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孫振國 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(tǒng)。2002年1月一次通過72小時試運(yùn)移交生產(chǎn)，一年來系統(tǒng)運(yùn)行正常，實(shí)現(xiàn)了安全生產(chǎn)，下面就DCS、自動化儀表部分做一簡要介紹。
2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)
DCS系統(tǒng)包括DAS、MCS、SCS、BMS四個子系統(tǒng)，采用雙路電源供電，實(shí)現(xiàn)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(jī)柜四部分組成，完成現(xiàn)場信號的采集、工程單位變換，通過系統(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數(shù)據(jù)通訊，并通過專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總線構(gòu)成，用來實(shí)現(xiàn)過程I/O模塊與現(xiàn)場控制站主控單元的通信，完成實(shí)時輸入、輸出數(shù)據(jù)的傳送，PROFIBUS-DP拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為總線式，在總線兩端有有源總線端接器，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)采集對現(xiàn)場的信號實(shí)時監(jiān)測，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，報警和追憶，操作運(yùn)行指導(dǎo)，記錄機(jī)組操作，打印報表。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。同時還制作了成組畫面，方便對生產(chǎn)過程各種參數(shù)進(jìn)行比較，確定合理的運(yùn)行方案，例如：棒狀圖、趨勢圖、電機(jī)集中控制畫面等。
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畫面本著直觀、簡潔、明快的原則進(jìn)行組態(tài)，未進(jìn)DCS控制的設(shè)備畫面上不出現(xiàn)。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(yùn)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(qiáng)度。手操器、電動門控制器、PID調(diào)節(jié)器、變頻調(diào)節(jié)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(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單的方法，應(yīng)用強(qiáng)大的IEC1131-3語言，實(shí)現(xiàn)各種控制方案，并提供離線仿真調(diào)試工具。此項(xiàng)目的系統(tǒng)規(guī)模參見表1與表2。
循環(huán)流化床鍋爐燃燒系統(tǒng)是一個大滯后、強(qiáng)耦合的非線性系統(tǒng)，各個變量之間相互影響，有的被調(diào)參數(shù)受到幾個調(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)沒有投上自動，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，運(yùn)行正常。
(1) 電動機(jī)故障在DCS中的判斷
有繼電保護(hù)的電動機(jī)，采用保護(hù)出口繼電器的一對常開無源觸點(diǎn)，引入DCS該電動機(jī)跳閘狀態(tài)開關(guān)量輸入點(diǎn)（DI）無保護(hù)的電動機(jī)，僅在DCS上啟動該電動機(jī)時，若合閘器處于常閉狀態(tài)，而電動機(jī)處于停止?fàn)顟B(tài)，該電動機(jī)為故障。
(2) DCS啟動各電動機(jī)的條件
引風(fēng)機(jī)：A轉(zhuǎn)換開關(guān)在遠(yuǎn)控；B工作狀態(tài)為停止；C電動機(jī)無故障；D電機(jī)未處于連鎖；
鼓風(fēng)機(jī)：A轉(zhuǎn)換開關(guān)在遠(yuǎn)控；B工作狀態(tài)為停止；C電動機(jī)無故障；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)換開關(guān)在遠(yuǎn)控；B工作狀態(tài)為停止；C電動機(jī)無故障；D電機(jī)未處于連鎖；
高壓油泵：A轉(zhuǎn)換開關(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電動機(jī)未處于連鎖狀態(tài)；
直流油泵：A轉(zhuǎn)換開關(guān)在遠(yuǎn)控；B工作狀態(tài)為停止；C直流電源未消失；D電動機(jī)未處于連鎖；E潤滑油壓低于0.04MPa；
給水泵：A轉(zhuǎn)換開關(guān)在遠(yuǎn)控；B工作狀態(tài)為停止；C電動機(jī)無故障；D電機(jī)未處于連鎖；
工業(yè)水泵：A轉(zhuǎn)換開關(guān)在遠(yuǎn)控；B工作狀態(tài)為停止；C電動機(jī)無故障；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，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。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。
為了及時發(fā)現(xiàn)落煤管堵煤現(xiàn)象，在落煤管下方加視鏡，同時加攝像頭一個，工業(yè)電視一臺，在控制室內(nèi)進(jìn)行監(jiān)測。增加兩臺工業(yè)電視對汽包水位進(jìn)行監(jiān)測，保證了機(jī)組的安全運(yùn)行。
控制室內(nèi)保留部分自動化儀表，保留了給煤機(jī)、煤泥泵、引風(fēng)機(jī)、分給水、減溫水五臺后備硬手操；電動門控制按扭全部保留；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 典型故障問題解決
(1) 問題：一次風(fēng)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(xiàn)場干擾有關(guān)。因強(qiáng)電/弱電信號在同一電纜槽中，同時電纜屏蔽接地不規(guī)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(guān)對空排汽門時，一次風(fēng)門反饋仍然有抖動，最大20%，與一次風(fēng)門反饋信號分開后，調(diào)節(jié)正常。
(2) 問題：汽機(jī)主汽電動門動作不正確，開/關(guān)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(guān)和限位開關(guān)調(diào)整后，電動門正常。
(3) 問題：主汽門關(guān)閉，光子牌不報警，DCS無報警。
處理過程：下裝數(shù)據(jù)庫不完全，重新下裝數(shù)據(jù)庫后，問題解決。
(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給的起停信號是對交流電源的起停，無法實(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，此問題已解決。
(5) 在運(yùn)行的過程中，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)測器、煤泥泵的光電開關(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：11010802023656號