輸煤程控系統與筒倉安全監控系統的整合

火力發電廠為保證生產的正常進行，需要儲存大量的煤炭。通常這些場所的煤炭都堆放在露天煤場上，這種儲存方式會造成環境污染、煤炭損失、煤質下降、增加占地以及儲煤含水量、凍結等狀況，影響正常生產。 

筒倉安全監測監控系統、筒倉惰化系統、筒倉防爆門系統、封閉煤場安全監測系統、 筒倉保護裝置管理平臺、圓形煤場安全監測系統、溫度監測系統，可燃氣體監測系統、電子汽車衡、電子皮帶秤、耐壓式稱重給煤機、配料系統和輸煤實時計量監測、監控集控系統、礦山設備等

一、系統構成及功能

1.1筒倉安全監測

1.1.1系統構成

為了防止儲煤筒倉事故的發生，實現輸煤系統的安全運行，江蘇利港電廠三期工程中每個筒倉均設置了溫度傳感器、可燃氣體探測器、煙霧探測器和一氧化碳傳感器，分別對筒倉中的儲煤溫度、可燃氣體濃度、CO濃度及煙霧等參數進行監測。

溫度傳感器選用鉑電阻Pt100系列，分裝在筒倉外壁及筒倉底錐上的不銹鋼護套內，防止其被煤砸壞或磨損;且每個鉑電阻傳感器配以溫度變送器。每個儲煤筒倉分別配置可燃氣體探測器、煙霧傳感器、一氧化碳傳感器各2個，安裝在筒倉頂板上，由氣泵將筒倉內氣體抽出，進入光譜分析儀進行氣體成分及含量分析，并將數據送入輸煤系統控制中心。

1.1.2系統功能

每個筒倉監測設施的現場信號經二次儀表，以RS-485通信方式傳送至輸煤程控室的計算機數據采集系統，系統具有設置報警、打印統計報表、實時趨勢、歷史趨勢畫面顯示及控制輸出等功能。筒倉安全監測系統的構成如圖1所示。

1.2筒倉安全防爆

筒倉安全防爆惰化系統是利用氮氣的惰性原理，將空氣中分離出來的氮氣和經過凈化的煙氣通入筒倉，以稀釋筒倉內的可燃性氣體，從而解決筒倉內可燃性氣體濃度過高引起爆炸的隱患。

1.2.1工藝流程簡述

筒倉安全防爆惰化系統中惰性氣體制備設備將制備的氮氣送入儲氣罐，經筒倉中下部和底部的氮氣通入控制閥門，進入筒倉內煤層中;電廠煙氣經脫硫、制冷等一系列處理后，通過管道進入筒倉內接近煤層的位置，稀釋可燃性氣體叫。根據從筒倉安全監測系統收集到的可燃氣體的濃度報警值，當濃度達到一級報警值時，氮氣系統工作，稀釋筒倉內的可燃性氣體;當濃度達到二級報警值時，在氮氣系統啟動的同時，煙氣系統也投入工作。惰化系統的工藝流程如圖2所示。

1.2.2系統控制方法

整個安全防爆惰化系統可分為設備層、控制層和監控層。其中設備層包括各類電動閥、電磁閥、氣泵、增壓風機、溫度/壓力傳感器等，它是整個系統控制的基本單元，負責將物理信號轉換成數字或標準的模擬信號，并且執行控制層發出的指令?？刂茖硬捎肎E Fanuc Series 90-0 PLC系統，對來自輸煤程控系統的可燃氣體數據與預設的危險可燃氣體濃度值比較結果進行判斷后作出相應處理;同時，完成對現場工藝過程各執行機構的實時監測與控制。監控層是惰化保護系統的上位機，用來實現對整個惰化保護系統的動態監視、報警以及手動操作。

1.3輸煤程控系統

火電廠中所采用的絕大部分燃料是燃煤。由于煤產地與電廠間地理位置或地域不同，需要通過汽車、火車或輪船把煤運往電廠。輸煤系統承擔從煤源(翻車機、卸船機、汽車卸煤溝等)至儲煤場，再由儲煤場到主機煤倉，或者直接將煤源輸送到主機煤倉的備煤和上煤的任務。

