国电智深控制系统在火电厂输煤系统中的应用

2014-01-01梁伟平游松林

仪器仪表用户 2014年5期

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 071000；2.国电福州发电有限公司，福州 350309）

0 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[2,3]。

笔者根据国电福州电厂输煤改造项目，介绍EDPF-NT Plus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3km，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列PLC的通讯。

2 DCS配置

DCS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（ENG），操作员站（OPR），接口站（SIS），过程控制站（DPU），历史数据记录站（HSR）[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、SOE、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]。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DPU。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，DPU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DI32，DO16，AI16，AO08，RTD16五种卡件。卡件端子和模块集成在一个底座上，方便系统的安装，检修和维护。RTD为热电阻测量模块，以桥路原理测量PT100。

3 软件组态

EDPF-NT组态软件基于Microsoft Visio，简单快捷。支持SAMA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Visio图中，用线连起来。Visio图经过配置编译后，生成标准SAMA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，C13皮带，3#转运站短皮带，C3A皮带，C3皮带， C2皮带，C1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，C1皮带，C2皮带，C3皮带，C3A皮带，3#转运站短皮带，C13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]。

图3 1#变频器的转矩逻辑选择Fig.3 Torque converter selection logic 1#

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到3台变频器的转矩输入。

智深的人机界面采用自身的GB画图软件，由GD软件显示，可以根据用户要求和使用习惯，画监控画面。该厂一期输煤系统运行多年，值班人员也较为熟悉已有的画面风格。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，显示界面设计了“全场急停”按钮，一键立刻停止所有设备。同时，为保证安全，设置“复位”按钮。当系统中有设备发生故障后，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 Modbus通信

现代电场规模大，建设周期长，设备众多，有时会采用不同的控制系统，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EDPF-NT Plus中，可以用软件或硬件实现与第三方的通讯。硬件实现需要配置一块COM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Modbus协议或IEC60870-5-103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Modbus over TCP/IP，每个第三方系统与DCS均视为网络上的一个结点，需明确指定每个结点IP地址和端口号。串口通讯协议为Modbus RTU，第三方系统与DCS之间以串口服务器作为转接接口。服务器一端通过RS485和第三方系统连接，另一端则通过以太网和DCS连接。一个串口服务器具有一个IP地址，每个端口具有自己的端口号[7]。

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DCS通讯的第三方系统，一个DPU可与多个设备通讯，设备间彼此独立。任务是DCS与第三方系统的事务处理，一次任务完成一次通讯。DCS与第三方系统的通讯由一个或多个任务组成，可分成输出任务和输入任务。虚拟卡件类似传统的IO卡件，用于组态，创建通讯测点。

该厂一期输煤系统采用昆腾PLC控制，厂方要求DCS侧能监视整个输煤系统。实践中选择以太网通讯，EDPF-NT Plus作主站，直接读取PLC主机中的信号值。

通讯配置的主要步骤如下：

1）创建虚拟DPU。在接口站新建DPU，操作方法与真实DPU相似。

2）配置网络环境。接口站与PLC系统处于同一个子网，用接口站的第三块网卡与PLC主机相连。

3）组态。根据需要建立30块虚拟卡件，绘制逻辑图。虚拟卡件需要指定设备ID，从站ID，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。