利用DCS系統實現電廠入爐煤離散化計量的應用分析

【摘 ?要】火電企業的煤炭采購成本能夠占企業的總變動成本的80%以上，煤價我們無法控制，所以此時火電企業煤耗的高低會對其經營管理以及生產管理影響重大，是企業經濟效益中最為關鍵的部分。分爐計量就是精確計算每臺鍋爐的燃煤量，從而判斷每臺鍋爐運行的經濟性，便于及時做出調整，從而為全廠的經濟運行調度、節能降耗做好基礎工作

【關鍵詞】電廠;入爐煤;分爐計量

一、背景：

某電廠采用中儲式制粉系統，入爐煤經#7皮帶秤計量，由#8皮帶轉運至#9皮帶后，通過梨煤器分配至四臺鍋爐#1-#16原煤倉。在燃料控制系統由PLC升級為國電智深EDPF-NT+系統時，同步升級分爐計量系統，由于DCS與PLC邏輯編寫存在結構性的差異，在DCS系統上無法采用PLC梯形圖格式編寫控制邏輯，因此需要設計一種適合智深EDPF-NT+ 系統的新型邏輯結構來實現分爐計量。

二、現場存在問題

輸煤系統相對空間密閉、設備復雜，大動力設備較多。設備啟停時電流及電壓會發生大的變化，而電荷的劇烈移動就會造成非常強的信號干擾。極有可能造成其他設備狀態突變的假信號，就電廠而言皮帶機運行信號、梨煤器狀態信號就經常誤發。這些狀態信號都是有 220V 繼電器的節點提供，這都會受到干擾，皮帶秤所計算出的瞬時煤量、累積量、皮帶速度等信號這些模擬量信號的干擾就更不用說了數據嚴重失真。查看歷史數據就會發現分爐計量數據正常時只有 30%，總而言之模擬量無法準確傳至上位機。

入爐煤計量一般都是現場稱重設備發出 AI信號傳送至 PLC系統，經過PLC邏輯運算后得出入爐煤一段時間內的累計量。如過最終傳輸的是脈沖信號，那就是將就地儀表的模擬量信號經過邏輯轉換得出，此時的瞬時量講過兩次轉換，精度較低。該電廠也是采用此類設計模式，實際運行發現存在以下問題：

1、入爐煤瞬時量信號為 4～20mA 信號受干擾比較嚴重，再經過儀表輸出、電纜、AI 輸入模塊、PLC的邏輯運算等環節，系統誤差已經超出允許范圍;

2、單純入爐煤累計量數值經過儀表內部計算后又由模擬量改為數字量遠傳、PLC模塊、邏輯轉換等環節同樣帶來較大的系統誤差;

3、通過軟件計算來提高分爐計量的精度導致PLC 邏輯異常復雜，配置煩瑣，一個模塊出現問題就會導致分爐計量系統的癱瘓，數據異常。并且查找原因，過于困難。

4、原PLC分倉計量時只能提前設置好給幾號倉上煤，一旦因為某種原因中途停止時，再次啟動時會將計數清零，此時已經在皮帶上的燃煤無法統計，造成數據失準。

三.工作原理及實際分析

1、分爐計量原理：通過現有條件實現分爐計量，應用皮帶秤噸脈沖信號和一定數量的RS觸發器累計EDPF-NT+控制周期時間模擬煤流經過皮帶秤到犁煤器的時間的方法，將噸脈沖高電平記錄到該倉，實現分倉計量，然后累加分倉計量數據得出分爐數據。

2、分倉計量以及分爐計量的實現

將DCS控制周期設定為200ms，把RS觸發器和與門組合成組，按照控制周期順序觸發各個觸發器，用以實現噸脈沖的模擬運行，DCS系統采集皮帶秤噸脈沖信號，輸煤皮帶和梨煤器運行狀態，通過各種判斷，將噸脈沖信號傳遞至各個原煤倉，然后進行累加得出入爐煤量，這樣就可以將煤流模擬到DCS邏輯中，實現分爐計量。如圖

模塊化的新型邏輯結構在DCS邏輯中可無限搭接，搭接數量根據皮帶長度、皮帶運行速度，DCS系統設定的邏輯頁運行周期等基礎數據計算獲得，通過模塊的搭接可模擬實現離散化煤流的輸送過程。

四.優化計算方法

1、該邏輯結構具有煤流記憶功能，實現了輸煤皮帶故障停運情況下煤量的保持。在正常上煤過程中，突發輸煤皮帶故障停運，煤流噸脈沖信號就記憶在對應的模塊內，當皮帶恢復運行，煤流繼續，噸脈沖信號也繼續進行分爐計量，解決了輸煤皮帶故障停運影響分爐計量的問題。

2、我們理論上把每個煤流分配到各倉，但是其中存在的誤差也是很明顯的。由于 EDPF-NT+掃描周期固定為 200ms，當出現相鄰梨煤器間煤流運行時間不為 200ms 的整數倍時出現誤差。以 1～2 犁為例，犁間距為 2.8 米，煤流運行時間為 2.8/2.46=1.138≈1.2（s），這時便出現誤差，影響分爐計量數據。為了消除這種誤差，我們可以采用模糊分倉，重點突出分爐數據的方法：即以機組最后一個梨煤器開始到下一個機組最后一個梨煤器的總煤流運行時間來計算需要的總的 RS 觸發器個數，在最后一個 RS 觸發器上與上該機組所有梨煤器的落犁狀態，這時在該段算法列上無論哪個犁煤器，也無論落犁先后順序，噸脈沖號都會累加到該爐。以#2 爐為例，煤流經過#1 機最后一個犁煤器到#4 機尾倉的時間

為 85.6/2.46=34.8（s），即需要 34.8/0.2=174 個 RS 觸發器。同理，當我們計算#4 爐的分爐數據時會發現，由于#4 爐為最后一臺爐，所以無論該段算法列有幾個 RS 觸發器，噸脈沖信號都會累加到#4 爐，因此對于#4 爐的算法列 RS 觸發器的個數大于等于 1 即可正常實現數據的累加。

五.創新的應用效果及推廣性

1、精度高：通過嚴謹的邏輯編寫和精確的運行時間計算，分爐計量準確性顯著提高，兩年來總計量誤差為±1噸。

2、低成本：該邏輯結構在DCS中的應用，實現了入爐煤軟計量，無需新增成套計量設備。

3、可靠性高：該系統運行兩年來分爐計量系統實現零缺陷。

該新型的邏輯結構由模塊化搭接，結構簡單，可以在智深EDPF-NT+、新華XDPS、GE-OCE6000等DCS控制系統進行編輯運行，可廣泛推廣，具有精度高、可復制性強的特點，能夠為使用DCS輸煤控制系統的燃煤電廠提供分爐計量解決方案。

參考文獻：

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作者簡介：

王帥，1986年，男，工程師，河北省深澤縣人，畢業于河北科技大學理工學院，現工作于國家能源集團河北衡豐發電有限責任公司熱控專業。