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孫振國(guó) 孫東進(jìn)
1 前言
淄博礦業(yè)集團(tuán)公司許廠煤礦熱電廠一期1×6MW機(jī)組采用青島汽輪機(jī)廠的中溫中壓抽汽凝汽式汽輪機(jī)，濟(jì)南生建電機(jī)廠的發(fā)電機(jī)，無(wú)錫鍋爐廠的中溫中壓循環(huán)流化床煤泥鍋爐。熱工控制系統(tǒng)由煤炭部南京設(shè)計(jì)研究院設(shè)計(jì)，采用DCS的同時(shí)保留部分自動(dòng)化儀表和重要的手操器，DCS采用北京和利時(shí)公司的MACS SmartPro集散控制系統(tǒng)。2002年1月一次通過(guò)72小時(shí)試運(yùn)移交生產(chǎn)，一年來(lái)系統(tǒng)運(yùn)行正常，實(shí)現(xiàn)了安全生產(chǎn)，下面就DCS、自動(dòng)化儀表部分做一簡(jiǎn)要介紹。
2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)
DCS系統(tǒng)包括DAS、MCS、SCS、BMS四個(gè)子系統(tǒng)，采用雙路電源供電，實(shí)現(xiàn)故障自動(dòng)切換。配有三對(duì)冗余配置的主控單元，三臺(tái)I/O控制站，三臺(tái)操作員站，其中一臺(tái)兼做工程師站，一臺(tái)專(zhuān)用電動(dòng)門(mén)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(zhuān)用機(jī)柜四部分組成，完成現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)的采集、工程單位變換，通過(guò)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)和結(jié)果傳送到操作員站等功能。
系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)由上到下分為管理網(wǎng)絡(luò)、監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)和控制網(wǎng)絡(luò)三個(gè)層次，其中監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)（MNET）由100M高速冗余以太網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成，用于操作站的連接，完成操作員站的在線(xiàn)數(shù)據(jù)通訊，并通過(guò)專(zhuān)用接口與電氣主控室實(shí)現(xiàn)調(diào)度通訊。控制網(wǎng)絡(luò)（CNET）由PROFIBUS-DP總線(xiàn)構(gòu)成，用來(lái)實(shí)現(xiàn)過(guò)程I/O模塊與現(xiàn)場(chǎng)控制站主控單元的通信，完成實(shí)時(shí)輸入、輸出數(shù)據(jù)的傳送，PROFIBUS-DP拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為總線(xiàn)式，在總線(xiàn)兩端有有源總線(xiàn)端接器，最大節(jié)點(diǎn)數(shù)為126。
3 DCS
3.1 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（DAS）
數(shù)據(jù)采集對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的信號(hào)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，完成數(shù)據(jù)的采集和補(bǔ)償處理，系統(tǒng)與操作員之間在人機(jī)界面上交換信息，報(bào)警和追憶，操作運(yùn)行指導(dǎo)，記錄機(jī)組操作，打印報(bào)表。筆者將模擬圖分鍋爐、汽機(jī)、除氧給水三部分，便于運(yùn)行人員集中監(jiān)視及操作。同時(shí)還制作了成組畫(huà)面，方便對(duì)生產(chǎn)過(guò)程各種參數(shù)進(jìn)行比較，確定合理的運(yùn)行方案，例如：棒狀圖、趨勢(shì)圖、電機(jī)集中控制畫(huà)面等。
