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电厂锅炉等离子点火的控制系统

供稿:中国工控网 2014/6/30 10:19:00

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The control system of the power plant plasm ignition system
Li benwei
Yantai Longyuan Electric Power Technology Co.,LTD,
No.9 HengShan Road ,Yantai Development Zone,Shandong,China ,Postcode:  264006  
ABSTRACT: It has given a systematic and detailed introduction of the Plasma control system net,hard wear equipment of control system ,the logic of the automatic control system by Plasma generator and Plasma ignition system,the electrical resource of Plasma generator and its share and the exchange,the access of the control system and the DCS system.
KEY WORDS: Plasma generator;Process Field BUS;PLC;CPU;DCS;Modbus;OPC摘要:系统地详细地介绍了等离子点火控制系统网络,控制系统硬件配置,等离子发生器自动控制逻辑和等离子点火控制逻辑,等离子发生器电源及电源的共享与切换,控制系统与DCS系统的接口。
关键词:等离子发生器;现场总线Profibus;PLC;CPU;DCS;Modbus;OPC1 系统概述烟台龙源电力技术有限公司成功开发研制出DLZ-200型工业性等离子发生器,可直接点燃煤粉,用于电厂锅炉的点火启动和稳燃。2000年10月该装置通过国家电力公司组织的专家组的鉴定,结论具有世界领先水平,建议在全国电厂大规模推广。迄今为止,全国范围内,在新建的机组上和旧机组的改造上已经安装和调试完成的等离子点火系统有100多套。等离子点火系统由等离子发生器,直流电源系统,等离子点火燃烧器,制粉系统,一次风风速在线监测系统,压缩空气系统,冷却水泵系统,图像火检系统等组成。这些系统主要由可编程控制器完成自动控制过程,并通过现场总线方式实现在中央控制室进行这些系统的监测控制管理。2 等离子点火系统介绍及控制任务等离子发生器是等离子点火系统的核心部分,用来产生高温等离子电弧,其基本原理是在一定的磁场强度下,通过给特定结构的电极加特定的直流电源,通过电极的前后运动使电极之间的压缩空气在大电流、强磁场的作用下电离,形成高温等离子弧,冷却水用来冷却电极。将高温等离子弧置于煤粉管道中,煤粉以一定的风速一定的浓度经过电弧时,煤粉颗粒受高温迅速破裂,析出挥发份,再造挥发份,从而使煤粉迅速燃烧。特定直流电源的提供及自动调节控制,直流电源与电极动作的紧密配合能够使发生器自动点火成功,是自动控制的关键。根据锅炉容量的不同,单台炉应配备2-4个等离子无油点火装置不等,还需要通过现场总线实现设备的分布式集中控制,并且应留有与电厂其他控制系统的接口(如电厂的集散控制系统DCS)。根据等离子点火系统的独有特点,通过考察和比较国内外知名公司的工控产品的性能和价格,选用了西门子公司的可编程控制器及大功率直流传动装置来给等离子发生器提供电源并完成等离子点火的自动控制过程;并通过Profibus现场总线实现设备的分布式集中控制。
3系统结构及硬件配置控制系统硬件配置如下:(插图1)3.1 等离子发生器电源选用西门子公司的SIMOREG DC Master 6RA70系列全数字直流调速装置,配以大功率晶闸管三相全控桥式整流装置来得到大功率稳定的可调节的直流电源。具有以下特点:功率50~150KW连续可调;能通过自适应自动测量出输出回路的电阻和电感值,并自动调节电流调节器的增益和积分时间,以达到控制参数的最优化;具有完善的通讯功能,支持USS串口通讯和Profibus现场总线通讯方式;具有简易便捷的参数设定及监控;具有完善的过压,欠压,过流等保护功能;通过其他功能模板可实现很多附加功能。3.2 等离子发生器启弧逻辑控制PLC选用S7-200 CPU224 可编程控制器来对直流电源和电极动作进行控制,实现等离子点火器的自动点火。具体方案如下:使用USS串口通讯协议,S7-200 PLC采用自由口通讯方式编程,通过CPU224上的RS485通讯口PORT0与整流装置6RA70的RS485通讯口X172,完成PLC与整流装置之间的数据交换,从而完成PLC对整流装置的操作控制和各类状态信息的读出和条件判断等,实现直流电源的控制;电极控制信号及启弧必须的压缩空气压力、冷却水压力等信号直接接入CPU224固有的开关量输入输出端子,完成PLC对启弧条件信号的采集;通过CPU224内部的逻辑运算,实现等离子发生器启弧的自动控制;通过S7-200 PLC扩展Profibus网络通讯模块EM277 DP ,可以与主控站S7-300组成Profibus现场工业总线网络,完成各个角的PLC与主控站的数据交换,实现整个控制系统的分布式集中控制,根据通讯数据量的大小,EM277模块配置为16字入/16字出模式。3.3 等离子点火控制主控站PLC选用S7-300 CPU315-2 DP可编程控制器来完成整个控制系统网络的组建,实现电厂锅炉等离子点火的逻辑控制。具体方案如下:采用Profibus-DP现场工业总线通讯协议,选用Siemens公司的S7-300 CPU315-2DP 作为系统的主控站,通过CPU上的DP通讯口与S7-200 EM277通讯模块连接,完成控制系统的Profibus现场工业总线通讯网络的组建,S7-300 PLC 的CPU作为网络的主站Msater Station,S7-200 PLC的CPU作为网络的从站,从而实现主控站对各个角等离子发生器的控制;采用MPI多点对等通讯协议,通过CPU上的MPI通讯口与支持MPI通讯协议的触摸屏上的RS485通讯口连接,完成控制系统上位机触摸屏与下位机S7-300 PLC的通讯,选用SIEMENS公司的TP27或Proface 公司的GP2500系列触摸屏,可直接通过串口与S7-300通讯,通过适配器实现S7-300 MPI口RS485/RS232方式的转换,可与其它公司的触摸屏(如Eview)通讯;利用CPU315-2DP处理模拟量功能较强、精度较高的特点,通过扩展模拟量AI/AO模块,完成等离子点火燃烧器壁温测点的监控、一次风在线监测系统的监控、一次风门二次风门的调节控制;通过S7-300 CPU315-2DP的数字量I/O模块,实现对辅助系统冷却风机、冷却水泵、载体空压机等的集中控制。


