许秀峰
青铜峡铝业发电有限责任公司，宁夏 银川 750000
摘要：输煤程序控制系统(以下简称输煤程控系统)承担着火力发电厂生产燃料供应任务，其特点是运行环境恶劣，条件复杂，转动机械多，作业线长，设备分散，是辅网系统的重要组成部分。目前，我国大部分火力发电厂输煤系统采用传统可编程逻辑控制器(PLC)控制，随着分散控制系统(DCS)技术的发展和电厂对标准化管理的要求越来越高，辅网系统也逐渐使用DCS控制。基于DCS的输煤程控系统设计利用DCS安全可靠的控制技术，使得运行监视和调度更加集中化，实现DCS统一标准化管理，提高了管理效率，使设备控制智能化。
关键词：电厂输煤DCS系统；节能控制
中图分类号：TK323 文献标识码：A 文章编号
1电厂输煤控制系统简介
电厂的输煤系统的功能是完成从卸煤起直至把煤运到锅炉房原煤斗的整个生产工艺流程是电厂辅机系统的重要组成部分。输煤系统由卸煤设备、输送设备、破碎筛粉设备、给配煤设备、煤场机械、计量设备、辅助设备等几部分组成。
电厂输煤控制系统包括：卸煤系统、上煤系统、配煤系统、监控系统等。主要控制设备包括：皮带输送机、伸缩头、叶轮给煤机、碎煤机、滚轴筛、采制样装置、皮带秤、除铁器、犁煤器、三通挡板、除尘器、振打器、煤仓煤位监测装置、皮带打滑、拉绳、撕裂、电铃、堵煤装置等。其具有控制设备多、分布广、环境恶劣、维护工作量大等特点，对输煤控制系统综合运用计算机管理、自动控制技术，有助于提高生产管理水平、运行效率，从而提高整个电厂的经济效益。
2电厂输煤DCS系统节能控制
2.1监视控制层硬件设计和实现
在上位机上可直观地显示皮带机输煤的整个流程，其中包括各煤仓的煤位高度变化、实时的温度、速度、张紧力、跑偏程度、粉尘浓度等测量参数，以及皮带机运行参数、故障检修的状况。监视控制层的工作主要是将接收到的信息分类、统计、记忆和存储，在工作人员需要查看信息时，随时可以打印，监视控制层设置有1台DCS工程师站，主要用于对整个系统的软件设计和调试。1台用于操作、监视、显示和打印报表的操作员站，2台历史站用于数据的存储，存储周期不少于两周，1台SIS站作为实时的数据库，为电厂提供综合化服务。
2.2现场控制站硬件设计
现场控制站的硬件设计主要针对输煤系统的数据进行采集和前期处理。控制站由设备控制器、通信单元组成，控制层主要实现的功能有：1、数据采集、处理与交互。2、对输煤皮带机进行监测和控制。3、与监视控制层数据通信。4、对现场控制站进行自诊断。
DCS系统的信息采集是通过I/O站来完成的，每个I/O模块都有多个I/O口通道，一些通道用于连接传感器，一些通道用于连接执行器。通过现场设备负荷等级和DCS系统需求对各种控制站的数据采集模块设计参数等级如下：
1、控制站设备分配准则：
(1)对于不同的子系统以及设备的主备机，均需要不同的控制器实现对应的控制逻辑。
(2)从安全的角度，将输煤系统的各条皮带尽量统一配置在一个控制器内。
(3)数据采集的处理器要充分冗余。
(4)控制器用光纤与交换机相连，连接方式是冗余的，这样可以通过不同的通讯地址进行访问，相对灵活。(5)I/O设计应符合本安要求，每16个I/O配置在一个单元中，其中每8个I/O放入一组，设置好地址后，以冗余的连接方式与交换机相连。
2、数据采集模块的参数设计：
在电厂DCS输煤系统中，现场的运行方式都是通过强电完成的，所以对现场控制站数据的采集要做到充分安全，充分冗余，对选用的各数据模块的类型、参数选择十分严格。在输煤过程中，为防止因某一个I/O模块的损坏，引起大范围的瘫痪，导致输煤被控设备故障或跳闸，根据现场设备的等级以及输煤的需求，对控制站各输入、输出模块的参数设计选择如下：
(1)模拟量输入模块AI
采集的电流为4～20mA，输入阻抗选择250Ω，即电压为1～5V。
将采集的信号由变送器转换成为电信号输送给控制器，其中信号的传递在每一个通道中相互独立、互不影响，
(2)模拟量输出模块AO
