Ovation DCS控制系统在火电厂自动配煤中的应用

2023-09-08祝学志陈旭光

机电信息 2023年17期

祝学志陈旭光

摘要：火力发电厂输煤系统末端设置多个原煤仓为磨煤机供给燃料，是锅炉燃烧唯一的燃料来源，操作员根据原煤仓的料位情况操作犁煤器抬起或落下对原煤仓上煤，以保证料位处于安全范围。现根据艾默生Ovation集散控制系统（Distributed

Control System，DCS）的特点，结合输煤系统的实际情况，提出一种基于Ovation DCS控制系统的原煤仓自动配煤控制策略。该方法可根据皮带输送机输送的煤种，结合原煤仓料位，实时控制不同煤种进入规定的原煤仓，从燃料系统设备控制层实現自动配煤，为原煤仓预混掺烧提供技术支撑。

关键词：Ovation DCS控制系统；输煤系统；配煤掺烧；自动配煤

中图分类号：TM621.2 文献标志码：A 文章编号：1671-0797（2023）17-0013-03

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2023.17.004

0 引言

目前，国内新建大型火力发电厂均采用“主辅一体化”的设计理念，越来越多的辅助车间采用集散控制系统（DCS）进行控制[1-2]。火力发电厂的辅助车间应用DCS取代可编程逻辑控制器（PLC），简化了备品备件库，为日常维护带来了极大的便利。

随着电煤价格不断攀升以及国家节能减排要求不断提高[3-4]，配煤掺烧已经成为火力发电厂提高经营效益、改善机组环保性能的重要手段[5-6]。炉前预混掺烧分为煤场预混、皮带预混和原煤仓预混[7]，本文提出的自动配煤控制策略主要针对原煤仓预混掺烧方式进行讨论。

火力发电厂输煤系统工况非常复杂，主要表现为工作线路长、辅助设备多、工作区域粉尘多、就地巡检员和操作员多等[8]。输煤皮带机将煤场、翻车机或卸船机等煤源逐级输送至原煤仓，每个原煤仓落煤管上方安装有犁煤器，当原煤仓料位低时操作员操作犁煤器落下对其上煤。该作业方式在电厂中应用非常普遍，作业方式原始，浪费人力资源，而且作业环境恶劣。

本文应用艾默生Ovation DCS系统实现了一种适用于火力发电厂输煤系统原煤仓的自动配煤方案，该方案根据就地设备的实际情况，结合艾默生Ovation DCS系统的特点，达到了缩减操作员、提高自动化水平的目的，实现了原煤仓自动配煤，为原煤仓预混掺烧提供了就地设备自动控制的技术支持。

1 自动配煤控制方案

国内火力发电厂输煤程控系统应用DCS系统实现原煤仓自动配煤的案例比较罕见[9]。艾默生Ovation

DCS系统不仅能够完成通用的数据采集、模拟量控制、顺序控制，更能以高精度、高速度、高可靠性完成FSSS、DEH、ETS等高要求控制，而且支持FF、Profibus DP、Device Net、Modbus等多种总线通信协议[10]。基于以上优势，越来越多的Ovation DCS系统被应用于输煤程控系统。本着节约人力成本，提高自动化水平，为原煤仓预混掺烧提供控制方案的目的，本文将原煤仓自动配煤纳入输煤系统逻辑设计的重点内容。

1.1 自动配煤控制原则

根据某电厂输煤系统的特点和就地设备实际情况，将原煤仓自动配煤的控制原则和控制要求总结为以下几点：

（1）原煤仓料位测量仪表为连续型料位计，为了提高系统的灵活性，将原煤仓料位状态分为低料位、高料位和高高料位三种情况。操作员可根据实际情况在上位机监控画面设置低料位、高料位和高高料位的触发值，如图1所示。

（2）根据原煤仓实际运行情况设置是否有检修仓或备用仓，检修仓或备用仓对应的犁煤器不允许落下。

（3）当输煤皮带机尾部落煤管上方无犁煤器时无须设置尾仓；当输煤皮带机尾部落煤管上方有犁煤器时需要设置尾仓，尾仓对应的犁煤器不允许抬起。

（4）当犁煤器抬到位或落到位反馈信号发生故障时，自动配煤流程立即报警并自动返回。

（5）当下一级犁煤器落到位后，上一级犁煤器才允许抬起。

1.2 自动配煤控制方式

将自动配煤控制方式分为优先配煤、顺序配煤和余煤配煤三种模式。某电厂#7炉和#8炉各有6个原煤仓，按照输煤皮带机的运行方向依次命名为F仓至A仓。

（1）优先配煤。系统实时监测有无低料位的原煤仓，优先对低料位的原煤仓上煤，直至低料位信号消失并延时一定时间结束。如果存在多个原煤仓处于低料位状态，则按照输煤皮带机运行方向，即F仓至A仓的顺序上煤直至尾仓。无论是在顺序配煤还是在余煤配煤过程中出现低料位信号，系统立即中断当前流程，优先跳转至低料位原煤仓上煤，上煤完成后继续顺序配煤或余煤配煤流程。

