劉志康

（北京國電富通科技發(fā)展有限責(zé)任公司，北京 100070）

1 概述

某電廠三期2×1000MW機(jī)組采用雙套管氣力除灰系統(tǒng)，于2008年順利投產(chǎn)，該項(xiàng)目作為國內(nèi)現(xiàn)今最大容量機(jī)組，具有輸送距離長(zhǎng)（約1500m）、起點(diǎn)高（該廠一二期均為國外廠家提供設(shè)備）的特點(diǎn)。故該廠對(duì)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與維護(hù)提出了更嚴(yán)格的要求，要求節(jié)約人力成本，提高電廠自動(dòng)化水平。

2 控制邏輯說明與設(shè)計(jì)原則

電廠氣力除灰系統(tǒng)簡(jiǎn)單地說就是在電除塵灰斗下設(shè)置一系列輸送倉泵，按照若干個(gè)倉泵串聯(lián)成一個(gè)輸送單元，若干個(gè)輸送單元又匯成幾根輸送母管，通過壓縮空氣將電除塵收集的灰輸送到灰?guī)斓脑O(shè)備系統(tǒng)總和。其控制對(duì)象主要是對(duì)應(yīng)每個(gè)輸送單元的進(jìn)料閥、出料閥、排氣閥、進(jìn)氣閥和補(bǔ)氣閥等氣動(dòng)閥門以及配套的氣源系統(tǒng)、配電系統(tǒng)和灰?guī)煜到y(tǒng)和相關(guān)的壓力變送器、料位計(jì)等儀表。

2.1 控制邏輯說明

輸灰系統(tǒng)運(yùn)行方式分為手動(dòng)和自動(dòng)兩種。手動(dòng)方式所有閥門只能實(shí)行單個(gè)操作；程控方式所有閥門按照預(yù)先編好的程序自動(dòng)運(yùn)行；從手動(dòng)切換至自動(dòng)時(shí)所有閥門都必須在關(guān)閉狀態(tài)?？刂七壿嬚f明如下。

（1）正常運(yùn)行方式

正常情況下每個(gè)輸灰單元按預(yù)先設(shè)定的參數(shù)自動(dòng)程控運(yùn)行，其具體流程為：開始運(yùn)行→排氣閥開→進(jìn)料閥開（開始進(jìn)灰）→輸送器高料位報(bào)警（或進(jìn)灰時(shí)間到）→進(jìn)料閥關(guān)→排氣閥關(guān)→出料閥開→進(jìn)氣閥開（開始輸灰）→輸灰管道壓力降至設(shè)定值→進(jìn)氣閥關(guān)→出料閥關(guān)（一個(gè)輸送循環(huán)結(jié)束）。

（2）主要連鎖方式

對(duì)于共用一根輸灰母管的不同輸送單元互相之間不能同時(shí)輸送；輸送氣源壓力或控制氣源壓力低時(shí)，不能輸送；系統(tǒng)中由故障報(bào)警時(shí)不能輸送；輸送壓力超高時(shí)，補(bǔ)氣自動(dòng)開起，調(diào)節(jié)灰氣比。

（3）解列方式

對(duì)于整個(gè)輸送系統(tǒng)，任何一個(gè)輸送單元故障時(shí)可單獨(dú)解列，不影響其它單元運(yùn)行；

輸灰系統(tǒng)按程控方式運(yùn)行，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)“堵管”報(bào)警，需要進(jìn)行手動(dòng)清堵，或者程控出現(xiàn)其他問題而不能按程控方式運(yùn)行時(shí)，應(yīng)采用手動(dòng)方式運(yùn)行；

當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生“堵管”報(bào)警，從自動(dòng)方式切換到手動(dòng)方式時(shí)，應(yīng)將所處理的單元所在輸灰管道上的其余單元全部切換到手動(dòng)方式；

手動(dòng)運(yùn)行的工藝過程與程控步驟相同；

輸灰系統(tǒng)的單元程控起動(dòng)時(shí)，壓力輸送罐進(jìn)灰采用“料位”控制和“定時(shí)”控制“料位優(yōu)先”的控制方式；

輸灰壓力輸送罐進(jìn)灰過程中，任一壓力輸送罐出現(xiàn)“高”料位或“定時(shí)”（如一電場(chǎng)單元裝灰時(shí)間整定值10min）時(shí)間到，輸灰單元裝灰結(jié)束自動(dòng)轉(zhuǎn)入輸灰運(yùn)行的下一程序；

