在火力發(fā)電廠鍋爐的單爐/單磨燃煤的計量準確問題一直是影響電廠發(fā)電成本正平衡統(tǒng)計的頑癥，更是燃煤發(fā)熱量和鍋爐燃燒效率統(tǒng)計計算尚無法解決的棘手問題。因此，目前國內絕大多數(shù)稍早些的火力發(fā)電廠由于沒有測取單爐燃煤計量的準確方法，其成本核算往往依據(jù)反平衡法來求取發(fā)電煤耗和單位生產成本，亦無法在開放的電力市場上網競價中準確地知道生產成本。前不久某電廠委托本公司對該廠的輸煤控制和入爐煤計量系統(tǒng)進行全面改造以解決生產成本核算問題。鑒于該工程要在整個電廠正常發(fā)電的情況下進行，且改造的內容比較大，涉及的面比較廣。因此決定分兩步對該項目進行改造，先期進行輸煤控制系統(tǒng)的改造而后進行輸煤入爐煤軟測量的改造，以期最終達到單爐瞬時燃料計量及動態(tài)生產成本核算的目的。
　　一、工藝布置及其設備特點
　　該電廠的輸煤工藝系統(tǒng)比一般的火力發(fā)電廠要復雜得多，它先后由一、二期工程來構成現(xiàn)在的輸煤系統(tǒng)兩個系統(tǒng)之間即獨立又有相互交叉的工藝連接，同時要為六臺發(fā)電機組供煤。雖然本次僅涉及煤場至入爐煤斗之間的輸煤控制系統(tǒng)設備改造，但為了安全可靠地實現(xiàn)改造，又不影響所有機組的正常運行，因此將該項目分兩步進行：第一步先將輸煤控制系統(tǒng)改造而后再將入爐煤計量部分改造。本文所介紹就是第一部分的內容，其工藝布置如圖：
各工藝段所包含的設備有輸煤皮帶機、葉輪給煤機、往復式給煤機、碎煤機滾軸篩、帶式除鐵器、圓盤除鐵器、精細除鐵器、犁煤器、切換擋板、拉繩開關和跑扁開關等組成。其它如撕裂，打滑，堵煤等保護開關均不進本控制系統(tǒng)。
　　
　　二、工藝流程
　　輸煤工藝流程的主要特點是流程距離長，分布點比較廣，工藝設備的控制回路比較簡單；現(xiàn)場環(huán)境粉塵很大，比較惡劣。
　　
　　依據(jù)電力企業(yè)輸煤運行規(guī)程技術標準，輸煤系統(tǒng)控制必須設有就地控制、集中控制和程序控制三級控制手段，同時輸煤系統(tǒng)啟停或緊急故障時，必須遵循啟動時按逆煤流順序逐一啟動設備；停止給煤時按正煤流順序逐一停止設備的原則進行控制操作。其工藝流程聯(lián)鎖如圖：
　　
從上輸煤工藝聯(lián)鎖流程圖分析得知，在控制系統(tǒng)程序組態(tài)時，應嚴格按照該流程進行設計及組態(tài)，以確保設備和人生的安全。有關程序控制的編程亦必須遵循系統(tǒng)聯(lián)鎖的原則下，方可靈活組合。
　　
　　三、控制系統(tǒng)拓撲
　　根據(jù)現(xiàn)場的實際狀況和輸煤工藝控制的技術規(guī)范要求：我公司推薦采用SIEMENS TIA 的系統(tǒng)結構。以滿足輸煤系統(tǒng)狹長的輸煤棧橋在一側布置的電纜橋架，該橋架既要敷設6000VAC 動力電纜，又同時要敷設控制和通訊電纜，因此電纜周圍的共模和差模干擾信號必然要影響控制系統(tǒng)的通訊質量，甚至于使得控制系統(tǒng)不能正常工作。為此我公司選用PROFIBUS-DP 現(xiàn)場總線來組成網絡用光電交換機OLM 來完成與主控制器之間的信號交換。因為采用了光纖傳輸通訊，可將電磁場對通訊設備的干擾影響降至最低程度，真正達到阻斷干擾的目的。該輸煤系統(tǒng)的設備動力電源供電電壓等級有兩類，即380VAC 和 6000VAC兩種。經本次改造，凡涉及380VAC 供電的電動機控制回路都徹底改為SIMOCODE 和COMPACT STARTER 共計 95 臺套；凡6000VAC 供電和一些不能作徹底改造的電動機及其設備改為LOGO 共計34 臺套。這些設備的控制回路都必須與FCS 的信號連接，以交換兩個系統(tǒng)之間的信息。
　　它以主控制器AS-417-2 作為主站，通過以太網交換機ESM 連接到四臺安裝有以太網卡CP-1613 的工控機上，每臺的HIM 系統(tǒng)界面選用WIN CC V5.2 版本，主控制器除了自身帶有的PROFIBUS-DP 接口外，另外又配了一塊PROFIBUS-DP 模件，這樣可以組成兩個相對獨立的光纖環(huán)網，亦便于兩個輸煤系統(tǒng)的布置：一個接口連接一期輸煤系統(tǒng)上的六只OLM 光電交換機，另一個接口連接二期輸煤系統(tǒng)上的五只OLM 光電交換機。其系統(tǒng)拓撲圖如下：
