大型火電廠輸煤自動化發(fā)展方向及實(shí)現(xiàn)方式分析

孔祥睿

（國家能源集團(tuán)泰州電廠，江蘇 泰州 225327）

輸煤系統(tǒng)是火電廠的關(guān)鍵公共系統(tǒng)，大型火電廠的發(fā)電任務(wù)較多，因此裝機(jī)容量較大、輸煤系統(tǒng)運(yùn)行規(guī)模較大。隨著電力行業(yè)的迅速發(fā)展，我國大型火電廠數(shù)量在不斷增多，大規(guī)模數(shù)媒系統(tǒng)也隨之增多，這在一定程度上提高了火電廠運(yùn)行對于輸煤系統(tǒng)作業(yè)水平的要求。為了提高輸煤系統(tǒng)運(yùn)行效果，火電廠可以選擇在輸煤系統(tǒng)控制中應(yīng)用自動化技術(shù)及手段，從而轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)的集中控制模式，既能夠強(qiáng)化輸煤控制功能及性能，又能夠減少工作人員的系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)工作量。

1 大型火電廠輸煤系統(tǒng)控制特點(diǎn)

大型火電廠輸煤系統(tǒng)包含的運(yùn)行設(shè)備較多且應(yīng)用工藝較為復(fù)雜，廣泛分布在廠內(nèi)各個位置且具有一定距離，大部分處于較為惡劣的工作環(huán)境下，工作人員往往需要在輸煤系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行維護(hù)方面投入大量時間和精力，可見大型火電廠輸煤系統(tǒng)運(yùn)行控制及維護(hù)管理難度較大。為了有效應(yīng)對上述控制特點(diǎn)，火電廠可以選擇在輸煤系統(tǒng)控制中應(yīng)用自動化技術(shù)。盡管進(jìn)行自動化改建及完善的一次性投資較大，但是火電廠卻能夠通過一次投資有效改善輸煤系統(tǒng)控制效果，從長遠(yuǎn)角度來看，能夠有效提高火電廠運(yùn)營發(fā)展效益，不失為一種行之有效的輸煤系統(tǒng)控制技術(shù)手段[1]。

2 大型火電廠輸煤自動化發(fā)展方向

2.1 實(shí)現(xiàn)輸煤設(shè)備程控化

輸煤設(shè)備程控化是火電廠輸煤系統(tǒng)自動化的基礎(chǔ)保障，只有確保所有輸煤設(shè)備均能夠按照既定程序和流程展開運(yùn)行，才能夠確保輸煤系統(tǒng)的自動化水平，可見輸煤設(shè)備將持續(xù)朝著程控化方向發(fā)展。具體來講，應(yīng)用PLC 是推動輸煤設(shè)備程控化發(fā)展的重要措施，PLC屬于一種可靠性、技術(shù)性、安全性較高的自動化控制裝置，能夠有效連接和整合各個輸煤系統(tǒng)，從而做到對于輸煤設(shè)備的集中控制管理，使其可以實(shí)現(xiàn)合理的、規(guī)范的應(yīng)用。PLC 連同DCS 系統(tǒng)、可編程序調(diào)節(jié)器被共同稱為“不損壞儀表”，表示PLC 的應(yīng)用能夠有效降低輸煤設(shè)備的損壞事故發(fā)生率，提高設(shè)備的運(yùn)行效率，具備顯著自動化控制效果。火電廠可以設(shè)計(jì)基于PLC 的自動化輸煤系統(tǒng)，通過PLC 實(shí)現(xiàn)對于輸煤系統(tǒng)及設(shè)備的自動化控制，切實(shí)提高輸煤系統(tǒng)運(yùn)行效率和質(zhì)量，為輸煤系統(tǒng)自動化發(fā)展打下堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)。

