输煤程控系统的自动配煤功能分析与方案设计发表时间:2008-4-7 作者：王建国1，吴建兵2，吕震中1，民学星1摘要：为了提高输煤系统的自动化运行水平，有必要进一步研究输煤程控设计方案。
文章介绍了输煤程控系统的现状，分析了自动配煤功能难以实现的原因，阐述了改进的自动配煤设计方案，以某2×330MW 燃煤火力发电厂输煤程控系统的运行结果表明，该设计方案的合理性和有效性。
文中还提出引言输煤系统为锅炉制粉系统提供燃煤，对机组的安全运行有很大的影响。
目前，分散控制系统(DCS)和可编程逻辑控制器(PLC)日趋成熟并得到了广泛地应用，许多电厂的输煤程控系统都采用了DCS或PLC，实现了设备的远方监控、联锁启停以及设备故障时的自动跳闸等功能。
但是，绝大多数电厂的输煤系统仍然不能实现全部工艺流程的程序控制，本文将对输煤程控系统的自动配煤设计进行分析并给出改进的设计方案。
一、输煤系统工艺流程输煤系统一般由储煤、上煤、取煤、掺煤、配煤等工艺流程组成:①储煤流程。
厂外来煤通过输煤系统的输煤皮带输送到煤场。
②上煤流程。
厂外来煤通过输煤皮带直接输送到锅炉制粉系统的原煤仓。
③取煤流程。
将贮藏在煤场的燃煤通过输煤皮带输送到锅炉制粉系统原煤仓。
④掺煤流程。
将厂外来煤和煤场的储备燃煤掺配在一起，输送到锅炉制粉系统的原煤仓。
这样就实现了各种不同煤种的混合掺轧从而适应锅炉的燃烧要求。
⑤配煤流程。
通过犁煤器或卸料器等将输煤皮带上的燃煤卸载下来，分配到锅炉不同的煤仓。
从功能上看，上煤、取煤、掺煤流程都是将原煤输送到锅炉原煤仓，只是源头不同而已。
储煤和配煤流程的作用相对独立，储煤流程就是将外来的煤暂时运送到煤场贮存起来，配煤流程则通过犁煤器的抬落及时合理地将输煤皮带上的原煤分配到各个不同的煤也保证可靠连续地供给锅炉。
二、输煤程控系统的现状输煤程控系统的现状输煤系统有3种控制方式:程序控制、远方软手操作和就地手动操作。
目前，上煤、取煤、掺煤和储煤流程基本能够实现上述3种控制方式。
程控时系统按照逆煤流方向逐级自动启动设备，顺煤流方向逐级停运设备;当设备发生故障时，该设备立即跳闸，并按逆煤流方向逐级联锁跳停其他相关设备，故障点以后的设备仍然维持原来的运行状态。
但是，大部分电厂的配煤流程只能实现后两种控制方式，即远方软手操和就地手动操作，手动配煤需要运行人员在就地不停地监视各个煤仓的煤位情况，通知集控室操作人员控制犁煤器的抬落。
由于输煤现场环境恶劣，手动配煤的安全可靠性低，很容易导致因人为原因而出现堵煤现象，进而引起皮带跳闸、系统停运。
若长时间不能恢复，便可能使机组因燃料不足而降低负荷甚至被迫停运[2]。
所以配煤流程实现程序自动控制有着极其重要的意义。
自动配煤功能没有实现的主要原因是煤仓煤位检测信号不可靠。
煤仓煤位信号是优先配煤和终止配煤的依据，所以煤仓煤位的准确测量是程序自动配煤的关键。
然而，煤位的测量长期以来一直是个难题，它不像液体那样可以通过测量其静压或差压来确定其液位高低。
因为该类容器内一般都存在粉尘污染问题，给料位的检测带来很大的困难。
因此，早期采用的各种接触式料位测量装置最终都以失败而告终。
近几年随着检测技术和计算机技术的发展，新的料位检测装置很多，己经可以有效地解决煤仓煤位的检测问题，使得自动配煤功能的实现成为可能。
自动配煤功能比较复杂，它分顺序配煤、低煤位优先配煤(简称优先配煤)、余煤配煤(简称余煤配)3种方式。
