电厂2×1000MW机组气力除灰系统电控设计及应用

2010-06-26刘志康

电气传动自动化 2010年4期

刘志康

（北京国电富通科技发展有限责任公司，北京 100070）

1 概述

某电厂三期2×1000MW机组采用双套管气力除灰系统，于2008年顺利投产，该项目作为国内现今最大容量机组，具有输送距离长（约1500m）、起点高（该厂一二期均为国外厂家提供设备）的特点。故该厂对控制系统设计与维护提出了更严格的要求，要求节约人力成本，提高电厂自动化水平。

2 控制逻辑说明与设计原则

电厂气力除灰系统简单地说就是在电除尘灰斗下设置一系列输送仓泵，按照若干个仓泵串联成一个输送单元，若干个输送单元又汇成几根输送母管，通过压缩空气将电除尘收集的灰输送到灰库的设备系统总和。其控制对象主要是对应每个输送单元的进料阀、出料阀、排气阀、进气阀和补气阀等气动阀门以及配套的气源系统、配电系统和灰库系统和相关的压力变送器、料位计等仪表。

2.1 控制逻辑说明

输灰系统运行方式分为手动和自动两种。手动方式所有阀门只能实行单个操作；程控方式所有阀门按照预先编好的程序自动运行；从手动切换至自动时所有阀门都必须在关闭状态。控制逻辑说明如下。

（1）正常运行方式

正常情况下每个输灰单元按预先设定的参数自动程控运行，其具体流程为：开始运行→排气阀开→进料阀开（开始进灰）→输送器高料位报警（或进灰时间到）→进料阀关→排气阀关→出料阀开→进气阀开（开始输灰）→输灰管道压力降至设定值→进气阀关→出料阀关（一个输送循环结束）。

（2）主要连锁方式

对于共用一根输灰母管的不同输送单元互相之间不能同时输送；输送气源压力或控制气源压力低时，不能输送；系统中由故障报警时不能输送；输送压力超高时，补气自动开起，调节灰气比。

（3）解列方式

对于整个输送系统，任何一个输送单元故障时可单独解列，不影响其它单元运行；

输灰系统按程控方式运行，当系统出现“堵管”报警，需要进行手动清堵，或者程控出现其他问题而不能按程控方式运行时，应采用手动方式运行；

当系统发生“堵管”报警，从自动方式切换到手动方式时，应将所处理的单元所在输灰管道上的其余单元全部切换到手动方式；

手动运行的工艺过程与程控步骤相同；

输灰系统的单元程控起动时，压力输送罐进灰采用“料位”控制和“定时”控制“料位优先”的控制方式；

输灰压力输送罐进灰过程中，任一压力输送罐出现“高”料位或“定时”（如一电场单元装灰时间整定值10min）时间到，输灰单元装灰结束自动转入输灰运行的下一程序；

输灰系统采用同一根母管的各单元按先后次序和单元等级，逐一输送运行，不得同时有两个或两个以上单元同时进行输送；一电场优先于二电场，二电场优先于三电场，三电场优先于四电场，四电场优先于五电场，省煤器优先于空预器；一电场优先于省煤器优先于空预器；

任何单元从手动方式切换到自动方式时，输灰系统都是以进料为开始的输灰自动循环系统；

同一根输灰母管上的任何两个单元不能够同时输送，只能待一个单元输送完成才能转到另一个单元输送；

输灰系统的任何单元进行输送时，都是以灰管路上压力变送器的压力值来判断输灰何时结束（压力变送器是在单元进气阀打开后延时T时间开始判断，输灰结束压力为：50KP-60KP）；如果实际输灰时间超过输灰报警设定时间时，系统保持原来状态，画面出现输灰超时报警；

系统输灰的画面上设有“解列”功能。点击“解列”将会出现所有单元名称块，点击相应的单元名称块将会出现该单元所有阀门和料位计的名称块，点击相应阀门和料位计的名称块中的“解列”，就会将其从自动程序中解列出来。其它的设备将继续按照正常程序运行。此功能只有在阀门或料位计出现故障，暂时无法处理时才使用。

当灰库出现“灰库高料位”报警时；需要系统停运，将输灰管道切换到相应的备用灰库。灰库库顶切换阀是电动切换阀，具有现场就地操作功能和上位机远操功能，并将输灰系统自动程控运行停运。

