张韩宁
西安热电有限责任公司 陕西 西安710086
摘要：以西安热电有限责任公司2X50MW机组扩建工程负压气力输送控制系统的应用为背景，剖析了该控制系统的核心设计思想，该系统在硬件结构上采用上、下位机双机热备用冗余结构，提高了燃煤发电机组气力输送控制系统中的应用和监控系统的可靠性。
关键词：火电厂；监控系统；双机热备用；
1.系统工艺概况
西安热电有限责任公司二期扩建工程装机三台220吨/小时锅炉，灰渣采用分除方式，即锅炉排出的烟尘经电除尘器除尘后，粉尘落入电除尘灰斗经负压气力抽入灰库。灰库存灰经双轴搅拌机加水搅拌，使之含水率为10-20%，由自卸车运往灰场，亦可由散装机将干灰直接放入罐车外运。
1.1 除灰系统工艺过程
将电除尘集灰斗下所收集的飞灰，通过气力输送排放到灰库，湿式搅拌机把干灰加适量水后装调湿灰车运到灰场进行碾压堆放。图1为飞灰输送系统工艺流程图。
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图1 机组飞灰输送系统工艺流程框图
1.2除尘器的飞灰用双套管负压气力输送系统
每台机组包括两个单元，一电场为1单元，二、三电场为2单元。输送管管道采用大管加内套小管的特殊结构，可单仓、双仓或多仓成组运行，可连续输送电除尘器干灰或其他粉状干物料。每台炉各设一条输灰管道，一根主灰管内只能允许一个单元在输灰。灰斗气化风机通过电加热器加热后，经管道给每个电除尘灰斗的气化板提供干燥的热空气，使灰成流化状态。两台机组共设两个渣库，两个渣库间通过切换阀可实现自动切换，每个渣库下设调湿灰机和汽车散装机设备。炉底渣由自卸汽车运送到渣场进行堆放。底渣系统正常运行时，物料堆积在D泵上方的缓冲斗中，然后在重力作用下进入D泵中，通过输灰管道气力输送至渣库。
2.控制功能和方式
控制系统根据现场工艺的运行条件，分别设置四种控制方式：
(1)自动控制方式：
这是控制系统通常使用的运行方式。运行人员启动系统设备以后,控制系统按照预先编制好的启动顺序和排灰次序依次排放所有灰斗的灰料,并自动停运,也可人工停运,或异常情况导致系统停运。
(2)半自动控制方式:
半自动控制方式为运行人员分步启动或分步停运各子系统设备。这一方式主要是系统调试时使用，或在需要时半自动输灰，便于维护或检修。半自动条件下，所有内部连锁都有效。
(3)软手动操作方式：
运行人员在上位机CRT上一对一操作某个设备的运转。这种方式仅供有经验的检修人员检修实验使用，操作者应能够处理所有报警事件。
(4)就地手动控制方式：
该控制方式是专为检修人员在就地操作箱上试验单个设备的运转而设。这一功能在初期安装调试和检修维护时使用。
3.程控系统布置
本工程两台机组公用一套控制系统，控制系统由上位机监控系统、控制台、控制柜、电源柜、PLC系统及系统软件组成。在控制室布置计算机操作台、PLC主站，在除渣系统、石灰石系统、灰渣库区PLC远程站，采用CRT操作站作为人机接口，由PLC进行现场数据采集和控制。
3.1通讯方式
PLC与上位机通讯网络采用以太网进行通讯，通讯速率≥10M，应用层协议为TCP/IP ，其实现方式是在两个PLC主机架上各插入一140NOE77100以太网接口模块，在上位机上各插入一块PCI 100M 以太网卡，并留有与DCS的标准接口。PLC主控站和远程站之间采用双通道通讯网络。通讯网络为双网冗余设计。在任意一条网络失效情况下，可保证系统通讯的正常工作。通讯协议还包括CRC(循环冗余码校验)、成帧出错或溢出错误校验，指令或数据执行之前的多次传输和确认等。CRT站与PLC之间通讯故障时，可编程控制器应能继续运行。而且CRT站之间数据冗余。