（2）顺序配煤。在所有原煤仓无低料位信号或所有低料位原煤仓补仓完成的情况下，自动配煤按照输煤皮带机运行方向从前向后依次上煤，即按照F仓至A仓的顺序依次上煤，直至高料位信号出现。顺序配煤过程中出现低料位信号，则中断当前流程，优先跳转至该原煤仓上煤，补仓完成后自动返回顺序配煤流程中断处继续。

（3）余煤配煤。切断煤源之前各级输煤皮带机上仍然有余煤需要输送至原煤仓。当顺序配煤完成后监控画面显示“切断煤源”指示，系统开始余煤配煤。与顺序配煤相同，余煤配煤也按照F仓至A仓的顺序依次对各原煤仓进行上煤，至高高料位为止。余煤配煤旨在消除皮带余煤，并不要求将每个原煤仓都上煤至高高料位。

根据设计的自动配煤控制原则和控制方式可以得到如图2所示的自动配煤流程示意图，该示意图展示了启动时各仓均无低料位，且在顺序配煤过程中出现D仓和B仓低料位时各犁煤器的动作状态和动作顺序。

2 自动配煤控制逻辑设计

控制流程图是DCS逻辑设计的指导原则。根据自动配煤控制原则和控制方式，在编写DCS控制逻辑之前设计自动配煤控制流程图，如图3所示。在自动配煤模式下，点击“自动配煤启动”后，系统根据各原煤仓实际料位情况进行自动配煤。余煤配煤结束后，操作员按照操作要求将输煤系统“程停”并将自动配煤切至停止。

根据犁煤器的设备特点和控制要求编写了用于犁煤器控制的宏，犁煤器控制宏封装完成后如图4所示。采用控制宏的方式大大缩减了DCS逻辑编写的工作量，且方便检修和维护。

该宏结合了就地设备动作特点和信号类型，并充分考虑到了犁煤器容易出现的抬落故障以及对其进行的安全保护。由于设备动作的相似性，犁煤器控制宏也可用于分流挡板、头部伸缩装置等输煤系统设备的控制中。自动配煤过程的控制时序图如图5所示，其中，L表示低料位信号，H表示高料位信号，HH表示高高料位信号，上升沿表示信号触发。犁煤器上升沿表示犁煤器落下开始上煤，下降沿表示犁煤器抬起，相应的煤仓不上煤。

由图5可以看出，当D仓和B仓低料位信号L出现上升沿时，自動配煤流程立即中断正在执行的F仓上煤，转向D仓，待D仓犁煤器落下后F仓的犁煤器才抬起；当D仓和B仓的低料位信号消失后，自动配煤流程重新返回F仓进行顺序配煤；F仓至A仓顺序配煤完成后，各仓均出现高料位信号H，自动配煤流程开始余煤配煤，F仓至A仓依次出现高高料位信号HH。根据输煤皮带机输送的煤种实时设置低料位、高料位和高高料位的触发值即可控制不同的煤种进入相应的原煤仓，达到预混的目的。

3 结束语

原煤仓自动配煤的实现为燃料系统实现原煤仓预混掺烧提供了技术支持，其能够根据皮带输送机上的煤种，结合原煤仓料位实时控制不同煤种进入规定的原煤仓。本文根据艾默生Ovation DCS系统的特点实现了一种基于DCS系统的无须人工干预的自动配煤控制方法，并根据犁煤器的设备特点设计了一种普遍适用于犁煤器控制的逻辑宏。原煤仓自动配煤的控制方式和控制效果在项目现场得到了验证，其将配煤方式分为优先配煤、顺序配煤和余煤配煤，满足现场的生产需求，达到了改善操作员工作环境和降低人力成本的目的，实现了炉外预混掺烧。原煤仓自动配煤为原煤仓预混掺烧解决了系统设备控制层面的技术问题，同时为实现配煤掺烧全过程自动化奠定了基础。

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收稿日期：2023-06-02