2.2 實(shí)現(xiàn)輸煤設(shè)備可視化

大型火電廠需要生產(chǎn)的電力資源往往較多，輸煤設(shè)備的運(yùn)行時間較長、運(yùn)行壓力較大、工作量較多，這會增加輸煤設(shè)備出現(xiàn)破損、斷裂、老化等問題的概率，如果工作人員未能及時發(fā)現(xiàn)輸煤設(shè)備的異常狀況，導(dǎo)致上述問題演變?yōu)榘踩收?，便會?dǎo)致安全事故[2]。為了提高輸煤設(shè)備故障自動化排查，火電廠可以強(qiáng)化自動化技術(shù)在輸煤設(shè)備運(yùn)行監(jiān)控及故障診斷中的應(yīng)用力度，但是需要注意對監(jiān)控畫面及信息的及時獲取，可見輸煤設(shè)備將持續(xù)朝著可視化方向發(fā)展。具體來講，輸煤系統(tǒng)中需要設(shè)置專門的監(jiān)控裝置，實(shí)現(xiàn)對于輸煤設(shè)備運(yùn)行環(huán)境的有效監(jiān)控，使得工作人員不處于工作現(xiàn)場也能夠完成對于輸煤現(xiàn)場的實(shí)時掌控，及時發(fā)現(xiàn)和解決各種異常狀況，為電力資源生產(chǎn)創(chuàng)造有利環(huán)境條件?；痣姀S可以應(yīng)用搭載先進(jìn)技術(shù)的攝像機(jī)，并且合理設(shè)計(jì)攝像機(jī)安裝位置，確保攝像機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)對于輸煤現(xiàn)場的無死角監(jiān)控。在可視化技術(shù)的支持下，輸煤系統(tǒng)運(yùn)行安全性能夠得到大幅度保障，自然能夠?yàn)樽詣踊夹g(shù)的應(yīng)用及自動化輸煤系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)提供穩(wěn)定環(huán)境。

2.3 實(shí)現(xiàn)輸煤系統(tǒng)內(nèi)部聯(lián)網(wǎng)

在網(wǎng)絡(luò)時代下，火電廠有必要通過互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)完善輸煤系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)功能，從而實(shí)現(xiàn)輸煤系統(tǒng)內(nèi)部聯(lián)網(wǎng)[3]。具體來講，通過內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)，工作人員能夠迅速掌握火電廠輸煤系統(tǒng)運(yùn)行狀況，并且通過網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和功能有效調(diào)節(jié)輸煤操作及輸煤設(shè)備運(yùn)行，使得輸煤系統(tǒng)能夠得到高質(zhì)量、高效率應(yīng)用。例如，火電廠可以選擇應(yīng)用現(xiàn)場總線技術(shù)和以太網(wǎng)技術(shù)，以太網(wǎng)是目前應(yīng)用范圍最為廣泛的局域網(wǎng)技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)辦公自動化調(diào)節(jié)和工業(yè)生產(chǎn)自動化調(diào)節(jié)；現(xiàn)場總線技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)輸煤系統(tǒng)和設(shè)備的通信網(wǎng)絡(luò)連接?；痣姀S可以通過現(xiàn)場總線連接以太網(wǎng)系統(tǒng)和輸煤系統(tǒng)，在PLC的集中管理控制下，各項(xiàng)設(shè)備及網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)有效整合，從而形成完善的輸煤系統(tǒng)自動化控制模式，不但能夠?qū)崿F(xiàn)輸煤設(shè)備的自動化控制，還能夠遠(yuǎn)程控制輸煤設(shè)備實(shí)現(xiàn)自動電能開發(fā)，有利于創(chuàng)造更多電力資源，有效完成火電廠擔(dān)任的發(fā)電任務(wù)。網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)還能夠?qū)崿F(xiàn)對于輸煤信息的共享，使得火電廠其他系統(tǒng)及時獲取輸煤現(xiàn)場信息，并且結(jié)合具體情況對自身工作做出針對性調(diào)整，將自動化技術(shù)應(yīng)用擴(kuò)展到整個火電廠運(yùn)行中。