3.2双机冗余和热备用
在单一主机系统中，当主机需要检修或出现故障时，整个系统将停止运行，为了避免这一情况我们采用计算机双机冗余。为避免两台上位机同时给PLC系统发操作指令，系统有设置优先级功能，当系统正常工作时，两台机都启动，都采集实时数据，但一台机用于监控操作，另一台机用于管理，当监控机出现故障时，系统会自动识别并发出语音报警，与此同时另一台机即被授权为监控机，执行监控任务。下位机通过CPU自带热备接口进行双机热备，即正常情况下两台PLC同运行，但将起一台设为主控制器，执行控制工作，另一台处于热备状态，接收信号，进行监视。当主控制器发生故障时，自动转换到备用控制器，执行控制任务，而不至于造成整个系统中断，保证了整个系统和设备的稳顶安全运行。此热备功能的具体实现要通过软件来完成，需进行编程。
4.软件设计
气力输送控制系统软件设计由上位机人机界面和PLC控制程序两部分组成。上位机组态软件完成：①设定系统各设备的投运状态，如开关量、模拟量、压力上下限、数值变化和柱状图等。②设定系统的运行方式。③记录现场数据。下位机根据发来的信息执行相关的操作，并向上位机发送各设备的运行状况和报警信息。画面显示：监控操作站显示了工艺流程的各种模拟画面：①模拟图：用不同立体画面分别表示工艺系统的流程,并辅以模拟量和数字量的各种参数。②棒状图：将不同参数用水平或垂直棒状图表示出来，形象的显示数值大小和越限情况。③曲线图：可以显示趋势图、历史曲线等相关曲线。成组显示：显示部分相关联的设备、参数、设定值。⑤检索类画面：提供整体画面的导航图和切换按钮，模拟量和开关量的报警类检索。报表功能：①定时报表、班报表、日报表、月报表：分别在每班、每日、每月终了时，对预定的参数，可以自动生成用户所需任意形式的报表。②随机打印：包括报警打印、开关量状态变化打印、事件顺序记录打印、事故追忆打印和CRT屏幕显示拷贝。
5.系统改进
本监控系统在调试过程中，遇到的问题主要有两个：阀门反馈信号不到位和电脑死机现象。在多个工程的现场调试中都发现产生状态信号的阀门反馈装置的质量都不是很好，特别是国产阀门，往往出现阀门本身开关状态良好，只是因为阀门反馈装置故障，使阀门反馈信号不能送入PLC，而导致程序停止执行。我们在程序中增加阀门“故障确认”功能，如运行人员确认阀门本身已动作，只是阀门反馈信号未到，可按“故障确认”按扭，使程序继续执行。死机现象是上位机监控系统中频繁出现的问题，造成死机的原因错综复杂，主要有：（1）报警配置不当，造成报警缓存溢出；（2）应用程序存在内部管理问题造成内存溢出，系统资源用尽；（3）操作人员非法操作引起“死机”；针对上述原因，逐条解决不改进报警设置，增加缓存缓存内存，对系统打上“补丁”，并扩充内存，基本上解决了死机问题。
结束语
PLC配合计算机以及网络技术的应用将电厂除灰系统的自动化水平提高到一个前所未有的高度，不但大大减轻了运行人员的劳动强度和减少了运行人员的数量，而且对锅炉系统的安全、可靠的运行提供了有力的保障。今后，随着“透明工厂”概念的引入，可把补给水、凝结水、输煤、除灰、除渣、废水处理等辅机的控制都纳入其监控管理网络中，势必给整个电厂系统带来更广阔的发展前景。
参考文献：
[1].《锅炉设备及运行》重庆电力技工学校主编 ，电力工业出版社