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孫振國 孫東進
1 前言
淄博礦業集團公司許廠煤礦熱電廠一期1×6MW機組采用青島汽輪機廠的中溫中壓抽汽凝汽式汽輪機，濟南生建電機廠的發電機，無錫鍋爐廠的中溫中壓循環流化床煤泥鍋爐。熱工控制系統由煤炭部南京設計研究院設計，采用DCS的同時保留部分自動化儀表和重要的手操器，DCS采用北京和利時公司的MACS SmartPro集散控制系統。2002年1月一次通過72小時試運移交生產，一年來系統運行正常，實現了安全生產，下面就DCS、自動化儀表部分做一簡要介紹。
2 系統設計
DCS系統包括DAS、MCS、SCS、BMS四個子系統，采用雙路電源供電，實現故障自動切換。配有三對冗余配置的主控單元，三臺I/O控制站，三臺操作員站，其中一臺兼做工程師站，一臺專用電動門控制柜。I/O控制站有主控單元、智能I/O單元、電源單元和專用機柜四部分組成，完成現場信號的采集、工程單位變換，通過系統網絡將數據和結果傳送到操作員站等功能。
系統網絡由上到下分為管理網絡、監控網絡和控制網絡三個層次，其中監控網絡（MNET）由100M高速冗余以太網絡構成，用于操作站的連接，完成操作員站的在線數據通訊，并通過專用接口與電氣主控室實現調度通訊。控制網絡（CNET）由PROFIBUS-DP總線構成，用來實現過程I/O模塊與現場控制站主控單元的通信，完成實時輸入、輸出數據的傳送，PROFIBUS-DP拓撲結構為總線式，在總線兩端有有源總線端接器，最大節點數為126。
3 DCS
3.1 數據采集系統（DAS）
數據采集對現場的信號實時監測，完成數據的采集和補償處理，系統與操作員之間在人機界面上交換信息，報警和追憶，操作運行指導，記錄機組操作，打印報表。筆者將模擬圖分鍋爐、汽機、除氧給水三部分，便于運行人員集中監視及操作。同時還制作了成組畫面，方便對生產過程各種參數進行比較，確定合理的運行方案，例如：棒狀圖、趨勢圖、電機集中控制畫面等。
人機界面的組態采用SmartPro FacView軟件進行，該軟件系統操作方便、功能強大。CRT畫面本著直觀、簡潔、明快的原則進行組態，未進DCS控制的設備畫面上不出現。管線采用不同顏色的線條來表示，操作畫面簡單直觀，便于運行人員長時間觀看而不疲勞，提高了勞動效率降低了勞動強度。手操器、電動門控制器、PID調節器、變頻調節器簡單易操作，并采用一次窗口彈出，操作簡單。幾個典型圖例參見圖1。
圖1 軟手操器(1)、電動門開關(2)、汽機流程圖(3)
3.2 控制算法
系統采用SmartPro ConMaker創建工程，該系統為程序員提供了一種簡單的方法，應用強大的IEC1131-3語言，實現各種控制方案，并提供離線仿真調試工具。此項目的系統規模參見表1與表2。
循環流化床鍋爐燃燒系統是一個大滯后、強耦合的非線性系統，各個變量之間相互影響，有的被調參數受到幾個調節參數的影響，有的調節參數又影響到多個被調參數。由于燃燒煤泥和矸石的比例還不穩定，給煤系統沒有投上自動，給水、主蒸汽溫度壓力、風量等調節回路已經投上自動，運行正常。
(1) 電動機故障在DCS中的判斷
有繼電保護的電動機，采用保護出口繼電器的一對常開無源觸點，引入DCS該電動機跳閘狀態開關量輸入點（DI）無保護的電動機，僅在DCS上啟動該電動機時，若合閘器處于常閉狀態，而電動機處于停止狀態，該電動機為故障。
(2) DCS啟動各電動機的條件
引風機：A轉換開關在遠控；B工作狀態為停止；C電動機無故障；D電機未處于連鎖；
鼓風機：A轉換開關在遠控；B工作狀態為停止；C電動機無故障；D電機未處于連鎖；E引風機已經運行；
給煤機：A轉換開關在遠控；B工作狀態為停止；C電機未處于連鎖；D引風機已經運行；E送風機已經運行；
凝結水泵（A、B）：A轉換開關在遠控；B工作狀態為停止；C電動機無故障；D電機未處于連鎖；
高壓油泵：A轉換開關在遠控；B工作狀態為停止；C主油泵出口油壓不高于0.645MPa；D電動機未處于連鎖狀態；
直流油泵：A轉換開關在遠控；B工作狀態為停止；C直流電源未消失；D電動機未處于連鎖；E潤滑油壓低于0.04MPa；
給水泵：A轉換開關在遠控；B工作狀態為停止；C電動機無故障；D電機未處于連鎖；
工業水泵：A轉換開關在遠控；B工作狀態為停止；C電動機無故障；D電機未處于連鎖。
(3) 電機的聯鎖在按照設計施工的同時，除給水泵A、B之間設電氣事故聯鎖外，加一水壓低聯動。凝結水泵A、B之間為電氣事故聯鎖。工業水泵A、B之間為電氣事故聯鎖。
3.3 自動化儀表
變送器選用EJA（橫河川儀產品）；執行器選用正宗伯納得產品（帶伺放）；熱電偶、熱電阻采用上儀三廠產品，耐磨套管采用煙臺通用節能設備有限公司產品；阻旋式料位計選用日本東和制電有限公司產品；攝相機采用日本JVC產品，帶鋁合金外罩及安裝支架。
為了及時發現落煤管堵煤現象，在落煤管下方加視鏡，同時加攝像頭一個，工業電視一臺，在控制室內進行監測。增加兩臺工業電視對汽包水位進行監測，保證了機組的安全運行。
控制室內保留部分自動化儀表，保留了給煤機、煤泥泵、引風機、分給水、減溫水五臺后備硬手操；電動門控制按扭全部保留；風室壓力、鍋爐出口壓力、沸下溫度、電接點水位計、料層差壓、給水流量、潤滑油壓、凝汽器真空、軸向位移油壓保留傳統儀表的顯示，部分采用雙路顯示儀表，為安全運行提供了可靠的保證。
3.4 典型故障問題解決
(1) 問題：一次風門左/右手操器輸出和反饋不一致，最大相差20%。
原因分析：與現場干擾有關。因強電/弱電信號在同一電纜槽中，同時電纜屏蔽接地不規范。
處理過程：對屏蔽接地處理后，信號輸出和反饋保持一致。但是在開/關對空排汽門時，一次風門反饋仍然有抖動，最大20%，與一次風門反饋信號分開后，調節正常。
(2) 問題：汽機主汽電動門動作不正確，開/關均朝一個方向動作。
處理過程：檢查DCS的輸出，輸出正常。對電動門的行程開關和限位開關調整后，電動門正常。
(3) 問題：主汽門關閉，光子牌不報警，DCS無報警。
處理過程：下裝數據庫不完全，重新下裝數據庫后，問題解決。
(4) 給煤機采用富士變頻器調節，起停進DCS，但實際DCS給的起停信號是對交流電源的起停，無法實現變頻器的起停。經分析需用RS485接口實現變頻器與DCS之間的通訊，此問題已解決。
(5) 在運行的過程中，不斷的完善系統，先后改進了部分控制方案，增加了凝汽器在循環執行器的軟手操，把疏水泵控制、點火室的火焰監測器、煤泥泵的光電開關納入DCS，增加部分模擬量點，增加數據采集的可靠性，取得了良好的效益。
北京市公安局海淀分局備案號：11010802023656號