电压选择1～5VDC，电流选择4～20mA，输出的电压、电流的大小由控制软件决定。控制回路电阻>600Ω，其负端接地。
(3)数字量输入模块DI
模块的负端接地，根据采集到的信号，通过光电隔离，以高、低电平的形式输送给控制器，控制器输出0或1，系统经过计算分析提供给现场做决策，现场的查询电压为：24～120VDC。
(4)数字量输出模块DO
该模块也称为数字量输出，由控制软件输出高电平和低电平开关量信号，控制继电器、变频器、显示灯的工作。数字信号以隔离的形式输出。
(5)输入模块RTD
RTD是电阻温度探测器，可以接收电阻信号、不经过变送器就可以采集温度信号，也可以称作热电阻，误差比普通的电阻小，电厂一般选择铂系列、铜系列的热电阻。
(6)输入模块TC
热电偶输入模块，是用来测温的，不需另设电源，通过电位的输送放大实现温控。可输送4～20mA的电信号，根据国际规定工业上可选择型号为B、S、R、K、J、E和T的热电偶。
2.3输煤系统网络结构设计
输煤DCS系统节能控制的核心结构是：现场控制站的数据采集模块采集节能控制所需要的输煤信息，将信息通过光纤收发器与上位机(ENG)进行通讯，输煤控制系统进行判断和决策，在不同的电价时刻，协调运行中的一系列约束条件，对控制器发出执行命令，调节变频器的频率，从而改变输煤皮带的速度。硬件部分主要针对监视控制层、现场控制层以及网络结构配置设计，对变频器如何调速部分不作详细介绍。在网络的结构配置中，最大程度地通过最优的控制回路将每个I/O站配置在相应的位置以节省成本。将实时数据服务站(SIS)、工程师站(ENG)也配置在网络结构中，各个控制设备均看作是系统的一个个节点，并以操作室为核心，以网络的形式扩散开，对输煤系统的网络结构设计由集散控制系统的特性，硬件部分的设计遵循分层的思想，交换机SA的作用就是将系统分层形成互相独立的系统，并实现数据的交互，工作人员可以任意对每个控制站(I/O)进行独立操作，从而实现子系统功能模块独立，便于对系统进行修改。
2.4输煤系统软件设计
输煤系统软件设计的目的是实现数据的采集分析。为输煤系统的接口提供延伸服务。根据输煤、配煤、节能策略研究、监视、管理的具体需求开发应用界面，系统的构架分为监视控制层和现场控制层两部分。
2.4.1监视控制层
监视控制层主要用于对输煤工作流程和实时状态的监视。在网络配置上，均需要充分冗余。上位机与控制站通过工业以太网以冗余的方式连接。监视控制层的主要目的是对输煤DCS系统实现数据的监视工作，为操作室的工作人员提供控制依据，为工作人员的具体操作进行响应。监视控制层通过TCP网络协议与现场控制层进行通信，将工程师站和控制站(I/O)相连接，完成I/O口的数据的下装。系统在运行时实时数据是通过历史站与控制站之间的通信完成的，与此同时，历史站上可运行多种服务：数据的存储、历史趋势显示、实时库服务、报表及系统图显示。依次完成了数据采集处理并显示给工作人员，把操作指令传递给控制站，各个设备通过交换机分层连成网络。为保证系统通讯的可靠性，历史站和交换机要充分冗余配置。
2.4.2现场控制层
现场控制层包括FCS、I/O模块，现场控制层的控制网络由PROFIBUS-DP现场总线连接，它是S7-300硬件模块的内部网络。其作用是完成主控模块与I/O模块之间的通讯，对实时数据进行输入、输出的传送工作。
3结论
DCS系统人机界面友好，操作简易、方便；逻辑组态通俗易懂，维护便利；DCS控翩柜内各设备、器件标识清楚，排布具备标准化和统一化特点；IO模件接线方便，抗干扰强，整个系统安全、可靠、稳定。同时DCS系统强大的功能可以帮助生产管理人员更加方便快捷地完成设备故障查询、设备投运率、历史数据分析、数据报表等工作，因此DCS系统在电厂公用系统的应用将会越来越普及。
参考文献：
[1]张颖.化工厂输煤自动控制系统的设计[D].陕西科技大学,2014.
[2]张静.火电厂1000MW机组辅网程控系统的设计与实现[D].华东理工大学,2013.