人機(jī)界面的組態(tài)采用SmartPro FacView軟件進(jìn)行，該軟件系統(tǒng)操作方便、功能強(qiáng)大。CRT畫(huà)面本著直觀、簡(jiǎn)潔、明快的原則進(jìn)行組態(tài)，未進(jìn)DCS控制的設(shè)備畫(huà)面上不出現(xiàn)。管線(xiàn)采用不同顏色的線(xiàn)條來(lái)表示，操作畫(huà)面簡(jiǎn)單直觀，便于運(yùn)行人員長(zhǎng)時(shí)間觀看而不疲勞，提高了勞動(dòng)效率降低了勞動(dòng)強(qiáng)度。手操器、電動(dòng)門(mén)控制器、PID調(diào)節(jié)器、變頻調(diào)節(jié)器簡(jiǎn)單易操作，并采用一次窗口彈出，操作簡(jiǎn)單。幾個(gè)典型圖例參見(jiàn)圖1。
圖1 軟手操器(1)、電動(dòng)門(mén)開(kāi)關(guān)(2)、汽機(jī)流程圖(3)
3.2 控制算法
系統(tǒng)采用SmartPro ConMaker創(chuàng)建工程，該系統(tǒng)為程序員提供了一種簡(jiǎn)單的方法，應(yīng)用強(qiáng)大的IEC1131-3語(yǔ)言，實(shí)現(xiàn)各種控制方案，并提供離線(xiàn)仿真調(diào)試工具。此項(xiàng)目的系統(tǒng)規(guī)模參見(jiàn)表1與表2。
循環(huán)流化床鍋爐燃燒系統(tǒng)是一個(gè)大滯后、強(qiáng)耦合的非線(xiàn)性系統(tǒng)，各個(gè)變量之間相互影響，有的被調(diào)參數(shù)受到幾個(gè)調(diào)節(jié)參數(shù)的影響，有的調(diào)節(jié)參數(shù)又影響到多個(gè)被調(diào)參數(shù)。由于燃燒煤泥和矸石的比例還不穩(wěn)定，給煤系統(tǒng)沒(méi)有投上自動(dòng)，給水、主蒸汽溫度壓力、風(fēng)量等調(diào)節(jié)回路已經(jīng)投上自動(dòng)，運(yùn)行正常。
(1) 電動(dòng)機(jī)故障在DCS中的判斷
有繼電保護(hù)的電動(dòng)機(jī)，采用保護(hù)出口繼電器的一對(duì)常開(kāi)無(wú)源觸點(diǎn)，引入DCS該電動(dòng)機(jī)跳閘狀態(tài)開(kāi)關(guān)量輸入點(diǎn)（DI）無(wú)保護(hù)的電動(dòng)機(jī)，僅在DCS上啟動(dòng)該電動(dòng)機(jī)時(shí)，若合閘器處于常閉狀態(tài)，而電動(dòng)機(jī)處于停止?fàn)顟B(tài)，該電動(dòng)機(jī)為故障。
(2) DCS啟動(dòng)各電動(dòng)機(jī)的條件
引風(fēng)機(jī)：A轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)在遠(yuǎn)控；B工作狀態(tài)為停止；C電動(dòng)機(jī)無(wú)故障；D電機(jī)未處于連鎖；
鼓風(fēng)機(jī)：A轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)在遠(yuǎn)控；B工作狀態(tài)為停止；C電動(dòng)機(jī)無(wú)故障；D電機(jī)未處于連鎖；E引風(fēng)機(jī)已經(jīng)運(yùn)行；
給煤機(jī)：A轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)在遠(yuǎn)控；B工作狀態(tài)為停止；C電機(jī)未處于連鎖；D引風(fēng)機(jī)已經(jīng)運(yùn)行；E送風(fēng)機(jī)已經(jīng)運(yùn)行；
凝結(jié)水泵（A、B）：A轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)在遠(yuǎn)控；B工作狀態(tài)為停止；C電動(dòng)機(jī)無(wú)故障；D電機(jī)未處于連鎖；
高壓油泵：A轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)在遠(yuǎn)控；B工作狀態(tài)為停止；C主油泵出口油壓不高于0.645MPa；D電動(dòng)機(jī)未處于連鎖狀態(tài)；
直流油泵：A轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)在遠(yuǎn)控；B工作狀態(tài)為停止；C直流電源未消失；D電動(dòng)機(jī)未處于連鎖；E潤(rùn)滑油壓低于0.04MPa；
