基于CAN總線技術的分布式控制系統(tǒng)在輸煤程控中的應用研究

國家電投集團寧夏能源鋁業(yè)有限公司 王 鋒

基于CAN總線技術的分布式控制系統(tǒng)在輸煤程控中的應用研究

國家電投集團寧夏能源鋁業(yè)有限公司 王 鋒

本文論述了基于CAN總線技術的分布式控制系統(tǒng)在輸煤程控中的應用研究。詳細分析了輸煤程控系統(tǒng)現(xiàn)狀,列舉了諸多問題和不足,結合新技術提供了有效的解決方案,具有較強的實用性和可操作性。

CAN總線技術;分布式;輸煤程控;應用研究

1 輸煤程控系統(tǒng)現(xiàn)狀分析

隨著我國電力事業(yè)的發(fā)展,火力發(fā)電廠的裝機容量也在不斷提高,輸煤系統(tǒng)的工藝要求以及規(guī)模也在不斷發(fā)生變化。大多數(shù)電廠的輸煤系統(tǒng)采用PLC作為主控制器,并將輸煤工藝中的所有控制邏輯集中在主控制器內,通過鋪設大范圍的通信電纜,與分布在輸煤工藝沿線的就地設備建立通訊,并控制就地的執(zhí)行機構,以此實現(xiàn)輸煤現(xiàn)場所有設備的自動化控制。輸煤系統(tǒng)中常見的DI、DO、AI、AO、RTD等類型的變量均需通過專用且獨立的通信電纜實現(xiàn)信號傳輸,導致電纜耗費量極大。且因所有控制邏輯均在主控制器中,導致主控制器負荷較重,且一旦發(fā)生故障,則會導致整個系統(tǒng)出現(xiàn)故障,影響輸煤程控系統(tǒng)的穩(wěn)定性。以上技術為目前火電廠的主流方案。

上述方案存在主要問題有:

1)控制電纜消耗大

輸煤現(xiàn)場往往占地面積較大,設備較多且分布較為分散,地形也較為復雜,往往需要挖設電纜溝、架設電纜橋架等前序工作,同時需要鋪設大量電纜來實現(xiàn)控制功能。導致人工成本、物料成本隨著輸煤現(xiàn)場的分布范圍變化而成倍增長。因此,采用總線技術的分布式控制系統(tǒng)可以大大減少現(xiàn)場電纜的消耗量,同時降低投資成本。

2)施工難度較大

例如某電廠二期工程, 2007年設計,整個程控系統(tǒng)設主控室1個,煤倉層設2個遠程站,控制電纜總長度約為180公里?，F(xiàn)場需要大量的人力物力進行電纜敷設、查線、校線。直接導致該工程項目的投資成本急劇增加,因此,采用總線技術的分布式控制系統(tǒng)對降低項目總成本是有裨益的。

3)系統(tǒng)可靠性差

由于輸煤現(xiàn)場眾多設備的控制電纜和動力電纜都需要經過電纜溝、電纜槽架,其間距往往較小,彼此之間存在較強的電磁干擾,這將可能導致控制系統(tǒng)出現(xiàn)錯誤信號的傳輸,甚至可能導致現(xiàn)場設備的誤動作,存在嚴重的安全隱患。此外,輸煤現(xiàn)場往往條件惡劣,粉塵、潮濕等惡劣工況亦會對通信線路帶來惡劣影響,甚至有可能出現(xiàn)線路破皮、斷路等現(xiàn)象;再者,所有控制邏輯均集中在主PLC內,一旦主PLC發(fā)生故障,將會影響到所有的現(xiàn)場設備,打亂正常的電力生產。同時,控制系統(tǒng)的恢復也存在較大難度。

4)檢修與維護工程量大

輸煤沿線往往距離較長,電纜一旦出現(xiàn)通信中斷,工作人員需要在大量的電纜中,排查壞點。其難度與復雜度可想而知。而且排障的持續(xù)時間也較長,影響系統(tǒng)的恢復時間。

2 基于CAN總線的分布式智能控制系統(tǒng)

當前大部分輸煤程控系統(tǒng)采用集中式控制,將PLC控制設備集中在控制室,針對以上方案存在的弊端,本文提出了基于CAN總線技術的分布式智能控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)將原本集中在主控PLC的大量控制邏輯下放至就地控制器,大大減輕主控PLC運算負擔,主控PLC只需完成各分布式控制器之間的協(xié)同工作以及與上位機通信即可。同時,將CAN總線技術應用在輸煤程控系統(tǒng)中,也是一項重大創(chuàng)新。