　　
其中OLM100 和OLM200兩只光電交換機在控制系統(tǒng)中僅僅起到光電轉換的目的，在控制柜內就實現(xiàn)光的轉換，起到防止電磁場干擾引入的作用。其它九個OLM 分別接有DP/Asi 通訊耦合器或SIMOCODE 電機智能控制器。每個耦合器下又連接有LOGO 、電機啟動器、開關按鈕盒和I/O 模塊。由此該控制系統(tǒng)構成了較為復雜的三層結構的通訊系統(tǒng)。由于底層的控制器均采用通訊的方式與主控制器進行數(shù)據(jù)交換，因此，從控制室的主控制器到現(xiàn)場的電機智能控制器、LOGO、 電機啟動器和I/O 模塊之間只有通訊線，而沒有一根控制線，真正體現(xiàn)了SIEMENS現(xiàn)場總線在工業(yè)控制應用中的優(yōu)勢特點。
　　
　　四、編程組態(tài)軟件
　　本系統(tǒng)選用了目前被國內外廣泛采用的西門子公司的最新中文版工業(yè)自動化軟件WINCC V5.1 版，它為本系統(tǒng)提供了管理級、操作級的可視化過程，數(shù)據(jù)采集和遠程控制功能。
　　系統(tǒng)監(jiān)控中的操作員站和工程師站，均采用WINCC 相應功能軟件，組成了完整的FCS 系統(tǒng)。根據(jù)工藝要求在HIM 畫面中主要分為主畫面、程控畫面、分站畫面報警趨勢、數(shù)據(jù)報表等。其主畫面如下：

主畫面主要是根據(jù)現(xiàn)場設備位置來布置。為了區(qū)分具體皮帶種類，采用了不同顏色的皮帶，同時為了保證畫面有一定立體感效果，皮帶上有煤塊流動，皮帶采用深色，基帶為淺色，但皮帶電機動作時，在畫面上表示為煤隨皮帶一起動作，煤塊形成移動狀。這主要采用控制屬性中閃爍來達到畫面動態(tài)立體效果要求。
　　在系統(tǒng)總畫面中主要顯示輸煤皮帶的動作狀態(tài)，對皮帶的上位機操作控制。在每個分站畫面中來完成。按工藝區(qū)域劃分的流程控制圖、單元控制圖、控制器等。在模擬圖中可動態(tài)顯示現(xiàn)場設備的開關狀態(tài)與信號值，操作人員可在當前畫面通過鍵盤或鼠標更改信號值，并可以對話，并可以對話框的形式調用其他各種信息。模擬圖以及其他圖形均可以菜單或按鈕驅動方式進入不同的顯示內容。
　　在分畫面中通過點擊要操作的設備的左鍵彈出控制對話菜單，顯示出控制的菜單選項。具體包括：啟動、停止、電流、故障現(xiàn)場手自動位置等。每個不同類型設備要看具體控制情況而定，所有設備從而實現(xiàn)遠方手動操作。同時為了設備控制安全要求，在設備控制畫面中有操作畫面自動、手動切換按鈕，以保證自動失效情況下，可人工干預限制。在重要設備控制方面，開關操作時，會彈出提醒窗口，需要操作員再次確認才可執(zhí)行命令。
　　對于設備信息系統(tǒng)（報警系統(tǒng)），在畫面中主要是根據(jù)用戶的不同要求采用不同報警信息類型和信息等級。報警表能夠實時顯示報警內容，每個報警值都可以顯示標簽名、報警值、報警類型、報警時間、確認時間、優(yōu)先級、報警閃爍、報警確認等。按時間順序排列，并滾動顯示。并且無論畫面切換至何處，顯示屏幕都有專用區(qū)域以顯示最近的報警標簽。同時設定當報警條達到設定數(shù)量容量時，就用打印機將以前報警條打出，以便用戶查閱存檔。
　　對于系統(tǒng)操作的安全問題，根據(jù)電廠生產安全管理要求，通過軟件對不同的人員設定了不同的操作等級。在監(jiān)控軟件通過增強的安全性提供系統(tǒng)的安全。計算機在啟動后就直接進入啟動畫面，畫面顯示為灰色，用戶不能夠進行任何操作，畫面提示操作人員輸入自己的用戶名稱和口令，對與不同的用戶提供不同操作權限，如可限制操作員畫面顯示。調度器執(zhí)行和配方操作也可限制關鍵程序功能。提供給客戶一個系統(tǒng)管理員口令和密碼，系統(tǒng)管理員可分配不同的操作員的用戶和密碼來操作監(jiān)控軟件程序，同時在監(jiān)控畫面上顯示該用戶名稱。在系統(tǒng)中有記錄，這樣防止操作人員隨意破壞或改變計算機。除了管理人員用戶的操作口令可以退出監(jiān)控畫面外，其他人員不能夠退出畫面，不能夠最小畫，把關機的一切命令和按鈕都不能夠結束程序畫面運行如CTRL+ALT+DEL 都屏蔽了。