顺序配煤就是从一组煤仓中的第一个煤仓开始按顺序对煤仓逐一进行配煤;优先配煤就是优先给低煤位成的煤仓分配一定数量的煤，然后再返回到顺序配绥式;余煤配就是当所有正常运行的煤仓全部配好后:控制系统发出相应的输煤设备停止指令，让上煤、取煤或掺煤流程正常停止，并将残留在各级输煤皮带上的余煤按顺序平均分配到各个煤仓中，直到余煤分配完毕。
3种方式之间相互贯穿，随时切换。
在顺序配煤期间，系统不仅要有效地控制各仓口犁煤器的抬落，还要实时检测判断各煤仓煤位的高低及煤位检测装置不可靠的影响，同时对出现低煤位的煤仓按时间先后顺序进行排队，以便及时对低煤位煤仓逐一进行优先配煤，优先配煤结束后要保证系统能及时、准确地返回原节点继续进行顺序配煤，这些都是配煤控制方案中的难点。
三、自动配煤功能设计方案以某2×330MW的燃煤发电机组输煤控制系统为例，简单介绍其自动配煤功能的实施方案。
该工程每台机组有5只原煤仓，2台机组共10只原煤仓，输煤系统分为甲、乙两路。
DCS采用上海新华控制工程有限公司的XDPS-400系统。
3.1 煤仓料位计的选型与配置在原煤仓料位计的配置上，设计了两类料位计，一类是模拟量式的连续测量装置，采用的是超声波料位计和雷达波料位计，主要用于料位显示。
该类料位计是基于波的反射原理进行工作的，因不直接与被测物质接触，抗污染和干扰性能好，现场实际使用状况比较好。
另一类是开关型料位测量装置，采用的是射频导钠式料位开关，主要用于优先配煤控制。
料位开关又分低料位开关和高料位开关。
低料位开关因为是安装于原煤仓的喉部，喉部较细所以配置一只开关就够了;而高料位开关安装在接近仓口部位，因煤仓口径较大，煤仓四周的料位高低差又很大，所以配置了两只开关，分别安装在同截面圆周相隔180°的两个点上。
3.2 自动配煤控制方案3.2.1 步序控制器(STEP ID=60)算法说明该模块为设备控制算法提供了组级顺控和子组级顺控逻辑的实现方法。
步序逻辑算法可接受上级顺控逻辑或运行人员的启动指令，并将相应设备置为顺控方式。
步序的执行既是条件触发的，同时又是时基的。
若当前步操作成功即反馈信号到达或达到设定时间且无故障信号时，程序自动进行下一步。
顺控逻辑启动后，运行人员可以在任意时刻人工中止程序，或选择跳步、置步。
跳步和置步操作在满足设备安全条件下才被执行。
每个步序逻辑算法实现不超过8步的设备自动步序逻辑操作，通过级联多个步序逻辑模块，可实现更复杂的顺序控制逻辑。
级联时前一个STEP输出END必须与后一个STEP的START连接，除了各步指令由相应STEP输出外，其他所有输出都由第一个STEP输出;同样，各步的反馈、设定时间及限定时间则由相应STEP输人或设置，其他输入由第一个STEP输入。
3.2.2 控制逻辑说明步序控制模块是自动配煤功能的核心模块。
它不仅可以实现顺序配煤，利用其置步控制方式可实现优先配煤功能，而且利用定时器(TIMER ID=56，也称延时模块)的延迟功能及其他条件，还能够同时实现余煤配功能。
由于每个步序模块只能完成8个步序控制，故10个煤仓需要采用两个步序模块用级串方式连接起来，实现自动配煤控制。
自动配煤控制原理框图如图1所示。
当配煤流程选择自动方式，并且末级皮带已经启动时便置位RS触发器，使其输出自动配煤开始信号至步序控制器的启动输入引脚(Start)，从而触发系统开始自动配煤，即串联的步序控制模块按顺序从第一个煤仓到最后一个煤仓逐一进行燃煤加载，凡是被设置为检修或被设置为尾仓后面的煤仓则禁止进煤，程序将自动跳过这些煤仓，其他煤仓正常配煤，直到出现高料位信号或到达步序设定时间(1200s)后，转到下一个煤仓进行配煤。