輸灰系統(tǒng)采用同一根母管的各單元按先后次序和單元等級(jí)，逐一輸送運(yùn)行，不得同時(shí)有兩個(gè)或兩個(gè)以上單元同時(shí)進(jìn)行輸送；一電場(chǎng)優(yōu)先于二電場(chǎng)，二電場(chǎng)優(yōu)先于三電場(chǎng)，三電場(chǎng)優(yōu)先于四電場(chǎng)，四電場(chǎng)優(yōu)先于五電場(chǎng)，省煤器優(yōu)先于空預(yù)器；一電場(chǎng)優(yōu)先于省煤器優(yōu)先于空預(yù)器；

任何單元從手動(dòng)方式切換到自動(dòng)方式時(shí)，輸灰系統(tǒng)都是以進(jìn)料為開始的輸灰自動(dòng)循環(huán)系統(tǒng)；

同一根輸灰母管上的任何兩個(gè)單元不能夠同時(shí)輸送，只能待一個(gè)單元輸送完成才能轉(zhuǎn)到另一個(gè)單元輸送；

輸灰系統(tǒng)的任何單元進(jìn)行輸送時(shí)，都是以灰管路上壓力變送器的壓力值來判斷輸灰何時(shí)結(jié)束（壓力變送器是在單元進(jìn)氣閥打開后延時(shí)T時(shí)間開始判斷，輸灰結(jié)束壓力為：50KP-60KP）；如果實(shí)際輸灰時(shí)間超過輸灰報(bào)警設(shè)定時(shí)間時(shí)，系統(tǒng)保持原來狀態(tài)，畫面出現(xiàn)輸灰超時(shí)報(bào)警；

系統(tǒng)輸灰的畫面上設(shè)有“解列”功能。點(diǎn)擊“解列”將會(huì)出現(xiàn)所有單元名稱塊，點(diǎn)擊相應(yīng)的單元名稱塊將會(huì)出現(xiàn)該單元所有閥門和料位計(jì)的名稱塊，點(diǎn)擊相應(yīng)閥門和料位計(jì)的名稱塊中的“解列”，就會(huì)將其從自動(dòng)程序中解列出來。其它的設(shè)備將繼續(xù)按照正常程序運(yùn)行。此功能只有在閥門或料位計(jì)出現(xiàn)故障，暫時(shí)無法處理時(shí)才使用。

當(dāng)灰?guī)斐霈F(xiàn)“灰?guī)旄吡衔弧眻?bào)警時(shí)；需要系統(tǒng)停運(yùn)，將輸灰管道切換到相應(yīng)的備用灰?guī)??；規(guī)鞄祉斍袚Q閥是電動(dòng)切換閥，具有現(xiàn)場(chǎng)就地操作功能和上位機(jī)遠(yuǎn)操功能，并將輸灰系統(tǒng)自動(dòng)程控運(yùn)行停運(yùn)。

系統(tǒng)開始逐個(gè)單元清管，清管結(jié)束后，系統(tǒng)所有閥門處于初始（關(guān)閉）狀態(tài)。將輸灰管道切換到相應(yīng)的備用灰?guī)臁?/p>

庫頂布袋除塵器除具有現(xiàn)場(chǎng)就地操作功能外還可以通過上位機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)操起動(dòng)，由差壓開關(guān)來實(shí)行自動(dòng)控制。正常運(yùn)行時(shí)一般以上位機(jī)遠(yuǎn)操為主。

2.2 設(shè)計(jì)原則

其控制系統(tǒng)有如下設(shè)計(jì)原則：

①要求具有極高的可靠性。整套程控系統(tǒng)需要滿足雙機(jī)熱備要求，包括處理器模塊、通信模塊、電源模塊、通信總線均冗余配置。

②充分考慮工藝系統(tǒng)位置的分散性、設(shè)備功能的獨(dú)立性。每臺(tái)爐各設(shè)置一套獨(dú)立程控系統(tǒng)，兩臺(tái)爐運(yùn)行互不影響，對(duì)于兩臺(tái)爐均須控制的公共系統(tǒng)，設(shè)計(jì)單獨(dú)的轉(zhuǎn)接箱，將其輸入信號(hào)同時(shí)送入兩臺(tái)爐的控制系統(tǒng)，輸出信號(hào)均可下達(dá)并且互鎖，同時(shí)只能由一臺(tái)爐發(fā)出指令，遠(yuǎn)程控制；對(duì)氣源系統(tǒng)、灰?guī)煜到y(tǒng)單獨(dú)設(shè)置遠(yuǎn)程I/O子站。

