摘要：国家十二五规划以来，我国围绕大型能源基地累计建成了“八交十直”特高压输电工程，以此应对东部沿海地区电力供应紧、华北地区雾霾日趋加重的局势，超高压输电线路电源点建设规划大容量、高参数、低排放煤电机组，实现了烟尘、二氧化硫、氮氧化合物的超低排放，部分机组能够达到“近零排放”。这些成果在促进我国能源优化配置、大气污染防治等方面发挥了积极推动作用。与此同时对燃煤机组配套输煤系统自动化水平提出了更高的要求，机组DCS系统主辅机一体化控制，提高了控制系统的可靠性，减少了备品备件种类和控制系统维护工作量，大大节约了维护成本。本文以神华国华九江电厂输煤DCS系统为例，介绍DCS系统在1000MW火电机组输煤系统中的应用。
关键词 DCS；输煤；发电厂
前言
现在越来越多的新建电厂都采用主辅控制系统一体化建设，更多的老厂也提出了辅网系统的改造方案，辅网中的输煤系统与主机实现一体化控制无论是在生产实际需求方面，还是在技术支持方面都得到了电厂燃料管理人员的青睐。输煤系统在大型火力发电厂的重要程度越来越高，同时对其可靠性也提出了新的要求。保证火力发电厂输煤系统安全高效运行是其最基本要求。DCS控制方式在输煤系统的成功应用不但可以提高运行效率，同时还大大减少了维修成本投入。
一、项目概述
项目三大主机生产厂家汽轮机、发电机为哈尔滨电机厂生产，锅炉采用东方厂锅炉，输煤系统包括#1~~#10共计10组皮带，另外输煤系统码头还包含2个进口泊位及1个出口泊位、4个输煤转运站、2个圆形煤场、1个碎煤机室、1个煤仓间。全厂DCS一体化系统采用杭州和利时自动化公司生产的MACS6系列。
二、DCS系统概述
DCS为集散控制系统，是相对于集中式控制系统而言的一种新型计算机控制系统，近年来被广泛的应用到能源、化工、军工、轨道交通等行业中。本系统所采用的是和利时开发MACS-K系列，具有功能更强大、结构更清晰的一套分布式控制系统。具有单一故障判断、各模块冗余配置、系统自诊断功能、支持远程I/O机柜、总线结构形式可选择等特点。
三、输煤系统DCS配置
该厂输煤系统在全厂系统网络结构中分配在3号域中，该域包括化水、除灰、精处理、输煤。在#2转运站配置输煤电子间。其中包括8个控制器站，电子间内电源、网络、控制器均采用冗余配置。输煤系统DCS网络采用PTOP网络机构，交换机采用了思科2960系列10/100/1000M自适应交换机。设置一个单独的操作员控制室，操作员控制室配置3台操作员站，1台工程师站，1台历史站以及监视大屏1块。输煤系统包含了输送皮带的6种主要系统保护装置、煤质采样装置、入厂煤称重装置、水冲洗、干雾抑尘装置等配套自动化设备。
3.1硬件配置
输煤控制系统硬件配置中,包括8个现场控制站#26、#27、#28、#29、#30、#31、#32、#33，内含K-AI01、K-AO01等各类型功能卡221块。系统同时配置1个配电柜来满足控制站的供电需求、1个网络柜来实现系统内外网络通信。所有I/O柜内系统地、工作地、保护地内部做好独立处理后将每种类型的接地并排的机柜串联起来，最后首尾接至接地汇流铜排，汇流铜排分别引一根总接地线连接到电气接地点。DCS系统电源柜配置2路220VAC电源，通过柜内的配电和切换装置实现电源的切换功能，通过各控制站内电源模块来实现5V/24V/48V电源转换。
3.2逻辑实现
1、单体设备停机保护
该厂设计的输煤皮带的保护装置中涉及6种单体保护，分别是：皮带急停拉绳保护、皮带打滑保护、皮带轻重跑偏保护、皮带高置停运保护、皮带纵向撕裂保护、皮带电机制动器抱紧保护。碎煤机及其给煤机都单独设置有电机温度高报警及振动大停机保护。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆在单体设备控制及保护中大多使用HOLLiAS MACS6.5库管理器中的HSSCS6顺控模块，该模块能够实现单体设备 执行、逻辑功能、 监视功能等。模块中L7管脚为自动停止/关命令，在单体设备中保护停机命令连接该管脚。
2、皮带联锁