等离子点火控制系统硬件配置图(插图1)4控制程序结构与流程按等离子发生器工作的特点和要求编制的控制程序保证了发生器启弧过程可顺利地进行,并对发生器启弧过程各装置提供了有效的监控和保护。根据系统要求启动等离子发生器要分遥控/本控两种方式。在本控操作时,通过电源柜可以对直流电流和阴极位置随时进行必要的调整,以适应不同煤种和工况条件下的点火参数需求。自动控制等离子发生器启弧流程如插图2所示。



等离子发生器启弧流程图(插图2)等离子点火是整个锅炉点火启动的一个重要的阶段,因此等离子点火的控制逻辑要结合整个锅炉的点火启动控制,特别是锅炉燃料的控制和锅炉炉膛安全监控系统(FSSS)的控制。以中储式给粉系统为例,等离子点火启动锅炉的控制流程如插图3所示。



等离子点火启动控制流程图(插图3)主控站S7-300 CPU任务较多,通过合理设计程序结构能大大减少程序的扫描时间,提高CPU的工作效率。主循环程序OB1结构简单清晰,因为四个角的等离子发生器的逻辑控制完全一样,可用循环程序来调用同一个子程序(FC功能块)的办法来完成重复的四个角的等离子发生器启弧的逻辑控制,其他辅助系统的控制分别由四个功能块来完成,在OB1内调用这些功能块。主控站S7-300 CPU与从站S7-200 CPU交换数据需要调用系统功能块SFC14、SFC15,主控站CPU与4个从站交换的数据分别放在4个DB数据块中,在调用各功能块之前打开各自的数据块,完成参数的传递。5等离子点火控制系统与电厂分散控制系统(DCS)的接口分散控制系统DCS在的火电厂的应用已经很普及,作为锅炉点火的重要部分的等离子点火系统的控制要结合到DCS系统的控制中,由DCS操作员站来完成对等离子点火的监控。等离子点火控制系统可以采用硬接线方式或通信方式方便的接入电厂的DCS系统。5.1等离子点火控制系统的控制信号通过硬接线的方式接入DCS系统等离子点火控制系统的控制信号通过硬接线的方式接入DCS系统,实现电厂DCS对等离子点火的监控,可以采用如下两种方式。一种方式是,等离子点火控制系统设主控站,通过主控站的PLC的I/O扩展模块,采用标准的4~20ma和无源节点信号接入到电厂DCS的I/O模块上,从而完成DCS系统对等离子点火控制系统信号的采集与控制,实现DCS对等离子点火的监控。很多电厂的等离子点火改造都采用这种方式,例如:军粮城4X200MW机组的等离子点火系统的改造。另一种方式是,等离子点火控制系统不设主控站,通过电源柜的S7-200 PLC的I/O扩展模块,采用标准的4~20ma和无源节点信号直接接到电厂DCS的I/O模块上,从而完成DCS系统对等离子点火控制系统信号的采集与控制。因为没有主控PLC,等离子点火的控制逻辑要由DCS来完成,实现DCS对等离子点火的控制。DCS的软件工作量相对比较大。这种方式工程已有应用,例如:镇江电厂等离子点火系统改造。采用这种硬接线的方式将等离子控制系统的控制信号接入DCS系统,适用于所有的电厂的等离子点火的改造,实施起来简单易行。但是,这种方式存在着很多缺点,因为信号都采用硬接线的方式接入DCS,不论是等离子点火控制系统和DCS系统都需要增加很多I/O模块,相应得需要增加大量的接线端子和电缆,大大地增加了硬件成本,增加了等离子改造的初投资。而且,采用传统的硬接线的方式将信号接入系统进行控制,信号的精度和速度都较差,容易受到外界<< p="">

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