③I/O測(cè)點(diǎn)分配的合理性。單個(gè)遠(yuǎn)程I/O子站的故障，不能影響其它子站的運(yùn)行；子站內(nèi)單個(gè)I/O模塊的故障，不影響其它單元的運(yùn)行，這要求將重要的輸送單元I/O測(cè)點(diǎn)，不分配到同一個(gè)模塊內(nèi)，避免其故障影響其它輸送單元的運(yùn)行。

④具有惡劣環(huán)境的適應(yīng)性?？紤]到南方雷暴天氣較多，對(duì)距離程控室1500m之外的灰?guī)爝h(yuǎn)程I/O站，采用多模光纜連接，對(duì)電源柜電源進(jìn)線加裝浪涌保護(hù)器，總線電纜單獨(dú)穿金屬管等保護(hù)措施。

⑤快速實(shí)時(shí)響應(yīng)能力以及響應(yīng)精度。對(duì)于灰?guī)祉敳康淖冾l排氣風(fēng)機(jī)，采用ControlNet總線控制方式，相對(duì)傳統(tǒng)控制方式來說，布線簡(jiǎn)單、響應(yīng)速度更快、精度更高，便于維護(hù)。

⑥設(shè)備選型須有一定的前瞻性、先進(jìn)性，適應(yīng)將來較長(zhǎng)時(shí)間段的不落后。控制系統(tǒng)采用ControlLogix PLC系統(tǒng)，其代表著當(dāng)今最先進(jìn)的新一代控制平臺(tái)，具有系統(tǒng)靈活性強(qiáng)、易于集成、模塊化設(shè)計(jì)、開放式的結(jié)構(gòu)、特有的升級(jí)固件，相對(duì)其它主流PLC廠家而言，其組網(wǎng)更靈活，機(jī)架槽數(shù)更設(shè)置更合理，在單個(gè)機(jī)架范圍內(nèi)對(duì)輸入/輸出字?jǐn)?shù)沒有限制。所有繼電器均選用菲尼克斯端子型繼電器，保證了柜體的緊湊與美觀。

3 電控系統(tǒng)設(shè)計(jì)描述

3.1 PLC系統(tǒng)組態(tài)

圖1 單臺(tái)爐程控組態(tài)圖

該控制系統(tǒng)分為三個(gè)層次——信息層、控制層和設(shè)備層，其中以EtherNet/IP為核心的自動(dòng)控制信息層包括工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)以及上位機(jī)系統(tǒng)，包括輔控中心，主要用于人機(jī)界面與PLC之間的通信。分支交換機(jī)采用MS20系列交換機(jī)，4光8電口、可網(wǎng)管、10M/100M自適應(yīng)，上位機(jī)采用專業(yè)工控機(jī)。控制層是以采用ControlNet總線控制為核心的PLC控制層，包括各個(gè)遠(yuǎn)程I/O子站、ControlNet通信模塊、光纖適配器等。設(shè)備層包括就地儀表、閥箱等數(shù)據(jù)采集設(shè)備與執(zhí)行機(jī)構(gòu)。如圖1所示為單臺(tái)爐程控組態(tài)圖。

3.2 程控系統(tǒng)硬件配置

PLC系統(tǒng)采用1756-L62控制器，4M內(nèi)存，冗余配置。冗余控制器機(jī)架選用7槽1756-A7機(jī)架，通訊模塊選用1756-ENBT以太網(wǎng)通訊模塊和1756-CNBR冗余ControlNet通訊模塊，開關(guān)量輸入模塊選用32點(diǎn)1756-IV32、開關(guān)量輸出選用32點(diǎn)輸出的1756-OB32模塊，模擬量輸入采用8通道的1756-IF8模塊。每臺(tái)爐控制系統(tǒng)供配置輸送子站、氣源子站和灰?guī)熳诱尽８鶕?jù)所需的I/O模塊數(shù)量輸送子站配置了一個(gè)13槽1756-A13和一個(gè)10槽1756-A10機(jī)架，氣源系統(tǒng)子站與灰?guī)爝h(yuǎn)程子站各配置了一個(gè)17槽的1756-A17機(jī)架。每個(gè)機(jī)架的備用插槽按照20%的原則配置，I/O點(diǎn)數(shù)按照15%富裕量配置。

