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摘要：本文分析了应用现场总线控制技术控制输煤系统的可行性。在控制方面设计了一套基于PROFIBUS标准的现场总线控制技术的输煤程控系统，论文内容描述了每一个具体的控制对象和控制要求，提供了控制设备的选型、功能特点的描述、系统的安装和调试、人机界面软件的使用，对最终设计好的人机交互画面加以描述。整套输煤程控系统最终投入运行并能够产生良好的效果。
关键词：输煤系统；输煤程控；现场总线
1、概述
在现今火力发电机组容量的不断增大，以往的输煤系统设计采用的继电器控制方式已经不能够满足生产发展需要。很多老厂尤其是经济欠发达地区的电厂为了在建设初期降低设备造价，把输煤系统的标准降低到能够满足基本发电需求即可，忽略了输煤系统的不稳定影响到整个电厂的发电量和主机稳定运行的因素。在此需要设计出一套更为先进的新型控制方式能够更有利于提高火力发电厂输煤系统的经济性运行。
现场总线控制技术的出现对于很多老厂输煤系统的改造是很适用的，也为未来更先进的数字化电厂提供参考理念。其在输煤系统中可以为电厂管理层提供实时可靠的运行参数，了解机组运行的燃料消耗量。
2、输煤程控设计方案
火力发电厂的输煤系统主要由卸煤、堆取煤、运煤、配煤四个工艺流程组成。电煤的来源一般都是汽车运输至卸煤沟，通过给煤机将煤送到输煤皮带上，再经过输煤皮带、碎煤机、电动三通挡板将电煤运送到煤仓间，配煤系统通过犁煤器将输煤皮带上的煤均匀的配供到每一个原煤仓中。
本输煤程控系统采用和利时公司MACS-SM系列DCS系统中的PROFIBUS-DP/PA现场总线解决方案以替代老厂的继电器控制。PROFIBUS-DP作为一种高速低成本通讯系统适合小型火力发电厂的改造，而PROFIBUS-PA专为过程自动化设计，可使变送器与执行器连接在一根总线上，并提供安全的总线供电特性[1]。
本输煤程控系统设置一台带冗余配置的DCS总线主控制器机柜和两台现场总线远程IO柜，电气PC柜从不同段给每台机柜提供两路可自动切换的电源供DCS总线主控制器机柜和现场总线远程IO柜使用，DCS总线主控制器机柜尺寸为2200X1000X600mm（高X宽X深），机柜布置在输煤控制室，一台现场总线远程IO柜布置在煤仓间，另一台现场总线远程IO柜布置在细碎机室，机柜的电缆出线采用后出线方式。
DCS总线主控制器机柜布置有双电源模块、冗余的控制器模块、IO-BUS模块、冗余的DP Y-LINK网桥通讯模块、有源终端电阻、连接底座、IO机笼、主控机笼。现场总线远程IO柜内安装有DP中继器作为连接两台机柜通讯并扩展网段长度之用，每段总线需安装有源终端电阻，布置在煤仓间的现场总线远程IO柜还安装有冗余DP Y-LINK网桥通讯模块，用于煤仓间执行机构和就地仪表的总线接入，现场总线远程IO柜和主控制器机柜连接距离若超过400米则需要使用光缆传输信号，机柜内需加装光纤收发器。单个DP网段挂载的DP从站设备不超过31个，单控制站的从站设备数量还受其DP主卡数据缓冲区限制，所有从站设备的IO数据之和要小于3.5Kbytes。PROFIBUS网络支持RS485的电缆和光纤两种通讯介质，这里我们选用电缆通讯，标准的PROFIBUS-DP电缆通常都是A类电缆，属于带屏蔽层的双绞电缆，电缆芯分为一根绿色的和一根红色的数据线，在电缆芯的外部包裹着编织网和铝箔作为两层屏蔽，最外面一层是紫色的外皮。PROFIBUS插头的作用是连接PROFIBUS电缆和PROFIBUS的站点，在每个PROFIBUS插头上都有一个进线孔（In）、一个出线孔（Out），这两个孔分别连接前一个站和后一个站。当各个站点通过PROFIBUS插头连接到网络上时，根据RS485串口通讯的规范，每个物理网段可支持32个物理设备。而当一个物理网段的硬件设备超过32个时，或者波特率对应的网络通讯距离已经超出规定范围时，就应该使用RS485中继器来进行网络的拓展连接。
以上内容为总线控制的基本构成，以下为需要就地控制的仪控设备则包括：
六台电机振动给煤机设置有2面就地控制柜，每一面柜子控制三台振动给煤机，每台振动给煤机需要远控的信号有电机的启、停指令，变频调速和电流反馈信号，挡板门的开、关指令和开、关到位反馈，振打器的运行指令；
八套带式输送机设置有8面就地控制柜，每面柜子控制1、2、3、4号的甲或乙其中一条输煤皮带，输煤皮带隔一段距离安装有拉绳开关和跑偏开关，每条皮带需要远控的信号有程控合闸、跳闸指令，皮带的运行、故障状态，皮带的撕裂、跑偏、打滑信号，本系统1号输煤皮带在进行远程逻辑启动或就地启动时需要判断相应皮带的筛分破碎一体机是否处于合闸状态，如处于合闸状态才能启动输煤皮带；
