基于DSP技术的总线智能控制系统在输煤程控系统中的应用研究

中国石化长城能源化工（宁夏）有限公司热电厂 杨永冲

基于DSP技术的总线智能控制系统在输煤程控系统中的应用研究

中国石化长城能源化工（宁夏）有限公司热电厂 杨永冲

1. 输煤程控系统现状分析

近几年来，我国火力发电厂单台机组容量不断加大，输煤工艺系统的规模也变的日益庞大。目前的控制方案多采用MODICON、AB、西门子等PLC系统，在输煤程控室设置集中的双机热备CPU，执行整个系统的控制逻辑，再在若干个转运站，设置多个远程站，在远程站配置PLC的DI、DO、AI、AO、热电阻或热电阻模块，设置大量的I/O隔离继电器，以及外接大量的至现场设备就地控制箱及MCC柜的控制电缆来实现。此技术目前仍然是主流方案，在目前正在建设的火电厂自动化中基本上均采用此方案。

上述方案带来的主要问题有：

1）控制电缆需求量很大

由于输煤系统距离长，设备分散的原因，使输煤程控系统对控制电缆的消耗极大，输煤程控系统的总投资已不主要取决于PLC控制系统本身，而主要是电缆、桥架及电缆沟、施工等诸多系统。对控制系统方案进行优化，减少电缆消耗，对降低整个系统的投资具有决定性的意义。

2）现场施工工作量大

例如某电厂二期工程，2X300MW机组，2002年设计，整个程控系统设主控室1个，煤仓层设1个远程站，控制电缆耗量约100公里。现场电缆敷设、查线、校线需大量的人力物力。在目前人力成本不断增加的背景下，减少电缆消耗，对降低整个系统的投资也具有决定性的意义。

3）系统可靠性差

由于工程建设中的好多实际问题，现场控制电缆基本与动力电缆紧靠敷设，从而控制系统极易受强电系统干扰。即使采用在程控柜内增加DI/DO继电器隔离，在现场设备就地控制柜内增加中间继电器重动等措施，该问题在电缆很长的场合仍无法根除，严重时系统无法稳定运行；另外，输煤系统粉尘污染问题，是每一个电厂的顽症，再加上几乎每班运行后水冲洗，使输煤系统控制设备长期处于大灰尘、高潮湿的环境中。在运行几年后，不可避免出现电缆短路等状况，严重影响系统的可靠性。

4）不易检修及维护

由于输煤系统距离长，如果某根控制电缆出现问题，检修人员需在电缆沟及桥架上寻找损坏点，工作量大，而且影响系统的正常运行。

2. 基于DSP的总线智能控制单元

针对输煤程控系统设计中采用PLC方案所存在的主要问题，本文提出了基于DSP的总线智能控制单元。采用总线智能控制单元，为解决火力发电厂单机大容量机组输煤控制系统的固有难题提供了一套完整的思路，也是国内电力行业输煤系统自动化控制领域内的一大创新。

通过对国内外现场总线技术发展的现状，以及目前各类现场总线技术在工程中实际应用的效果、方便性、经济性等全方位的比较和分析，本总线智能控制单元采用国际上标准的MODBUS、PROFIBUS现场总线技术，完全可与施耐德及西门子PLC无缝连接，不需要任何协议转换，大大提高了通讯速度。该系统在可完全解决火力发电厂输煤程控系统中存在的几个固有问题：①设备布置分散，系统易受强电磁干扰，系统可靠性差的问题；②控制电缆用量大，工程建设一次性投资大的问题；③现场环境潮湿，控制系统环境适应性差的问题。

将总线智能控制单元应用于输煤程控中，具体的思路为：首先将整个输煤程控系统控制范围内的被控对象，考虑以设备为单位，设置被控对象的就地电控箱，再在每一个就地控制箱内安装一个总线智能控制单元，该单元负责将本设备的DI、DO、AI、AO进行硬连接；对总线智能控制单元之间，采用皮带机A、B两侧进行分组，每组内的总线智能控制单元之间，用专用通讯电缆连接，最后与控制室内的PLC主机相连（总线连接）。在输煤程控室内，设置两台上位监控计算机、PLC主机1套，不需要DI、DO、AI、AO等模块。

采用基于DSP的总线智能控制单元，具有完全的知识产权，并且通讯协议可与国内广泛使用的施耐德、西门子无缝连接。总体讲有以下多项不可比拟的优越性：

1）降低工程电缆造价

由于整个系统的线缆以串行方式连接，区别于常规系统中的辐射方式，从而最大可能的减少了整个程控系统中控制电缆的消耗，节省了工程的一次性电缆投资；

2）输煤系统电缆通道减少

由于极少的电缆用量，也就使得本系统对电缆通道的需求大大降低。PLC方案电缆很多，对电缆桥架的需求很大，而对现场总线方案，电缆根数急剧减少，控制电缆对电缆通道的需求也极大减小，现场只需考虑少量的槽盒或者干脆沿皮带边穿管敷设。

3）输煤程控系统更简单

对输煤程控系统本身而言，采用总线技术后由于将测控设备直接布置于被控对象就地，实现了就地设备与程控系统的直接连接，从而使程控系统不再需要通常PLC意义上的大量DI/DO模块。如此，减少了程控系统的大量隔离继电器，也使得程控柜的数量得以减少。也节省了程控室空间，大大节约资金与空间成本。

4）工程施工周期缩短

在输煤程控系统工程建设过程中，电缆敷设、电缆接线工作耗费了现场最大量的时间，部分施工还具有一定危险性。当采用总线方案时，电缆根数极少，极大的减少了工程量，缩短了工程的建设周期，提高了工程的总体效益；同时，也避免了施工过程中可能出现的危险。

5）系统调试时间加快

由于电缆接线工作量的急剧减少，使得现场校线的工作量接近为零，调试人员的工作仅在于软件内对控制画面与控制对象的关联关系进行核对，而不再有现场的校线工作量，极大的缩短了系统的调试时间。同时，该智能控制单元集成了配套设备的控制工艺程序，免去施工人员的二次开发。

6）设备运行维护工作简单

由于接线简单，系统基本上没有电缆的维护工作量，再加上系统的自诊断能力和极高的自动化水平，为维护人员提供了各种故障判断信息，从而极大的减轻了维护人员的工作。同时，每台控制器在功能上相对独立，即使后期出现故障，只需将故障件替换，不会对整个系统造成影响。

7）系统功能扩充能力增强

由于每个现场总线节点本身就是一个智能设备，因此在进行系统扩充时只需增加新的节点即可，在首次设计时根本无需考虑系统的预留问题。

3. 小结

本文提出了基于DSP技术的总线智能控制系统，并着重分析了该系统在输煤系统中的应用。经在实际工程中的应用，验证了该系统的可行性与有效性。为电厂输煤系统的智能化建设，提供了有效的解决方案。同时，该系统亦可应用于化工、水处理等工控领域。