3 大型火電廠輸煤自動化實(shí)現(xiàn)方式

3.1 明確自動化輸煤系統(tǒng)設(shè)計(jì)功能

自動化輸煤系統(tǒng)設(shè)計(jì)功能如下：（1）實(shí)時監(jiān)測設(shè)備運(yùn)行參數(shù)，通過前段攝像獲取工業(yè)電視信號，工業(yè)電視信號能夠被自動轉(zhuǎn)為數(shù)字信號，并且通過報(bào)表、圖表等形式顯示，便于工作人員實(shí)現(xiàn)對于設(shè)備運(yùn)行情況的細(xì)致掌握；（2）設(shè)備運(yùn)行歷史數(shù)據(jù)查詢，儲存既往設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)，供工作人員隨時查找和分析，并且可以自動生成餅圖、直方圖等圖形形式，供工作人員做出綜合分析；（3）設(shè)備運(yùn)行超限報(bào)警、故障報(bào)警，當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)超限或運(yùn)行故障后，系統(tǒng)會自動切斷電源，自動顯示設(shè)備運(yùn)行參數(shù)、故障位置及信息，截取故障畫面，并且將故障信息和畫面儲存到故障信息系統(tǒng)中，供工作人員后續(xù)分析。

3.2 明確自動化輸煤系統(tǒng)控制方式

自動化輸煤系統(tǒng)控制方式包括自動化控制（聯(lián)鎖控制）、手動控制兩種，通過開關(guān)進(jìn)行切換[4]。工作人員能夠通過上位機(jī)選擇控制方式，從而實(shí)現(xiàn)對輸煤系統(tǒng)的有效控制，兩種控制方式均能夠顯示整個控制流程，并且以箭頭的形式指出操作順序，便于工作人員觀察和管理。

在自動化輸煤系統(tǒng)能夠正常運(yùn)行的情況下，自動化控制方式可以實(shí)現(xiàn)對于輸煤設(shè)備的全自動控制，實(shí)現(xiàn)輸煤系統(tǒng)的循環(huán)運(yùn)行、緊急情況及異常情況下的自動報(bào)警和停機(jī)保護(hù)。

手動控制可以分為現(xiàn)場手動控制（半自動化控制）、解鎖手動控制（單機(jī)控制）兩種?，F(xiàn)場手動控制指的是工作人員通過上位機(jī)傳遞操作命令，實(shí)現(xiàn)對于輸煤設(shè)備的半自動控制。解鎖手動控制指的是工作人員通過上位機(jī)暫停某一輸煤設(shè)備，解除該設(shè)備與其他設(shè)備的連鎖關(guān)系。

3.3 科學(xué)設(shè)計(jì)工業(yè)電視監(jiān)控系統(tǒng)

3.3.1 前端攝像設(shè)計(jì)

前端攝像是工業(yè)電視監(jiān)控系統(tǒng)的前沿，火電廠需要在被監(jiān)視場地具體位置布置攝像頭，確保全部被監(jiān)控場地能夠被攝像機(jī)攝像視角覆蓋，攝像機(jī)自然能夠?qū)⒈O(jiān)視圖像及信息傳輸給控制中心?；痣姀S可以結(jié)合實(shí)際監(jiān)視需求選擇應(yīng)用自動變焦鏡頭，從而延長攝像機(jī)的監(jiān)視距離、提高攝像機(jī)的監(jiān)視清晰度。火電廠可以為攝像機(jī)搭載電動云臺，通過硬盤錄像機(jī)等控制器實(shí)現(xiàn)對于攝像機(jī)的遠(yuǎn)程控制，有效控制攝像機(jī)向水平或垂直方向移動，有效擴(kuò)大攝像機(jī)監(jiān)視面積、增加攝像機(jī)監(jiān)視視角。

3.3.2 傳輸通道設(shè)計(jì)