两台筛分破碎一体机设置有2面就地控制柜，甲乙各对应1面，每台筛分破碎一体机需要远控的信号有启、停指令，运行、故障状态，辅助电机运行、故障状态，主、备用布料电机运行状态，温度和转速报警信号；
两台细筛机设置有1面就地控制柜可同时控制甲乙两台细筛机，每台细筛机需要远控的信号有启动、停止指令，运行、停止、故障反馈以及远方就地切换状态；
两台循环链码校验装置和电子皮带秤设置有1面就地控制箱可同时控制甲乙两套原煤取样装置及电子皮带秤，需要远控的信号有上升、下降指令，上升到位、下降到位和链码故障信号，电子皮带秤输出瞬时流量和累积量信号；
四台盘式除铁器设置有2面就地控制柜，分布在1号和3号输煤皮带，每台柜子分别控制甲乙两台盘式除铁器，盘式除铁器所需的远控信号有启停指令，励磁、吸铁位、弃铁位、故障、行车移动报警信号；
四台喷雾抑尘装置设置有4面就地控制柜，每台柜子控制一台喷雾抑尘装置，需要远控的信号有装置的启、停指令，运行、停止、故障状态；
六台布袋除尘器设置有3面就地控制柜，同一区域的两台除尘器由一个就地控制柜控制，需要远控的信号有装置的启、停指令，运行、停止、故障状态；
十二台犁式卸料器和两台电动三通挡板选用太和横器的电动执行机构，能够实现远方的开、关控制并送出开到位、关到位、故障等反馈信号；
两台锅炉共设置8个煤仓料位计，选用智能型连续料位计，可连接PROFIBUS-DP/PA现场总线并输出4~20mA模拟量信号[2]。
采用现场总线控制技术时就地已将每个仪控设备输入输出的模拟量、开关量信号转换为数字信号由远方DCS收发，所以这里不再需要统计具体的IO点数量。
3、系统结构和原理
本套输煤系统各个设备自带就地控制柜的各类机械设备连接到上级PROFIBUS-DP总线系统，就地控制柜连接到总线也按照冗余配置。对于输煤系统智能电动执行机构及检测仪表，如电动三通挡板、犁式卸料器、料位计可以通过DP Y-LINK连接到下一级总线系统，DP Y连接器采用冗余配置，保证下一级总线系统的可靠性。整个输煤系统的长度大约是750米，输煤控制室位于2号输煤栈桥和3号输煤栈桥之间，所以现场总线电缆从控制室到煤场和煤仓间的末端设备的距离基本相等，两端距离按照最长400米设计即可，一般要求数据传送速率不低于500Kbps级别，为保证数据传输速度和数据传输安全的可靠性，需要在上级PROFIBUS-DP双冗余总线系统中配置6套DP中继器来扩展现场总线的传输速率和距离。每条现场总线物理网段终端安装和利时公司的K-DPT01有源终端电阻模块，共需要6块，利用终端电阻消除信号不匹配，抑制总线末端的信号反射，克服干扰提高总线的通讯质量。总线网络配置如图3-5所示。
输煤系统现场设备的运行、停止、故障、远控等状态经过各个设备的就地控制柜接收，就地控制柜自带可编程控制器，其本身可以独立的控制着相应设备的启停并通过触摸液晶画面和指示灯显示设备当前运行状态，而需要远方控制时，就地控制柜将信号经过处理后通过现场总线输出到总线DCS，总线DCS机柜将获取到的现场设备的数据通过通讯和操作员站进行数据交换，在上位机的画面里可以看到现场各个设备的运行情况，操作人员可以根据需要控制现场设备的运行。如遇到突发情况可自动执行声光报警并在记录报警事件状态[3-4]。
图3-5 输煤系统现场总线网络配置图
4、结束语
本文着重介绍了输煤程控系统现场总线的具体设计思路和方案，选用PROFIBUS现场总线技术搭建一套完整的输煤程控现场总线物理结构，根据具体的控制设备选型、智能执行机构的选型、网络系统的搭建，构建出一套完整的输煤程控系统。
参考文献：
[1]梁涛．Profibus现场总线控制系统的设计与开发[M]．北京：国防工业出版社，2013
[2]王锋，陆建莺等．基于现场总线技术的火电厂输煤系统控制设计[J]．哈尔滨：电站系统工程，2010，316（4）：42-45
[3]徐湘元．过程控制技术及其应用[M]．北京：清华大学出版社，2015
[4]梁庚．工业测控系统实时以太网现场总线技术[M]．北京：中国电力出版社，2013
论文作者:唐滨
论文发表刊物:《基层建设》2018年第24期
论文发表时间:2018/9/18
标签：系统论文; 总线论文; 现场总线论文; 信号论文; 机柜论文; 皮带论文; 设备论文; 《基层建设》2018年第24期论文;