储煤筒仓信号监测系统设计与研究

周瑞强

摘要：筒仓是火力发电厂运用较为广泛的一种封闭储煤方式，具有环保美观、占地少、自动化程度高、管理方便同时具有混煤、准确配煤等特点，但由于燃煤在储存期间会发生氧化和自燃从而影响筒仓的安全使用。本文通过对36米直径筒仓安全监测装置的布置设计及研究，提出一套完整筒仓的安全监测方案，以保证筒仓的安全使用。

关键词：储煤筒仓 安全监测装置

中图分类号：TP272 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2014）12-0172-02

在火力发电厂筒仓储煤过程中，储煤由于缓慢氧化作用，会使煤层温度升高，同时释放有害气体和烟雾，甚至导致煤的自燃。当温度、可燃气体浓度和烟雾达到一定的数值后，可能造成筒仓爆炸的重大事故。因此，储煤筒仓在工程应用中，安全信号监测装置是必不可少的。

1 监测信号配置

筒仓监测信号设置：温度监测传感器、可燃气体监测传感器、烟气监测传感器、料位监测传感器和泄压门等一次元件，完成现场实时信号的检测，同时，在筒仓控制室设置相应的数据采集（仪表和控制PLC）系统，完成以上信号的显示和报警输出；在输煤程控室，设置上位机及其监控组态软件，组成监测系统，完成数据的采集、显示、设备动态显示和报警输出等功能。

（1）温度监测系统：实时测量筒仓内部煤炭的温度和可能的自然和易燃点。每个筒仓应配置26只温度传感器，其中：4只在内锥面、4只在内筒内，6只在外锥面（标高6米），6只在外环面（标高15米）和6只在外环面（标高30米）。传感器长1米，伸入筒仓内的深度应300mm，测温范围应达到-20℃～+180℃，误差范围应不超过±（0.2+0.005t）（t—为实际测得温度数值）。

（2）可燃气体监测系统：每个筒仓顶部安装两只可燃气体探测器。可燃气体探头的检测范围应达到0-100%LEL，输出4-20Ma，电源：DC24V，采用混合气体检测方式。

（3）CO气体监测系统：每个筒仓应配置两只CO气体探测器。CO气体探头的检测范围应达到0-100%LEL，采用CO气体检测方式。0-100%LEL，输出4-20Ma，电源：DC24V，采用混合气体检测方式。

（4）烟雾监测系统：一般可燃物质在开始燃烧后都将释放出燃烧气体。由于燃烧气体（烟雾）具有流动性，可以迅速地传布和扩散，所以烟雾浓度监测是火灾探测的重要手段。每个筒仓顶部安装两只防爆烟雾探测器。

（5）料位计的配置：1）雷达连续监测煤位：每个筒仓应配置二支雷达料位检测器，实时测量筒仓内部煤位。两线制，测量范围1--40m，设置两级高煤位预报，两个连续量和两个开关量，并发出相应的声光报警。2）筒仓高煤位监测：每个筒仓应配置两只射频导钠式高料位仪和两只LVG型高料位探头，探测高度定为3.0m。高料位探测仪的安装在筒仓进煤口附近，同输煤设备互锁，克服煤堆形状造成的误差，防止发生溢仓现象。每级输出两个信号，一个信号到输煤程控，另一个信号自用。

（6）升降式综合监测机构：每个筒仓应配备四套自动升降式综合监测机构，监测内容包括可燃气体、烟雾、丙烷、温度和煤位检测，其中两套应包括可燃气体、丙烷、温度、煤位检测，另外两套应包括烟雾、丙烷、温度、煤位检测，其中的煤位测量采用重锤式料位计，发出两个信号。该机构将探头送至每层表面附近以监测该区域的丙烷浓度及温度等数据。该机构应设有限位保护功能并可就地和远程操作。

（7）防爆门的配置。原则上每个筒仓的防爆门予留24个孔，予留孔尺寸为1200mmX1000mm方形孔。每仓配24台。

2 数据采集、数据处理及控制系统

（1）系统应配置数据采集箱以及计算机测控系统。数据采集箱防护等级为IP54。

（2）数据采集及端子箱组成。

（3）在输煤集控室设置计算机测控系统。

（4）控制系统将由数据采集系统、智能控制箱（PLC）和上位机组成。计算机测控系统应配备最新工控组态软件。

（5）应具有逼真画面显示、人机对话、报警记录、事故追忆查询、打印报表以及数据曲线等功能。

3 筒仓监测系统的控制输出具有下列功能

（1）每个筒仓监测设施的信号通过通讯方式（RS-485）送至位于输煤程控室的上位机。两个筒仓共用一套控制系统，1台LED显示器。向筒仓惰化置换装置提供温度，可燃气浓度，烟雾浓度，料位信号及报警信号，并确定是否启动筒仓惰化置换装置。