火電廠自動化輸煤系統(tǒng)需要傳輸?shù)膬?nèi)容主要包括控制信號、視頻信號、聲音信號、圖像信號。目前，工業(yè)電視監(jiān)控系統(tǒng)主要應(yīng)用75-5 同軸電纜傳輸方式，如果火電廠規(guī)模較大、攝像機(jī)與控制中心距離較遠(yuǎn)、傳輸距離較遠(yuǎn)、運(yùn)行環(huán)境干擾因素較多，也可以選擇應(yīng)用光纖傳輸方式、射頻共纜傳輸方式。

在火電廠自動化輸煤系統(tǒng)中，不同傳輸內(nèi)容對于傳輸質(zhì)量的要求有所差異，例如，圖像信號的傳輸要求為：亮度信號及色度信號均不能出現(xiàn)明顯失真、不能出現(xiàn)明顯噪聲、不能過多降低攝像機(jī)得到的原始圖像的灰度等級及清晰度，同時對于色彩準(zhǔn)確度的要求不高。

3.3.3 控制中心設(shè)計(jì)

控制中心為火電廠自動化輸煤系統(tǒng)的核心結(jié)構(gòu)，主要設(shè)備為總控制臺，能夠?qū)崿F(xiàn)放大及分配視頻信號、校正及補(bǔ)償圖像信號、切換及記錄聲音信號、遠(yuǎn)程控制攝像機(jī)及電動云臺等設(shè)備、詳細(xì)監(jiān)視及跟蹤監(jiān)視全部被監(jiān)控場地、布防及撤防自動化輸煤系統(tǒng)等多項(xiàng)功能。如果前端攝像檢測到了非法入侵行為或異?，F(xiàn)象，控制中心能夠接收到攝像機(jī)的報(bào)警信號，并且在總屏幕上顯示報(bào)警攝像機(jī)編號及具體監(jiān)視圖像、報(bào)警位置等基本信息；報(bào)警形式包括閃光報(bào)警和聲音報(bào)警，同時支持聯(lián)動報(bào)警[5]。

在控制中心設(shè)計(jì)中，火電廠需要遵循如下設(shè)計(jì)原則：（1）按照自動化輸煤系統(tǒng)攝像機(jī)數(shù)量確定視頻切換器的最大輸入路數(shù)，通常情況下需要超過攝像機(jī)數(shù)量，為后續(xù)被監(jiān)視場地面積擴(kuò)展、攝像機(jī)數(shù)量增加留有余地；（2）按照自動化輸煤系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)等級、風(fēng)險(xiǎn)地點(diǎn)數(shù)量確定錄像機(jī)的數(shù)量，如果錄像機(jī)需要進(jìn)行連續(xù)錄像，需要選擇搭配硬盤數(shù)量較多的錄像機(jī)；（3）如果自動化輸煤系統(tǒng)傳輸距離較遠(yuǎn)，需要根據(jù)系統(tǒng)遠(yuǎn)距離傳輸方式確定是否安裝解調(diào)裝置、還原裝置、補(bǔ)償裝置、遠(yuǎn)端切換控制器裝置等附加裝置。

3.3.4 布防點(diǎn)設(shè)計(jì)

在布防點(diǎn)設(shè)計(jì)中，火電廠需要遵循如下設(shè)計(jì)原則：（1）在自動化輸煤系統(tǒng)各條皮帶轉(zhuǎn)載位置處設(shè)置布防點(diǎn)；（2）在自動化輸煤系統(tǒng)關(guān)鍵工作崗位處設(shè)置布防點(diǎn)；（3）不在工作人員到達(dá)難度較大、所處環(huán)境較為惡劣位置處設(shè)置布防點(diǎn)；（4）如果在實(shí)際布防點(diǎn)布置過程中，發(fā)現(xiàn)已安裝攝像機(jī)數(shù)量不能滿足自動化輸煤系統(tǒng)布防要求，需要結(jié)合具體情況選擇增加攝像機(jī)數(shù)量。

3.4 科學(xué)設(shè)計(jì)皮帶機(jī)綜合保護(hù)系統(tǒng)

3.4.1 保護(hù)功能設(shè)計(jì)

