台山电厂输煤程控设计方案分析

摘要：根据国华台山电厂现有燃料设备工况及其程控系统硬件配置条件，针对其一期工程燃料程控系统设计特点进行分析；结合国华台山电厂二期燃料工程预想二期程控设计方案。 关键字：国华台山电厂；燃料程控；分析；设计方案 1 一期燃料程控设计方案分析 1.1 国华台电现有燃料系统设备工况及其程控系统硬件配置条件。 　　台山电厂一期工程为5×600MW机组，输煤沿线目前共有11条皮带输送机，双路互为备用，其卸煤系统带速为3.15m/s，带宽为1.8m，实现最大出力为3000T/H；上煤系统设计带速为2.5m/s，带宽为1.4m，实现最大出力为1600T/H。每炉共六个原煤仓，每仓储煤容量最大为465T，每仓对应磨煤机最大出力60T/H。整个输煤程控采用A－B公司的control logix 1756系列产品，其PLC系统由一个主站和四个远程站组成，分布在整个卸煤和上煤系统中。PLC控制系统采用双机热备模式，通讯方面通过controlnet 网络通讯模块的冗余功能实现网络通信热备。下位机之间数据通讯交换速度最快为5mbps，上位机与主站之间采用ethernet 以太网通讯模块双备用连接，通讯速度能达到100mbps。热备冗余模块之间采用光纤通讯，且每个机柜内不同类型的I/O模块都留有备用点，每个柜内的模块槽架都有模块的扩展接口，因PLC控制器考虑到二期工程的预留，采用了3MB内存空间，所选择的电源模块也有30%～40%的预留余量。 　　其一期工程中整个输煤系统的PLC模块和站点分布如下图1所示： 2.1 国华台电一期燃料控制系统所需解决的问题 　　在一段时间的皮带系统运行中，发现，465T/仓的储煤量，50T/H的磨煤机出力下（5台磨运行1台备用时能够满足600MW机组的全负荷运行），若以上煤出力为1400T/H来计算，每班（8小时制）需承担一台600MW机组的上煤量为8H×250T/H＝2000T，则每班需运行皮带上煤时间最少为2000T÷1400T/H＝1.43H，约1小时26分钟。针对台电一期期工程为5台600MW机组，燃料系统皮带出力不变，可得表如下： 　　由此可见，当5台机组满负荷运行，则每班8小时皮带机都处于运行状态。而系统设备及其控制系统的稳定性就成了5台机组正常运行的必要保证。对于控制系统来说，由于其内部的不可观察性，如若发生通信故障（包括不能通信或信号迟钝、假信号等现象）或者使用软件故障等情况，需要处理好它，不是能在短时间内能解决的事。而在没有处理好它之前，整个燃料系统可以说是完全瘫痪的。在运行时间如此之紧张的工况下，设计一个稳定和正常的控制系统及其后期预想方案，是保证我们一期机组及后面二期机组正常稳定运行的必要条件之必要条件。 　　通过一期燃料工程设备工况及控制硬件的了解，一期燃料控制系统不仅采用了双机热备模式，而且在通信上也采用了冗余模式；在其方案设计中同样也参考了二期燃料系统的构想蓝图，给其在CPU的处理能力、速度及其内存上都给了足够的预留量，而且还在I/O节点和模块扩展上也做好了合理的估算，基本上，能够满足燃料一期和二期的稳定控制和正常运行的任务。然而在某些方面，由于某些设计考虑的不是很全面，这给其稳定运行带来一定隐患。 　　图2为总站和各远程站之间的网络布置图，可见，由总站和各分站之间采用同轴电缆－光纤适配器－光纤－光纤终端盒－光纤－光纤终端盒―光纤适配器－同轴电缆连接方式进行通信，但在由#1远程站和总站之间连接是通过#2远程站的光纤适配器进行中转，这样会造成在#2远程站失电的情况下或其光纤适配器通信故障的情况下，#1远程站也将会与主站失去通信。同样，#4远程站也可能会出现上述情况。由于光纤、光纤终端盒和光纤适配器的通信质量决定了整个系统的通信通信质量， 只有它们在通信中稳定运行，整个系统的通信速度和通信性能才能保证。但是，在现场观察中发现，其光纤与光纤终端盒的连接布置并未按照严格的工艺要求去做，而是很随便的放置在每个站的程控柜底，光纤的缠绕和接口的不端正这些都可能是通信故障的隐患。 　　在一期工程试运期间一直出现的问题主要有：一是网络“阻塞”现象严重，执行网络命令会出现“延迟”。排除下位机处理能力和通信故障，能够确定由于初期所制作的控制系统，一些残缺无用的程序或者程序设计的不合理造成整个系统的臃肿，在系统运行时能够造成系统响应迟钝现象，可以解决的办法就是优化系统的监控程序，删除无用的程序并优化现有的程序，给整个控制系统“瘦身”。二是设备出现“自跳闸”且不任何故障报警。排除设备本身回路原因，可以确定是现场控制回路感应电压过高，输入错误的故障信号所致，引起此类故障的根本原因是现场控制电缆信号屏蔽不到位。