冗余控制器機(jī)架通過以太網(wǎng)通訊模塊與操作員站系統(tǒng)建立連接通訊，冗余控制器機(jī)架與遠(yuǎn)程I/O子站通過冗余的ControlNet總線連接，網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)為75Ω同軸電纜，總線每段最大傳輸距離1000m，段與段之間可用中繼器延伸網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)傳輸速度達(dá)到5M/s，針對(duì)南方雷暴多以及抗干擾因素，本項(xiàng)目灰?guī)爝h(yuǎn)程I/O子站通過1786-RPA和1786-RPFM光纖模塊與氣源系統(tǒng)子站連接，介質(zhì)為4芯多模光纜?；?guī)祉敳康呐艢怙L(fēng)機(jī)變頻器通過22-COMM-C變頻器接口模塊與ControlNet總線連接，并完成對(duì)數(shù)據(jù)的采集和控制。

3.3 工程師站及操作員站

工程師站和操作員站采用工控機(jī)，配置標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)卡，雙網(wǎng)配置，安裝了Windows 2000操作系統(tǒng)。4臺(tái)操作員站通過以太網(wǎng)交換機(jī)互聯(lián)，滿足任何一臺(tái)操作員站均能夠監(jiān)控兩臺(tái)爐除灰系統(tǒng)。軟件主要有組態(tài)編程軟件Logix5000、通信軟件RSLinx、網(wǎng)絡(luò)組態(tài)軟件RSNetworx、上位機(jī)監(jiān)控軟件RSview SE、每臺(tái)上位機(jī)同時(shí)具備操作員站與工程師站的功能，可在線切換。RSview SE提供友好的人機(jī)界面和方便的操作方式。畫面包括流程畫面、操作畫面、設(shè)定畫面、操作畫面、趨勢(shì)畫面、報(bào)警顯示、報(bào)表畫面等標(biāo)準(zhǔn)功能畫面。通過以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的過程監(jiān)控、過程動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)顯示、參數(shù)設(shè)定、操作控制等功能，其中操作畫面按鈕配有確認(rèn)畫面以減少誤操作的可能，提高系統(tǒng)的可靠性。RSview SE支持各類規(guī)范和協(xié)議如，OPC、ODBC、ActiveX等，操作員站還與輔控中心通過OPC方式進(jìn)行通信。

3.4 電源設(shè)計(jì)

程控系統(tǒng)設(shè)置專用電源柜，兩路220V AC電源輸入、自動(dòng)切換,并配置不間斷電源，電源容量不小于除灰系統(tǒng)負(fù)荷的1.3倍，斷電保護(hù)時(shí)間不小于30min，同時(shí)考慮有足夠的備用回路。

為除灰系統(tǒng)內(nèi)所有程控設(shè)備提供電源，包括程控柜、I/O柜、操作員站、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、就地閥箱、就地儀表的供電，采用星形供電結(jié)構(gòu)，提高供電系統(tǒng)的可靠性。

直流電源冗余配置，通過二極管與熔斷器保護(hù)直流回路，直流容量滿足負(fù)荷要求。電源回路帶失電報(bào)警功能。

3.5 閥箱設(shè)計(jì)

氣力除灰系統(tǒng)的輸送是按照單個(gè)輸送單元的模式進(jìn)行輸送，單元內(nèi)所有的氣動(dòng)閥對(duì)應(yīng)的電磁閥均集成在閥箱內(nèi)，每個(gè)氣動(dòng)閥均配置操作旋鈕、指示燈，便于集中操作。

采用專用的匯流板、氣路板，閥箱結(jié)構(gòu)緊湊、美觀。采用專用的調(diào)壓過濾氣源三聯(lián)件，最大通氣量比小于3000L/m，單只電磁閥的通氣量不小于1000L/m。

4 結(jié)束語

系統(tǒng)投運(yùn)至今，運(yùn)行穩(wěn)定可靠，設(shè)計(jì)的合理化保證了除灰程控系統(tǒng)在惡劣的環(huán)境中安全暢行。整套系統(tǒng)的自動(dòng)化水平高、操作簡(jiǎn)潔方便、報(bào)警明了清晰、故障率低、維護(hù)量小，達(dá)到了同類除灰控制系統(tǒng)的先進(jìn)水平。