（2）筒仓惰化置换装置采用PLC控制，控制系统不设置上位机，与筒仓安全监测系统共用一套上位机操作系统。筒仓惰化置换装置的组态及操作和监视的信息，具有上传或接受筒仓安全检测装置的控制的功能。筒仓惰化置换装置与筒仓安全检测装置之间的料位、温度、可燃气体等安全信号传递采用硬接线或通讯。筒仓安全监视系统负责完成与筒仓惰化置换装置控制系统的接口、协调、配合工作。

（3）每个筒仓的可燃气体、烟雾、一氧化碳、温度、高低料位等监测设施，在输煤系统控制室设置的LED上设置相应的声光报警提示。

（4）每个筒仓的料位应在输煤程控室的计算机LED上模拟显示连续料位。升降式综合监测机构应能发出锁定控制信号，并自动报告料位、烟雾、可燃气体、温度等情况。

计算机测控系统包括：计算机系统、数据通讯卡、不间断电源、打印机。

（5）上位系统中的PLC要求采用双备热冗余设计，热冗余设备应包括电源、CPU、通讯和网关等，上位机配置满足要求，操作系统软件和PLC组态软件版本与全厂保持一致。提供相应的高级实时监控软件包（经汉化），其功能包括图形监控、动态图形显示、自由格式报告、历史数据采集、趋势图、历史数据显示、自诊断等功能。配置UPS不停电电源装置。

（6）PLC选用进口Siemens产品。系统采用Windows，软件采用Intouch、等，且需提供Lisense。系统实际使用的用户内存容量、开关量I/O、模拟量I/O点数留有20%的备用。上位机与PLC之间通过网络连接，网络传输速率不少于10Mbit/s。重要的输入/输出开关量220VAC信号采用中间继电器隔离。endprint

（7）PLC-上位机显示和报警系统功能。PLC-上位机监视和控制系统有数据采集和处理、显示操作、事故报警、打印制表等功能。

（8）PLC-上位机监控系统留有与电厂输煤程控系统（采用双以太网联接及部分开关量接口）接口。

4 上位应用软件开发平台INTOUCH组态软件

INTOUCH（Monitorand Control Generated System，通用监控系统）是一套用于快速构造和生成计算机监控系统的组态软件，它充分利用了Windows图形功能完备、界面一致性好、易学易用的特点。在基于Windows操作平台的基础上，可设计开发出筒仓安全防爆监控应用软件，通过对筒仓防爆现场一次元件（PT100、4-20Ma、烟雾报警）数据的采集处理，以动画显示现场设备状态，温度、烟雾和料位报警处理，实现就地与远程控制设备工艺动作和数据报表输出等多种方式，解决电厂对储煤筒仓安全防爆检测的需求。INTOUCH的主要特点和基本功能如下：

简单灵活的可视化操作界面。INTOUCH采用全中文、可视化、面向窗口的开发界面。

实时性强、良好的并行处理性能，INTOUCH是真正的32位系统。

丰富、生动的多媒体画面。INTOUCH以图像、图符、数据、曲线等多种形式，以图像、声音、动画等于一体的漂亮、生动的工程画面，为操作员及时提供系统运行的状态检测。

开放式结构，广泛的数据获取和强大的数据处理功能。

完善的安全机制。INTOUCH提供了良好的安全机制，为多个不同级别用户设定不同的操作权限。

强大的网络功能。INTOUCH支持TCP/IP、Modem、RS-485/RS-422/RS-232等。

多样化的报警功能。INTOUCH提供多种不同的报警方式，具有丰富的报警类型和灵活多样的报警处理函数。

实时数据库为用户分部组态提供极大方便。INTOUCH由主控窗口、设备窗口、用户窗口、实时数据库和运行策略五个部分构成。

支持多种硬件设备，实现“设备无关”。

方便控制复杂的运行流程。

良好的可维护性和可扩充性。

用数据库来管理数据存储，系统可靠性高。INTOUCH中数据的存储用数据库来管理。设立对象元件库，组态工作简单方便。对象元件库，实际上是分类存储各种组态对象的图库。实现对工控系统的分布式控制和管理。endprint