解决的办法是将所有控制信号电缆的所有备用芯全部接地或在输入继电器上并联阻容吸收回路，并将其与高压动力电缆分开布置。 3.1 上位机的隐患 　　对于上位机来说，操作系统的稳定是监控软件稳定运行的坚实后台，如果操作系统没有正确安装或正确配置，会造成运行环境的不稳定，而且会影响整个系统的兼容性。现台山电厂一期工程上位机所安装的操作系统为WINDOWS2000 PROFESSIONAL 版，基于系统的独立性，需要独立安装，隔离病毒，而且需要及时更新其SERVER PACK包和补丁包，提高其硬件系统的兼容性。由于为工控机，许多软件的安装和硬件的选择需要考虑到其运行软件的兼容性，不能随意安装市面上的普通软件包。针对我们现在使用的为A－B公司的编程软件和及其监控软件，清楚的了解了其软件系统所要求的硬件条件，正确给予选择，才能保证整个控制系统在最佳运行环境下运行。 2 二期燃料程控设计方案预想 　　二期燃料程控设计预想。考虑到一期和二期有共同的燃料设备，也将有各自分开的设备。在控制上要做到恰到好处，而且能够保证整个燃料系统的稳定控制和稳定通信，必需要经过严密的逻辑分析和最佳的方案设计。要做好这些，主要是以下两个方面：网络设计，程序设计。 2.1　网络设计 　　由于燃料一期工程可以通过一个控制室，两台热备PLC下位机实现控制，控制权独立。对于一、二期工程，设备分布较广，且有各自的独立设备，两期机组负荷也不同，所对设备要求也将不同，下面将提供几种网络方案。 2.1.1 PLC下位机联网方案 　　通过光纤将2个系统中的PLC系统联网实现PLC下位机系统联网。数据交换是在下位机系统内实现的。网络系统结构如图3所示，PLC系统采用以太网通信方式联网和上位机系统通信。PLC联网需要PLC专用的光纤、专用的光纤的接头和专用的PLC光纤联网模块。联网的优点是通信可靠，编程简单，缺点是由于下位机处理器的处理能力与上位机相差较远，时实通信处理能力较差。 2.2.2 IPC上位机系统联网方案 　　通过光纤通讯将两个系统中的IPC网络进行联网以实现IPC上位机系统联网。网络数据交换是在上位机系统内实现的。网络系统结构如图4所示。IPC系统联接成标准的以太网，通过交换机构筑的以太网与PLC系统通信。联网的优点是通信速度快，可以使用普通光纤收发器；缺点是IPC上位机系统监控程序的实时性、开放性和可靠性都将影响其下位机及整个网络的运行可靠性；而且硬件要求上网络光纤收发器需要有精密电源供电。 2.2.3 PLC、IPC系统同时联网方案 　　IPC和PLC系统同时联网的网络系统结构图如图5所示。IPC、PLC系统同时联网，是指将IPC系统和PLC系统同时分别进行联网。网络数据交换是在上位机系统和下位机系统内实现的。IPC系统和PLC系统之间通过以太网方式通信。这种网络结合两者的有点，形成最可靠的和通信速度最快的通信网络；缺点是系统造价高、维护工作量大。 　　所以，综上所述，可以发现，保证通信稳定速度快的前提是拥有IPC上位机系统联网方式，在条件许可的情况下可以考虑同时拥有IPC、PLC两种联网方式。这样一旦在PLC网络系统出现故障时可以利用IPC网络连接来重新恢复连接，同样PLC网络连接也可以拯救IPC网络连接。这里所提的一期和二期控制系统均有双机热备控制功能，这样能更好的提高系统的控制性能。 2.2　程序设计 　　严密的程序设计是整个控制系统能够正常稳定运行的保证。对于一期、二期整个控制系统程序设计的要求主要可以从以下几个方面入手： 2.2.1 一、二期输煤程控系统都可以实现对全部输煤系统设备的监视和控制； 　　通过IPC或PLC联网系统，一期和二期工程所有设备都可以在同一间控制室，同一台上位机内得到控制。 2.2.2 通过网络操作相关设备时，一、二期控制室间的操作权可以相互闭锁； 　　在一期工程上位机上可以不需要权限就能操作本系统内设备，但需要代理操作二期工程相关设备时，需收会二期工程设备操作权限才可以操作，这样能在二期上位机出现故障或无人操作时，能够代理操作二期设备。同样，二期也可以通过如此方法操作一期设备。 2.2.3 公共设备等的控制可以通过选择网络控制的权限来实现； 　　公共设备的控制可以通过网络控制的权限来执行，在一台公共设备的控制权上只能被一方独立占有，如若另一方需要操作，必须让对方交出控制权才可以。这样可以防止误操作和重复性操作。 2.2.4 在控制系统断网时，尽快实现网络自愈； 　　一旦一方的控制系统断网，可以通过PLC或IPC网络联网功能实现网络自<