当一个周期执行完毕后，第二个步序控制器的步序输出端(End)输出由"0"变为"1"，而该输出同时连接到RS触发器的复位端(R)和两个步序控制器的复位端(Rst)，使步序控制器和RS触发器同时被复位，故RS触发器和第二个步序控制器输出端便由"1"变为"0"。
此后，因RS触发器触发端仍然为"1"，所以RS触发器再一次发出一个上升沿触发信号(即自动配煤开始信号)，从而触发系统进行下一个周期的自动配煤。
如此反复，不停的按照先后顺序对各个煤仓进行燃煤加载，直至所有正常运行的煤仓全部加满后，自动转人余煤配方式。
同时，请求停止相应的上煤、取煤或掺煤流程，将输煤皮带上残余的煤平均分配到各个煤仓中。
余煤配方式下程序按照顺序配煤方式对每个煤仓加载60s，直至输煤皮带上所有煤全部配完为止。
考虑到配煤开始或顺序配煤期间，可能有多个煤仓出现煤位低信号(MCld~MClO d)，本方案采用开关首出序号指示模块(FIRST ID=63)，将这些信号按其时间先后顺序进行排队，然后发出最先出现低煤位的煤仓序号(端口Y)和优先配煤请求信号(端口D)。
此时，一方面，将这两个信号同时送至无扰切换模块(SFT ID=32)。
无扰切换模块接受到优先配煤请求信号后，立即将输出由增强型模拟软手操器(ES/MAID=77)传输过来的顺序配煤煤仓序号切换为需要优先配煤的煤仓序号，并将该序号作为步序号传给步序控制模块的置步输入端(Tmode)，如果是1至8号仓，则对前一个步序控制器置步;若为9或10号仓则将序号减8后对后一个步序控制器置步；另一方面，优先配煤请求信号经过0.5s，延迟后作为步序控制模块的置步允许(Track)信号，触发步序控制模块执行置步控制，从而实现优先配煤功能。
此外，为保证优先配煤结束后，程控系统能及时、准确地返回原节点继续进行顺序配煤，优先配煤请求信号还被立即送给增强模拟软手操器，激发其跟踪记忆功能，将当前执行的步序储存在增强型模拟软手操器的输出端Y 中。
在优先配煤方式下，低煤位信号消失后需持续对该煤仓进行燃煤加载一定时间(初步设定为lomin)后，再转入下一个煤仓，或切换到顺序配煤方式，以防煤位低信号反复出现，配煤方式频繁切换。
四、结束语本文介绍了某2×330MW燃煤火力发电厂输煤程控系统的设计方案。
该系统不仅实现了储煤、上煤、取煤、掺煤、配煤各流程的自动控制，而且能够对各种运行的设备状态数据进行实时采集、动画监控、实时报警以及对历史数据的维护和管理等。
运行结果表明系统设计合理，功能完善，可靠性高，圆满完成了预定的技术指标。
但是，运行过程中，也发现这些需要完善的地方，因此建议如下:(1)建议在配煤监控画面上增加儿个配煤时间设置窗口，包括煤仓低料位信号消失后煤仓持续配煤时间、余煤配各个煤仓每次的配煤时间等，便于运行操作人员根据实际运行状况进行实时修改，更好地适应生产需要。
目前，这些时间参数都是由系统维护工程师在控制软件中进行设置的。
(2)建议能够选购或由传感器生产厂家设计出更为可靠的煤流检测装置，对末级输煤皮带上的煤流进行实时可靠的检测，保证双余的煤一旦全部加载到煤仓后，配煤流程立即结束。
而目前是利用时间来控制的，即进入余煤配600s以后，配煤流程才能结束，往往出现皮带空走，或时间不足少量原煤残留在皮带上的现象。
(3)建议取消料位开一检测装置，全部采用模拟量式的料位检测装置进行测量控制。