皮帶機(jī)綜合保護(hù)系統(tǒng)保護(hù)功能設(shè)計(jì)如下：（1）故障監(jiān)測及保護(hù)功能，包括煤位、煙霧、溫度、輸煤速度、高密封跑偏等監(jiān)測及保護(hù)；（2）狀態(tài)顯示功能，包括故障狀態(tài)顯示、皮帶運(yùn)行狀態(tài)顯示；（3）報(bào)警功能，當(dāng)皮帶機(jī)設(shè)備進(jìn)入保護(hù)狀態(tài)后，能夠自動發(fā)出報(bào)警信號、顯示故障信息；（4）通信功能，保護(hù)系統(tǒng)設(shè)置了通訊接口、I/O 接口、通訊總線、通訊協(xié)議，能夠連接控制設(shè)備及上位機(jī)，從而實(shí)現(xiàn)“無人值守”功能。

3.4.2 保護(hù)裝置設(shè)計(jì)

大型火電廠皮帶機(jī)綜合保護(hù)系統(tǒng)一般已經(jīng)設(shè)置了煤位監(jiān)測傳感器、煙霧監(jiān)測裝置、溫度監(jiān)測裝置、高密封跑偏監(jiān)測裝置、輸煤速度監(jiān)測裝置等基本保護(hù)裝置，對于此部分保護(hù)裝置，選擇繼續(xù)保留在自動化輸煤系統(tǒng)中，以此來減少自動化改造工程量。

在既有皮帶機(jī)綜合保護(hù)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，選擇增加如下保護(hù)裝置：（1）防滑監(jiān)測裝置，監(jiān)測輸送帶與傳動滾筒的線速度差，如果線速度差率≥8%或線速度差≥20s，自動發(fā)出報(bào)警信號，同時皮帶機(jī)電源會被自動切斷、緊急停車；（2）超速監(jiān)測裝置，如果輸送帶運(yùn)行速度≥額定速度的105%，發(fā)出報(bào)警信號，自動切斷皮帶機(jī)電源、緊急停車；（3）溜槽堵塞監(jiān)測裝置、溜槽防閉塞裝置，監(jiān)測上煤點(diǎn)是否出現(xiàn)堵塞問題，如果堵塞，發(fā)出報(bào)警信號，自動切斷皮帶機(jī)電源、緊急停車；（4）自動滅火裝置，自動對火災(zāi)位置進(jìn)行灑水滅火。

選擇完善如下保護(hù)裝置：（1）完善煙霧監(jiān)測裝置，增加對機(jī)械摩擦煙霧的監(jiān)測，如果監(jiān)測到煙霧，發(fā)出報(bào)警信號，自動切斷皮帶機(jī)電源、緊急停車；（2）完善溫度監(jiān)測裝置，增加對電機(jī)溫度的連續(xù)監(jiān)測，如果監(jiān)測到溫度異常，發(fā)出報(bào)警信號，自動切斷皮帶機(jī)電源、緊急停車。

綜上所述，大型火電廠輸煤系統(tǒng)在自動化發(fā)展過程中，將實(shí)現(xiàn)輸煤設(shè)備程控化及可視化、輸煤系統(tǒng)內(nèi)部聯(lián)網(wǎng)，為了順應(yīng)大型火電廠輸煤自動化發(fā)展方向，火電廠可以明確自動化輸煤系統(tǒng)設(shè)計(jì)功能及控制方式、科學(xué)設(shè)計(jì)工業(yè)電視監(jiān)控系統(tǒng)及皮帶機(jī)綜合保護(hù)系統(tǒng)，從而提高輸煤系統(tǒng)運(yùn)行及管控的自動化水平。事實(shí)證明，自動化輸煤系統(tǒng)運(yùn)行可靠性較高、操作流程較為簡單、兼容性良好，足夠支持“無人值守”模式，可以實(shí)現(xiàn)自動上煤、自動故障檢測等基本自動化控制功能。