软件或硬件实现与第i方的通讯。硬件实现需 要配置一块C O M卡，它是分布式高速智能测量测控网络 中 的智能通讯单元，支持Mo d b u s 协议或I E C 6 0 8 7 0 5 1 0 3 规 约。但其检测通道数量相对有限，购买卡件又需要一定的 费用。因此，在实际中，更多的应用软件实现通讯。 软件通讯可基于以太网或串口服务器。以太网通讯协 议为Mo d b u s o v e r T C P ／ I P ，每个第三方系统与D C S 均视为网 络上的一个结点 ，需 明确指定每个结点I P 地址和端 口号。 串口通讯协议为Mo d b u s R T U，第三方系统与D C S 之间以串 口服务器作为转接接口。服务器一端通过R 4 8 5 和第 方系 统 连接 ，另一端 则通 过以太 网和DC S 连 接 。一 个串 口服务 器具有一个I P 地址 ，每个端口具有自己的端口号 I 。 设备 、任 务与虚拟 卡件是通讯 中最重要 的3 个概念 。设 备是指与D C S 通讯的第三方系统，一个D P U 可与多个设备通 讯 ，设备问彼此独立。任务是D C S 与第i方系统的事务处 理 ，一次任务完成一次通讯。D C S 与第i方系统的通讯 南 一 个或多个任务组成 ，可分成输出任务和输人任务。虚拟 卡件类似传统的T 0 卡件，用于组态，创建通讯测点。 该厂一期输煤系统采用昆腾P I C 控制 ，厂方要求D s 侧 能监视整个输煤系统。实践中选择以太网通汛，E DP F N T P l u s 作主站，直接读取P L C 主机中的信号值。 通讯配置 的主要步骤 如下 1 创建虚拟D P U 。在接 口站新建D P [ j ’操作方法与真 实D P U 相似。 2配置 网 络环境 。接 n站 与P L C 系 统 处 于同一个 子 网，用接口站的第三块网卡J - P L C 主J 0 L H 连。 3组态。根据需要建5 3 0 块虚拟卡件 ，绘制逻辑图。 虚拟卡件需要指定设备I D，从站I D，起始寄存器号，字节 顺序类型和功能码。 4创建配置文件。结合通讯测点清单和卡件组态信息 配置任务。 5结束语 本文以国电福州电厂为例，介绍了智深E DP F N T P l u s D C S 系统在输煤项 目中的应用 ，说明了基于Mo d b u s 的通讯 方法。近一年的运行表明，该系统设计良好 ，故障率低， 大大降低 了监控人员的- T 作量，实现了自动控制，对改变 电厂 中输煤程控落后的状态 ，具有一定 的参考和指导价 值。 参考文献 【 1 】 花书振 保定热电厂输煤程挖系统的设计改造[ D 1 ． 保定 华北电 力大学， 2 0 0 8 ． [ 2 】 张海玲． P L C 在火电输煤程控系统中的应用研究 1 ． 青岛 中国 海洋大学， 2 0 0 9 [ 3 1 于学鸱 ． 基于和利时L K大型P L C的电， 一 输煤程 摔系统设计与研 究[ DI 西安 两安 电子科学技 术大学， 2 0 1 0 [ 4 】 董玉强， 白焰 DCS 在 某电厂脱硫 系统的应r [J I ． 化 工自动化及 仪 表， 2 0 1 2 ， 3 9 1 2 1 5 6 1 1 5 6 6 ． 【 5 】 北京 国电智深 控制技术 有点公司围电智深E DP F ～ NT系统 简 介【 z 】 ． 2 0 1 1 ． 【 6 l 黄湘． 大型火电设备手册I M1 北京 中国电力出版社， 2 0 0 9 ． [ 7 l 北京国电智深控制技术有点公司E D P F N T P lu s E I O 使用手册 f Z 1 ． 2 0 ．