電廠燃料儲庫智能化改造技術研究

桐鄉泰愛斯環保能源有限公司 馮 宏

2016年中國自動化學會的發電自動化專業委員會組織編寫了《智能電廠技術發展綱要》，中國電力企業聯合會于2018年頒布標準T/CEC164《火力發電廠智能化技術導則》，這些都對發電廠智能化發展起到推進作用。在對智能發電廠的概念、結構和具體功能的探索過程中，國內一些大型發電集團率先積極開展對舊發電廠進行智能化升級改造，對新技術進行驗證，從而為新建智能電廠規劃及建設提供支持。目前電廠煤儲庫為封閉倉庫，空氣懸浮顆粒物多，行車工勞動強度高、存在健康隱患。行車工在工作中帶入的個人操作習慣極大地加速了設備硬件的損耗，提高了行車的整體保養維修成本。目前絕大多數行車缺乏對于故障的早期判斷反饋及實時監測，存在較大安全隱患。

1 設置智能控制中心

桐鄉泰愛斯環保能源有限公司干煤棚配置QZ型電動雙梁抓斗橋式行車，額定起重量16t，司機室人工操作，控制方式采用PLC 程序控制和變頻驅動控制，PLC 采用歐姆龍CP1E 系列產品，變頻器采用安川H1000系列產品。庫區設置12個皮帶機進料口、2個出料口，煤料的進料、平料、出料都通過人工操作抓斗行車完成。智能控制中心設置在中控室內，用于庫區智能管控系統的數據運算、遠程監視、遠程控制。

中控臺及庫區智能管控系統：中控臺可遠程監控抓斗行車的作業狀態，其上安裝有庫區智能管控系統、遠程操作手柄、指示燈、蜂鳴器、急停蘑菇頭按鈕、液晶顯示器等，中控臺內設置遠控PLC 從站，操作手柄的檔位與行車司機室手柄一致。中控臺上設置兩臺液晶顯示器，分別顯示庫區智能管控系統的操作界面和抓斗行車傳回的視頻畫面。庫區智能管控系統是一個功能齊全的智能控制系統，包含各種自定義的參數設置，通過修改參數使無人行車自動化調度、運行更加貼合生產工藝的需求。系統配備了行車設備監控和整場視頻監控功能，使作業過程更加直觀、高效。另外在庫區智能管控系統中還可按照客戶的格式提供行車在自動化運行過程中的工作日志。

系統配套硬件設備布置：在中控室機房安置機柜，機柜內設置終端服務器、視頻服務器、核心網絡交換機等相關配套硬件。核心交換機是連接中控臺、視頻后端系統、服務器等設備和遠程抓斗行車的樞紐。交換機采用機架式網管型三層交換機，強大性能保證交換機可從容面對大量數據交換工作。視頻后端系統由實時視頻存儲裝置、視頻解碼設備、視頻切換顯示控制設備組成。視頻存儲配備至少存儲一個月要求的硬盤[1]。

2 行車機上系統改造

行車機上系統是對抓斗行車上的電控系統更換、控制程序修改、傳感器增設等。

2.1 控制系統

電控系統更換。干煤棚現有抓斗行車的PLC和變頻器的存儲、掃頻速率、通訊方式及接口等參數不能滿足智能行車穩定運行時對指令響應、信號回傳速度的需求。改造過程中，新增一套西門子S7-1500PLC，配置profibus 模塊，變頻器也增設profibus 通訊卡[2]，通過DP 線將變頻器與PLC 建立通訊，簡化控制線路。S7-1500PLC 用于接收庫區智能管控系統的運行指令，并將行車上的運行數據、各傳感器實時監測數據發送至中控室內的庫區智能管控系統中，庫區智能管控系統后臺通過分析所收集的數據加以算法計算、處理[2]，實時對當前指令進行修正，更準確高效地完成行車自動運行控制和數據監控，降低故障發生率，提高運行可靠性，從而智能化管控各機構的運行，并對發生的故障進行及時響應，引導維護人員進行快速檢修。在實現自動控制的同時保留行車原始的機上人工操作方式。