1.3.1工藝流程簡述

筒倉安全監測監控系統、筒倉惰化系統、筒倉防爆門系統、封閉煤場安全監測系統、 筒倉保護裝置管理平臺、圓形煤場安全監測系統、溫度監測系統，可燃氣體監測系統、電子汽車衡、電子皮帶秤、耐壓式稱重給煤機、配料系統和輸煤實時計量監測、監控集控系統、礦山設備等　　

1.3.2系統實現方法

針對江蘇利港電廠三期工程輸煤程控系統控制對象多、工藝流程復雜、設備分散、自動控制要求高的特點，選用GE Fanuc PAC Systems PLC雙機熱備冗余系統。

根據投入的先后，先投入的一臺CPU處于主控地位，另一臺處于備用狀態。這2臺主機通過熱備模塊不斷地交換信息，使處于備用狀態的主機得到與主控狀態下的主機一樣的最新信息。一旦主控的主機發生故障而退出控制時，后備主機能無擾動地接過全部控制，使控制不致中斷。同時在系統硬件架構中，在現場信號相對比較集中的地點分別設置了遠程站(碼頭遠程站、 3#轉運站遠程站、 4#轉運站遠程站、碎煤機室轉運站、煤倉間轉運站)，從而大大簡化了系統接線，系統的可靠性得到有效提高。

輸煤程控系統的監控和管理由2套性能和配置相同且互為備用的工控機實現。采用Windows 2000平臺和具有漢字功能的CimPlicity ME工控軟件，主要完成運行操作、報警、控制、實時數據顯示、歷史數據顯示和報表管理的功能。

二、系統整合

筒倉安全監測和惰化系統的管理層即輸煤程控系統，是整個輸煤系統的集中控制中心。在完成輸煤程控系統自動控制的同時，它還將接收來自筒倉安全監測系統中可燃氣體濃度、筒倉儲煤溫度、CO濃度以及煙霧濃度等數據，并將這些相關數據下傳到惰化保護系統的PLC。

為了確保整個輸煤系統安全可靠地運行，首先需要在網絡結構上建立可靠的聯系，使整個筒倉安全監測及惰化系統在輸煤系統中得以完整地整合;其次，系統之間要進行合理的數據交換，才能實現筒倉安全監測系統及惰化保護系統的閉鎖，使輸煤系統的安全聯鎖發揮最大的作用。

2.1網絡結構

由于筒倉安全監測系統采用RS-485通信方式將現場儀表信號送至輸煤程控室的計算機數據采集系統，輸煤程控系統特配置了GE 90-70 PCM301通信模塊，通過模塊上的RS-485通信接口與筒倉安全監測系統數據采集模塊進行連接，并采用ModbuS通信協議進行數據交換。

筒倉安全防爆惰化系統與輸煤程控系統均應用了GE PLC控制器，通過2個系統間的交換機進行網絡連接，采用GE Fanuc工業以太網EGD通信協議(Ethernet global data)，實現了系統間高效、簡便、快速的數據通信。

輸煤系統網絡結構如圖3所示。

2.2 軟件控制方法

2.2.1 安全監測系統的通信方法輸煤程控系統配置了GE 90-70 PCM301通信模此通信模塊內置有2個串行通信接口，將其一組態成為Modbus協議的主設備，然后將具備Modbus協議的從設備筒倉安全監測系統與模塊連接起來，2個系統間即可進行數據傳遞。對 PCM301 通信模塊組態的具體步驟如下。

首先使用編程軟件Cimplicity ME，配置PCM301模塊端口參數POR代，編輯PCM301模塊所配置文件RTUM.107，根據需要，修改3000行開始的一段代碼，具體如下：

參數配置完畢后，轉換并裝載此段程序到PCM模塊。通信模塊能夠執行自身內部的程序，而與PLC系統控制程序無關。它一方面通過上述程序中設定的%R寄存器地址接收PLC的指令和返回給PLC結果和狀態;另一方面通過硬件端口與筒倉安全監測系統之間進行數據的發送和接收。

2.2.2惰化系統的通信方法

由于采用EGD工業以太網全局數據通信協議，編程人員從通信的底層編程任務中解脫出來，他們只需將輸煤與惰化系統所需交換的數據定義好即可，其余由系統自動實現數據的交換。其實現方法是在EGD中的設置對話框內進行如下操作。

