西门子全集成自动化控制系统TIA在电厂输煤控制中的应用

在火力发电厂锅炉的单炉/单磨燃煤的计量准确问题一直是影响电厂发电成本正平衡统计的顽症，更是燃煤发热量和锅炉燃烧效率统计计算尚无法解决的棘手问题。因此，目前国内绝大多数稍早些的火力发电厂由于没有测取单炉燃煤计量的准确方法，其成本核算往往依据反平衡法来求取发电煤耗和单位生产成本，亦无法在开放的电力市场上网竞价中准确地知道生产成本。前不久某电厂委托本公司对该厂的输煤控制和入炉煤计量系统进行全面改造以解决生产成本核算问题。鉴于该工程要在整个电厂正常发电的情况下进行，且改造的内容比较大，涉及的面比较广。因此决定分两步对该项目进行改造，先期进行输煤控制系统的改造而后进行输煤入炉煤软测量的改造，以期最终达到单炉瞬时燃料计量及动态生产成本核算的目的。
　　一、工艺布置及其设备特点
　　该电厂的输煤工艺系统比一般的火力发电厂要复杂得多，它先后由一、二期工程来构成现在的输煤系统两个系统之间即独立又有相互交叉的工艺连接，同时要为六台发电机组供煤。虽然本次仅涉及煤场至入炉煤斗之间的输煤控制系统设备改造，但为了安全可靠地实现改造，又不影响所有机组的正常运行，因此将该项目分两步进行：第一步先将输煤控制系统改造而后再将入炉煤计量部分改造。本文所介绍就是第一部分的内容，其工艺布置如图：
各工艺段所包含的设备有输煤皮带机、叶轮给煤机、往复式给煤机、碎煤机滚轴筛、带式除铁器、圆盘除铁器、精细除铁器、犁煤器、切换挡板、拉绳开关和跑扁开关等组成。其它如撕裂，打滑，堵煤等保护开关均不进本控制系统。
　　
　　二、工艺流程
　　输煤工艺流程的主要特点是流程距离长，分布点比较广，工艺设备的控制回路比较简单；现场环境粉尘很大，比较恶劣。
　　
　　依据电力企业输煤运行规程技术标准，输煤系统控制必须设有就地控制、集中控制和程序控制三级控制手段，同时输煤系统启停或紧急故障时，必须遵循启动时按逆煤流顺序逐一启动设备；停止给煤时按正煤流顺序逐一停止设备的原则进行控制操作。其工艺流程联锁如图：
　　
从上输煤工艺联锁流程图分析得知，在控制系统程序组态时，应严格按照该流程进行设计及组态，以确保设备和人生的安全。有关程序控制的编程亦必须遵循系统联锁的原则下，方可灵活组合。
　　
　　三、控制系统拓扑
　　根据现场的实际状况和输煤工艺控制的技术规范要求：我公司推荐采用siemens tia 的系统结构。以满足输煤系统狭长的输煤栈桥在一侧布置的电缆桥架，该桥架既要敷设6000vac 动力电缆，又同时要敷设控制和通讯电缆，因此电缆周围的共模和差模干扰信号必然要影响控制系统的通讯质量，甚至于使得控制系统不能正常工作。为此我公司选用profibus-dp 现场总线来组成网络用光电交换机olm 来完成与主控制器之间的信号交换。因为采用了光纤传输通讯，可将电磁场对通讯设备的干扰影响降至最低程度，真正达到阻断干扰的目的。该输煤系统的设备动力电源供电电压等级有两类，即380vac 和 6000vac两种。经本次改造，凡涉及380vac 供电的电动机控制回路都彻底改为simocode 和compact starter 共计 95 台套；凡6000vac 供电和一些不能作彻底改造的电动机及其设备改为logo 共计34 台套。这些设备的控制回路都必须与fcs 的信号连接，以交换两个系统之间的信息。
　　它以主控制器as-417-2 作为主站，通过以太网交换机esm 连接到四台安装有以太网卡cp-1613 的工控机上，每台的him 系统界面选用win cc v5.2 版本，主控制器除了自身带有的profibus-dp 接口外，另外又配了一块profibus-dp 模件，这样可以组成两个相对独立的光纤环网，亦便于两个输煤系统的布置：一个接口连接一期输煤系统上的六只olm 光电交换机，另一个接口连接二期输煤系统上的五只olm 光电交换机。其系统拓扑图如下：