添加防搖配置。人工操作行車工作時，平均超過30%的時間浪費在穩定搖晃的抓斗上。為減少調整負載搖擺的時間、避免搖擺導致的碰撞事故、提高生產效率和安全性，在本次智能改造中為抓斗行車定制了一套專用電子防搖系統，在自動工況下無論空載和重載，小車從全速運行到完全停止，抓斗擺動兩個周期內完成消擺并趨于靜止[3]。

2.2 定位系統及起升定位系統

準確可靠的定位方案是行車智能運行的關鍵。只有行車各機構停車位置準確，才能保證行車自動運行的穩定性。

大車定位系統。大車定位采用激光測距方式，激光測距是在大車端梁設置遠距離高精度激光測距傳感器，在對應的建筑墻體上設置反光板進行實時測距定位并通過工業總線與自動控制系統進行通訊上傳數據[4]；小車定位系統。小車定位采用雙激光測距冗余方式，記錄一個激光傳感器距離測量數據作為主要數據，利用另一個激光傳感器測量數據復核主數據的正確性。

起升定位系統。起升機構采用絕對值編碼器作為定位裝置，其安裝在起升卷筒的輸出軸，檢測卷筒轉動圈數和角度得到抓斗距離小車的高度值，再通過目標位置至小車的高度值計算轉換為抓斗放料時所需的起升高度值；物料分布采集系統。由激光掃描儀、控制器組成，可實現物料3D 建模和物料庫存盤點功能。激光掃描儀固定安裝在行車主梁兩側，進行高頻率掃描可獲取物料的輪廓信息等。

2.3 庫區安全系統

防撞模塊。在抓斗行車兩個對角安裝激光傳感器，測距方向為大車行走方向，以此測定行車運動中兩車之間的距離。激光傳感器采用反射型光電開關，測距范圍為0～20米[3]。激光信號接入抓斗行車的PLC 系統，當檢測到其它抓斗行車時可實現自動減速停車；視頻監控。行車兩側端梁分別安裝一臺槍機，具備200萬高清、POE 網線供電、紅外夜視功能。攝像頭用于監控行車運行過程中行車本體、抓斗狀態以及周圍工況；人員進出管理。通過采集庫區樓梯門、行車登機門、行車司機室門上的安全開關信號，實現行車運行與現場人員進出互鎖，保證人員在維護以及維修進入庫區內的安全性。

3 地面系統設置及作業流程約定

硬件及布置：地面系統的硬件包括電控柜、光纖終端盒、光纖、地面無線基站（BS）。電控柜設置在抓斗行車地面總開關箱旁、便于取電，柜內配置斷路器、變壓器、開關電源、PLC 分站、帶光口的以太網交換機、光纖終端盒等[5]。光纜采用鎧裝單模拖拽式光纜。光纖敷設利用電纜溝、電纜埋管、電纜橋架等通道。地面無線基站（BS）的工作頻段為5.8GHz，最高數據速率867Mbps,防護等級IP67，帶PoE 功能，通過膨脹螺栓及支架安裝在廠房墻壁上。

圖1 干煤棚布置示意圖

地面系統通訊：由于行車屬于特種設備，考慮到安全性行車到控制中心間不是直接采用5G 通訊、而是通過地面系統進行信號中轉。地面系統到中控室采用光纖通訊，地面系統與行車間采用5G 無線通訊。

作業流程約定：每個庫區可包含進料區、存儲區、出料口和備用區四種類型區域。操作員在庫區智能管控系統劃定自動行車作業區域，作業區域間不能有重疊，作業區域與行車一一對應，同一作業區域只能制定一臺行車作業，同一行車也只能分配一塊作業區域[5]。作業由操作人員根據實際生產需求將作業邏輯信息錄入至庫區智能管控系統中開始，其中邏輯信息包含行車設備編號、作業類型（進料/出料/移料/平料）、作業區域名稱，根據需求提供物料比例、作業指令終止條件（次數/重量/體積/時間/物料高度/循環）、作業任務優先級等。