①將“produced exchanged”中的“IP Address”設置為輸煤系統以太網模塊的IP地址，表示輸煤PLC站后續“Add exch”的“refereance”地址的存儲器內容將發送到惰化系統以太網模塊中對應存儲器去;

②將“consumed exchanged”中的“IP Address”設置為惰化系統以太網模塊的IP地址，表示輸煤系統PLC站后續“Add exch”的“refereance”地址的存儲器內容是從惰化系統以太網模塊中的對應存儲器傳送來而得到的;

③ 對應惰化系統中的配置，將“ preduced exchanged”和“consumed exchange”中的“IP Address”設置為輸煤系統PLC的lP地址，即主站輸煤系統PLC發送的數據是到惰化系統分站的，而惰化系統分站發送的數據是送給輸煤系統PLC的。配置完畢后，在輸煤程控系統中收集筒倉安全監測系統輸入信號的變化、報警信息，并立即在惰化系統中進行相應處理，同樣，惰化系統中設備運行的狀態也能夠及時采集，從而對卸煤流程作出修整。

2.3軟件控制內容

為確保輸煤程控系統安全可靠地運行，筒倉安全監測系統對筒倉進行實時的數據監測。在沒有故障報警聯鎖條件時，輸煤程控系統才能夠對筒倉進行儲煤和卸煤操作。同時，輸煤程控系統與筒倉安全防爆惰化系統之間保持著密切的數據通信，一旦發生險情，安全防爆惰化系統將及時投入工作。由此各系統之間必須進行以下數據交換。

①當筒倉安全監測系統監測到筒倉內的溫度值偏高時，輸煤程控系統優先卸掉該筒倉的存煤。

②當筒倉安全監測系統監測到筒倉內的溫度值超過60℃時，進行一級報警，輸煤程控系統發送報警信號至安全防爆惰化系統，并打開相應氮氣控制閥門充入氮氣;當溫度值超過70-80℃時，進行二級報警，打開所有氮氣控制閥門充入氮氣，以起到降溫的作用，同時將筒倉內的CO、02置換掉，起到惰化系統的作用。

③為防止存煤時間太長，輸煤程控系統輪流均衡使用各個筒倉，遵循先進先出原則。在輸煤程控系統中對筒倉卸煤進行記錄，若5天筒倉未出煤，進行低級報警;10天未出煤，進行高級報警;巧天未出煤，進行高高級報警。報警信號被送入惰化系統，依據不同的報警級別，惰化系統作出相應的處理。

④ 惰化系統在控制伸縮機工作，使通氣管道接近煤層的同時，發送運行狀態信號至輸煤程控系統，禁止對該筒倉進行卸煤。

⑤ 可燃氣體的測量范圍為0-100LEL%，其中25LEL%為初報警，40LEL%為高報警。確認筒倉安全監測系統沒有誤報而濃度偏高時，輸煤程控系統必須及時通知惰化系統啟動沖入氮氣，并打開對應筒倉頂部風機或除塵器使其通風，在沒有故障報警時，輸煤程控系統方可進行操作。

⑥ 筒倉安全監測系統監測到筒倉內CO濃度高于3.2%時進行一級報警;當高于5.12%時進行二級報警，輸煤程控系統通知惰化系統啟動，沖人氮氣進行保護，防止因CO含量過高引起爆炸，同時啟動警鈴報警。

⑦ 每個筒倉頂部設有煙霧濃度檢測，筒倉安全監測系統發出報警并確認著火時，安全防爆惰化系統啟動，注人大量惰性氣體，消滅火源;輸煤程控系統停止儲煤，緊急卸煤，并在筒倉煤出口處對煤流噴水降溫，確保卸煤皮帶和其他設備的安全。

三、結束語

大直徑筒倉形式的封閉煤場是火力發電廠儲煤的發展方向，這一方案在江蘇利港電廠三期工程中得到很好的實施。筒倉安全監測及防爆系統投運至今，經歷了幾次高溫、雨季的考驗，安全運行已達4年，具有較好的實用性和穩定性，為輸煤程控系統的安全運行提供了強有力的保障。