皮带启动采用逆煤流的方式启动，停止按照顺煤流方式停止。皮带逆煤流启动，皮带之间设置联锁按钮，煤流方向皮带停机后同时跳闸煤来方向运行皮带；每台皮带机机头料斗料位高堵煤信号触发联跳来煤方向皮带机；系统部分故障停机时，从故障点上游设备同时停机，不影响下游设备正常运行。另外，逻辑能够实现解除联锁和就地操作，但是该功能一般在系统非正常状态下使用。
3、输煤路径及配煤程控
设计圆形煤场到煤仓间A、B路输煤方式，同时配备码头紧急上煤方案。工程设计输煤系统一键启动程控，煤仓间犁煤器程控配煤和手动配煤可供运行人员根据实际需要来选择。程控配煤可以实现按照煤仓间低煤位煤斗优先配煤。
4、项目调试期间逻辑优化
系统中涉及到一些设备的调试，根据现场设备性能与要求进行相应的调试，例如输煤系统警铃无论是皮带单体启动，还是程控启动，都需要提前响铃20S，以警示现场还没有撤离设备的工作人员需要马上撤离。根据皮带打滑装置启动和皮带电机运行规律来调节打滑保护装置投入时间。在设备联锁停条件中一定要将各条件一一区分开，防止运行人员错误判断，增加设备停运时间及检修工作量。在组态逻辑中最好使用原始点，不要使用中间点，防止中间点属性改变给设备运行带来的不确定性。
3.3软件组态
软件是由杭州和利时自动化公司自行研发的HOLLiAS MACS6.5.3版本。软件组态包括控制站I/O组态、控制逻辑组态、图形组态、报表组态。控制站I/O组态与物理上的现场控制站在逻辑上是一一对应关系，同时要根据系统需要的生产流程的控制方案来进行控制逻辑组态，组态完成并下装到控制器内使其运行。为了实现运行人员的在线监控与操作远程设备还需要进行工艺画面组态。在软件组态完成后，调试期间根据使用需求进行相应的修改。
四、DCS与PLC在电厂辅网应用中的对比
作为电厂控制系统的核心技术DCS与PLC在已建电厂中得到了较为广泛的应用，过去大量电厂尝试主网应用DCS系统，辅网采用PLC系统，随着控制系统技术的不断发展，两者技术水平和建设费用基本持平的现状，现如今很多新建项目采用了DCS主辅网一体化设计。PLC在技术成熟度和工程经验上显得略胜一筹，但是在工程实践中PLC与DCS中通信需要兼容，实现他们的兼容需要第三方来进行协议转换，实现PLC与DCS融合常用基于以太网的通用通信协议OPC来解决，但是由于本项目辅网系统设计I/O点共计约23000余点，数据量之大容易引起OPC服务器在运行过程中阻塞而最终崩溃。另外，如果使用不同的控制系统，同时会增加数据库，不同数据库数据调用增加了服务器的工作量，同时也存在数据安全风险，由于多个系统要实现指令同时，这就要求对不同系统进行对时，在增加建设成本的同时也降低了系统的可靠性能。综上所诉，输煤系统同时采用同一厂家DCS来实现控制系统一体化对主辅设备安全稳定运行，减少投资成本，降低运维人员工作量有着重要的意义。
结束语
本文通过介绍1000MW机组输煤系统DCS一体化建设相关情况，分析了目前火电厂输煤系统控制方式，以及DCS系统在火电厂输煤系统成功应用的案例。DCS在输煤系统中的应用在后期调试和生产中显现出组态灵活、应用方便、人机界面友好、运行安全可靠、故障率低等特点。现如今发电厂自动化和信息化水平不断提升，许多前沿控制技术被合理的应用到新建或改造电厂项目中，技术在应用中得到了不断的提升与发展，相信智慧电厂将在未来几年会得到范围更大的推广和应用。
参考文献
[1] HOLLiAS MACS-K 简明选型手册[Z]. 杭州和利时自动化公司,2014.5
[2] 王鹏等. DCS在电厂输煤系统改造中的应用[J].自动化应用, 2017.8
[3] 孙 月等. 1000MW机组自主化DCS系统的研发与应用总结报告[R]，广东: 广东国华粤电台山发电有限公司，2012.5.
论文作者:吉永前
论文发表刊物:《电力设备》2018年第14期
论文发表时间:2018/9/12
标签：系统论文; 组态论文; 皮带论文; 电厂论文; 控制系统论文; 设备论文; 机组论文; 《电力设备》2018年第14期论文;