系统开始逐个单元清管，清管结束后，系统所有阀门处于初始（关闭）状态。将输灰管道切换到相应的备用灰库。

库顶布袋除尘器除具有现场就地操作功能外还可以通过上位机进行远操起动，由差压开关来实行自动控制。正常运行时一般以上位机远操为主。

2.2 设计原则

其控制系统有如下设计原则：

①要求具有极高的可靠性。整套程控系统需要满足双机热备要求，包括处理器模块、通信模块、电源模块、通信总线均冗余配置。

②充分考虑工艺系统位置的分散性、设备功能的独立性。每台炉各设置一套独立程控系统，两台炉运行互不影响，对于两台炉均须控制的公共系统，设计单独的转接箱，将其输入信号同时送入两台炉的控制系统，输出信号均可下达并且互锁，同时只能由一台炉发出指令，远程控制；对气源系统、灰库系统单独设置远程I/O子站。

③I/O测点分配的合理性。单个远程I/O子站的故障，不能影响其它子站的运行；子站内单个I/O模块的故障，不影响其它单元的运行，这要求将重要的输送单元I/O测点，不分配到同一个模块内，避免其故障影响其它输送单元的运行。

④具有恶劣环境的适应性。考虑到南方雷暴天气较多，对距离程控室1500m之外的灰库远程I/O站，采用多模光缆连接，对电源柜电源进线加装浪涌保护器，总线电缆单独穿金属管等保护措施。

⑤快速实时响应能力以及响应精度。对于灰库顶部的变频排气风机，采用ControlNet总线控制方式，相对传统控制方式来说，布线简单、响应速度更快、精度更高，便于维护。

⑥设备选型须有一定的前瞻性、先进性，适应将来较长时间段的不落后。控制系统采用ControlLogix PLC系统，其代表着当今最先进的新一代控制平台，具有系统灵活性强、易于集成、模块化设计、开放式的结构、特有的升级固件，相对其它主流PLC厂家而言，其组网更灵活，机架槽数更设置更合理，在单个机架范围内对输入/输出字数没有限制。所有继电器均选用菲尼克斯端子型继电器，保证了柜体的紧凑与美观。

3 电控系统设计描述

3.1 PLC系统组态

图1 单台炉程控组态图

该控制系统分为三个层次——信息层、控制层和设备层，其中以EtherNet/IP为核心的自动控制信息层包括工业以太网交换机以及上位机系统，包括辅控中心，主要用于人机界面与PLC之间的通信。分支交换机采用MS20系列交换机，4光8电口、可网管、10M/100M自适应，上位机采用专业工控机。控制层是以采用ControlNet总线控制为核心的PLC控制层，包括各个远程I/O子站、ControlNet通信模块、光纤适配器等。设备层包括就地仪表、阀箱等数据采集设备与执行机构。如图1所示为单台炉程控组态图。

3.2 程控系统硬件配置

PLC系统采用1756-L62控制器，4M内存，冗余配置。冗余控制器机架选用7槽1756-A7机架，通讯模块选用1756-ENBT以太网通讯模块和1756-CNBR冗余ControlNet通讯模块，开关量输入模块选用32点1756-IV32、开关量输出选用32点输出的1756-OB32模块，模拟量输入采用8通道的1756-IF8模块。每台炉控制系统供配置输送子站、气源子站和灰库子站。根据所需的I/O模块数量输送子站配置了一个13槽1756-A13和一个10槽1756-A10机架，气源系统子站与灰库远程子站各配置了一个17槽的1756-A17机架。每个机架的备用插槽按照20%的原则配置，I/O点数按照15%富裕量配置。

冗余控制器机架通过以太网通讯模块与操作员站系统建立连接通讯，冗余控制器机架与远程I/O子站通过冗余的ControlNet总线连接，网络介质为75Ω同轴电缆，总线每段最大传输距离1000m，段与段之间可用中继器延伸网络，网络传输速度达到5M/s，针对南方雷暴多以及抗干扰因素，本项目灰库远程I/O子站通过1786-RPA和1786-RPFM光纤模块与气源系统子站连接，介质为4芯多模光缆。灰库顶部的排气风机变频器通过22-COMM-C变频器接口模块与ControlNet总线连接，并完成对数据的采集和控制。

3.3 工程师站及操作员站

工程师站和操作员站采用工控机，配置标准以太网卡，双网配置，安装了Windows 2000操作系统。4台操作员站通过以太网交换机互联，满足任何一台操作员站均能够监控两台炉除灰系统。软件主要有组态编程软件Logix5000、通信软件RSLinx、网络组态软件RSNetworx、上位机监控软件RSview SE、每台上位机同时具备操作员站与工程师站的功能，可在线切换。RSview SE提供友好的人机界面和方便的操作方式。画面包括流程画面、操作画面、设定画面、操作画面、趋势画面、报警显示、报表画面等标准功能画面。通过以太网实现对现场设备的过程监控、过程动态数据的动态显示、参数设定、操作控制等功能，其中操作画面按钮配有确认画面以减少误操作的可能，提高系统的可靠性。RSview SE支持各类规范和协议如，OPC、ODBC、ActiveX等，操作员站还与辅控中心通过OPC方式进行通信。