給水泵：A轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)在遠(yuǎn)控；B工作狀態(tài)為停止；C電動(dòng)機(jī)無(wú)故障；D電機(jī)未處于連鎖；
工業(yè)水泵：A轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)在遠(yuǎn)控；B工作狀態(tài)為停止；C電動(dòng)機(jī)無(wú)故障；D電機(jī)未處于連鎖。
(3) 電機(jī)的聯(lián)鎖在按照設(shè)計(jì)施工的同時(shí)，除給水泵A、B之間設(shè)電氣事故聯(lián)鎖外，加一水壓低聯(lián)動(dòng)。凝結(jié)水泵A、B之間為電氣事故聯(lián)鎖。工業(yè)水泵A、B之間為電氣事故聯(lián)鎖。
3.3 自動(dòng)化儀表
變送器選用EJA（橫河川儀產(chǎn)品）；執(zhí)行器選用正宗伯納得產(chǎn)品（帶伺放）；熱電偶、熱電阻采用上儀三廠產(chǎn)品，耐磨套管采用煙臺(tái)通用節(jié)能設(shè)備有限公司產(chǎn)品；阻旋式料位計(jì)選用日本東和制電有限公司產(chǎn)品；攝相機(jī)采用日本JVC產(chǎn)品，帶鋁合金外罩及安裝支架。
為了及時(shí)發(fā)現(xiàn)落煤管堵煤現(xiàn)象，在落煤管下方加視鏡，同時(shí)加攝像頭一個(gè)，工業(yè)電視一臺(tái)，在控制室內(nèi)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。增加兩臺(tái)工業(yè)電視對(duì)汽包水位進(jìn)行監(jiān)測(cè)，保證了機(jī)組的安全運(yùn)行。
控制室內(nèi)保留部分自動(dòng)化儀表，保留了給煤機(jī)、煤泥泵、引風(fēng)機(jī)、分給水、減溫水五臺(tái)后備硬手操；電動(dòng)門(mén)控制按扭全部保留；風(fēng)室壓力、鍋爐出口壓力、沸下溫度、電接點(diǎn)水位計(jì)、料層差壓、給水流量、潤(rùn)滑油壓、凝汽器真空、軸向位移油壓保留傳統(tǒng)儀表的顯示，部分采用雙路顯示儀表，為安全運(yùn)行提供了可靠的保證。
3.4 典型故障問(wèn)題解決
(1) 問(wèn)題：一次風(fēng)門(mén)左/右手操器輸出和反饋不一致，最大相差20%。
原因分析：與現(xiàn)場(chǎng)干擾有關(guān)。因強(qiáng)電/弱電信號(hào)在同一電纜槽中，同時(shí)電纜屏蔽接地不規(guī)范。
處理過(guò)程：對(duì)屏蔽接地處理后，信號(hào)輸出和反饋保持一致。但是在開(kāi)/關(guān)對(duì)空排汽門(mén)時(shí)，一次風(fēng)門(mén)反饋仍然有抖動(dòng)，最大20%，與一次風(fēng)門(mén)反饋信號(hào)分開(kāi)后，調(diào)節(jié)正常。
(2) 問(wèn)題：汽機(jī)主汽電動(dòng)門(mén)動(dòng)作不正確，開(kāi)/關(guān)均朝一個(gè)方向動(dòng)作。
處理過(guò)程：檢查DCS的輸出，輸出正常。對(duì)電動(dòng)門(mén)的行程開(kāi)關(guān)和限位開(kāi)關(guān)調(diào)整后，電動(dòng)門(mén)正常。
(3) 問(wèn)題：主汽門(mén)關(guān)閉，光子牌不報(bào)警，DCS無(wú)報(bào)警。
處理過(guò)程：下裝數(shù)據(jù)庫(kù)不完全，重新下裝數(shù)據(jù)庫(kù)后，問(wèn)題解決。
(4) 給煤機(jī)采用富士變頻器調(diào)節(jié)，起停進(jìn)DCS，但實(shí)際DCS給的起停信號(hào)是對(duì)交流電源的起停，無(wú)法實(shí)現(xiàn)變頻器的起停。經(jīng)分析需用RS485接口實(shí)現(xiàn)變頻器與DCS之間的通訊，此問(wèn)題已解決。
(5) 在運(yùn)行的過(guò)程中，不斷的完善系統(tǒng)，先后改進(jìn)了部分控制方案，增加了凝汽器在循環(huán)執(zhí)行器的軟手操，把疏水泵控制、點(diǎn)火室的火焰監(jiān)測(cè)器、煤泥泵的光電開(kāi)關(guān)納入DCS，增加部分模擬量點(diǎn)，增加數(shù)據(jù)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(hào)：11010802023656號(hào)