　　
　　對于現(xiàn)場生產企業(yè)，生產數(shù)據(jù)報表很重要，WINCC 提供了集成的報表系統(tǒng)，可以方便的輸出WINCC 數(shù)據(jù)到打印機進行打印，但考慮一些數(shù)據(jù)功能，采用了最流行的CRYSTAL REPORTS 報表專用軟件，根據(jù)生產需要編制實時的和歷史數(shù)據(jù)報表及統(tǒng)計計算報表。報表可按時間觸發(fā)或事件觸發(fā)進行打印。并能及時打印報表數(shù)據(jù)。歷史數(shù)據(jù)可以根據(jù)操作人員不同選擇打印出不同報表。如根據(jù)時間、根據(jù)配方選擇不同變量等，都可以打印出不同風格的報表。在報表中有打印人員名稱。
　　
　　SIMATIC WINCC 的數(shù)據(jù)報表是以系統(tǒng)數(shù)據(jù)管理服務器為基礎的。WINCC 提供了實時數(shù)據(jù)庫和歷史數(shù)據(jù)庫，服務器采集最新的現(xiàn)場控制站的數(shù)據(jù)提供給監(jiān)控工作站顯示、打印。全部實時數(shù)據(jù)采集周期從0.5 秒到20 分鐘可調。歷史數(shù)據(jù)庫從實時數(shù)據(jù)庫中采集數(shù)據(jù)，采樣周期從2 分鐘到24 小時可調，歷史數(shù)據(jù)的最長存儲時間不少于1年，通過歷史數(shù)據(jù)可計算累計值最大值、最小值、標準值、相對值地、偏差值或其他需要數(shù)據(jù)，據(jù)此操作人員可進行統(tǒng)計分析，指導生產。同時，操作人員可對遺漏的或無法自動采集的數(shù)據(jù)輸入到歷史數(shù)據(jù)庫，進行編輯。歷史數(shù)據(jù)可以被寫入磁盤光盤長期保存，以備將來恢復使用。
　　
　　本系統(tǒng)采用SIMENS SIMATIC 的S7-400 控制器，通過以太網連接到四臺安裝有以太網卡的工控機上。編程用STEP7-V5.2 的軟件，在系統(tǒng)組態(tài)中考慮到本控制系統(tǒng)點數(shù)較多，控制設備也很多，所以要先分配好各部分地址，編址后在系統(tǒng)中進行硬件組態(tài)。在這里把本次系統(tǒng)中用到的設備有 S7-417-2 、SIMOCODE 、DP/Asi 耦合器，以及在現(xiàn)場傳感器Asi 總線中使用的設備有COMPACT STARTER 、 LOGO 、I/O 模擬量模塊、按鈕開關合，在STEP 7 中的硬件組態(tài)如圖。

在組態(tài)前對SIMOCODE 要用相應單獨軟件進行組態(tài)，而對Asi 部分的組態(tài)比較容易，用地址設定工具把相應設備地址設定后就可以了，設備正?；蝈e誤時在DP/Asi 上都有相應的顯示，這樣便于調試人員觀察。
　　
　　在編程時候，要注意對于相應DP 地址點的對應關系，特別是DP/Asi 部分在STEP 7 中地址的對應關系，由于系統(tǒng)中用了模擬量模塊，所以在程序中調用SFC58/59 進行模擬量采集時候要注意地址關系。其他部分邏輯控制就和一般程序相同了。
　　
　　五、結束語
　　對于Asi 控制層設備的通訊和電源提供時，應注意必須提供兩路相對獨立的24VDC 和30VDC 給相應的控制設備，這里30VDC 是蜷伏在通訊上作為通訊供電，24VDC 是直接提供給設備供電。
　　由于工藝控制技術規(guī)定的要求，所有控制設備都必須配置就地控制開關按鈕，因此這里選用了開關按鈕盒作為就地控制所需。但由于按鈕盒與電機啟動器不能在 Asi 層之間直接進行相互通訊，而必須通過主控｀制器方能完成它們之間的數(shù)據(jù)交換，為此這種配置不能滿足就地后備控制的技術要求SIEMENS 現(xiàn)場執(zhí)行器MOTOR STARTER 的停產是本方案的大遺憾。
　　本控制系統(tǒng)由于當時存在經費問題，沒有選用H 型冗余控制器，應該是本控制系統(tǒng)不足的地方。另外該項目是老廠改造項目有些控制設備不能作徹底改造，亦帶來了些須遺憾。對于像輸煤系統(tǒng)的控制如果能在新建廠設計時就將控制與電氣高、低壓開關、變頻設備、燃料計量一起整體考慮，那將是一套很完整的TIA 系統(tǒng)。