通過對國內外現(xiàn)場總線技術發(fā)展的現(xiàn)狀,以及目前各類現(xiàn)場總線技術在工程中實際應用的效果、方便性、經濟性等全方位的比較和分析,本總線智能控制單元采用國際上標準的CAN現(xiàn)場總線技術,只需再另外配置CAN總線網關,即可實現(xiàn)與當今主流PLC控制器的通信。此外,一些先進機電設備,出廠時已經具備CAN總線通信接口,且CAN總線通信的相關設備價格低廉,可以大大減少工程投資;亦可節(jié)省大量控制電纜,在減少施工量的同時,節(jié)約了材料。

應用CAN總線分布式控制系統(tǒng),具體思路為:首先將輸煤現(xiàn)場的所有被控設備,在就地設置就地控制箱,再在每一個就地控制箱內安裝具有邏輯控制功能以及CAN總線通信功能的智能控制器,該控制器負責與現(xiàn)場設備的所有開關量、模擬量建立連接;根據(jù)控制器內集成的控制邏輯,完成對現(xiàn)場設備的控制。由于控制邏輯的下放,使得輸煤控制室內只需設置PLC主機即可,省去大量數(shù)字量、模擬量模塊。

采用基于CAN中心的分布式智能控制單元,其CAN總線芯片價格低廉,并且只需一個CAN總線網關,即可與施耐德、西門子等主流PLC主機設備相連接。

總體講有以下多項優(yōu)勢:

1)降低工程電纜造價

采用CAN總線技術的通信方式,只需配備一根通信電纜即可,所有受控設備掛載CAN總線上,主控PLC通過尋址的方式,完成對所有就地設備的控制,大大減少了電纜消耗量。

2)輸煤系統(tǒng)電纜通道減少

由于電纜消耗量的減少,使得電纜鋪設、架設的工程量也隨之減少,工人在鋪設電纜時,不必進行繁瑣且具有一定危險性的作業(yè);后期在設備正式運行后,輸煤現(xiàn)場巡檢人員也不必進行復雜的巡檢、維修工作。

3)輸煤程控系統(tǒng)更簡單

分布式智能控制系統(tǒng),將現(xiàn)場設備的控制權限下放至就地控制器,使得程控柜的需求量得以減少,節(jié)省了程控室空間,進而節(jié)約資金和空間成本。主控PLC只需負責與上位機的通信、顯示以及與就地設備間的通信,其計算量大大減少,進而提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。輸煤程控技術人員在后期維護時,較為簡單的程控系統(tǒng),可以大大減小設備檢修的復雜程度。

4)工程施工周期縮短

在輸煤程控系統(tǒng)工程建設過程中,電纜敷設、電纜接線工作耗費了現(xiàn)場最大量的時間,部分施工還具有一定危險性。當采用CAN總線方案時,電纜根數(shù)極少,極大的減少了工程量,縮短了工程的建設周期,提高了工程的總體效益;同時,也避免了施工過程中可能出現(xiàn)的危險。

5)系統(tǒng)調試時間加快

由于電纜接線工作量的急劇減少,使得現(xiàn)場校線的工作量接近為零,調試人員的工作僅在于軟件內對控制畫面與控制對象的關聯(lián)關系進行核對,而不再有現(xiàn)場的校線工作量,極大的縮短了系統(tǒng)的調試時間。同時,該智能控制單元集成了配套設備的控制工藝程序,免去施工人員的二次開發(fā)。

6)設備運行維護工作簡單

由于接線簡單,系統(tǒng)基本上沒有電纜的維護工作量,再加上系統(tǒng)的自診斷能力和極高的自動化水平,為維護人員提供了各種故障判斷信息,從而極大的減輕了維護人員的工作。同時,每臺控制器在功能上相對獨立,即使后期出現(xiàn)故障,只需將故障件替換,不會對整個系統(tǒng)造成影響。

7)系統(tǒng)功能擴充能力增強

由于CAN總線技術的特點,新增設備只需設定一個與已有設備不同的通信地址,并設置正確的通信波特率,即可加入到現(xiàn)有輸煤程控系統(tǒng)內,CAN總線支持255個通信地址,完全滿足輸煤程控系統(tǒng)的需求。

3 小結

本文提出了基于CAN總線通信技術的分布式輸煤程控控制系統(tǒng),并著重分析了該技術在輸煤系統(tǒng)建設和運行方面的優(yōu)勢。經在實際工程中的應用,驗證了該系統(tǒng)的可行性與有效性。為電廠輸煤系統(tǒng)的智能化建設,提供了有效的解決方案。