锅炉干除灰系统输灰程控系统的制作方法

本发明涉及一种锅炉干除灰系统程控技术，具体涉及一种锅炉干除灰系统输灰程控系统。

背景技术：

现陡河发电厂共6台火力发电，机组总装机容量1300mkw。#3、#4机组为2台250mkw，#5-8机组为4台200mkw，全部配备电袋除尘器。其中，#3-4炉除灰系统配备的为干除灰系统，其设备由克莱德贝尔格曼华通物料输送有限公司，这套干除灰设备的程控也是克莱德提供配套控制系统，该控制系统通过上微机控制pcl控制器对锅炉干除灰系统进行运行控制，该系统的操作界面是显示在上微机上的全英文界面，存在工作人员不易识别、不便操作的缺点。并且该系统提供的程控画面过于简单，不能满足工人想要的对干除灰系统的运行状态的监控要求。比如一般发电厂中同时有两组以上除灰系统，而该系统仅能单一提供某一台除灰系统的运行状态，使得其它系统监控不及时；比如，在干除灰系统出现运行事故时，警示信号无法直接上传至上微机，该程控系统无法直接在操作界面给出警示等等，这些给工作人员造成很多不便。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是现有干除灰系统的输灰控制系统功能存在不足，顺序控制固化、机组工作状态反映不全面，不能满足工作人员的需要等问题。

为解决上述问题，本发明提供了一种新的输灰程控系统，其具体技术方案是：

一种锅炉干除灰系统输灰程控系统，采用以微处理器为基础的plc控制器和上微机组成，其中plc控制器包括用于采集干除灰系统输灰运行信号的输入模块；用于分析处理输入模块采集到的信号的中央控制器；用于控制除灰系统执行器件的输出模块，plc的中央控制器与上微机通过以太网联通；所述plc的输入模块与干除灰系统空压机的电流互感器、压力变送器和温度传感器相连；与干除灰仓泵的料位计和电接点压力表相连；与灰斗的所有高、低料位计相连；与灰库的料位监测设备、灰位布袋除尘器压差监测设备、布袋除尘器反吹扫空气压力设备相连；与灰库的库顶布袋除尘器除尘风机、气化风机和分选系统的电流互感器、压力变送器和温度传感器相连；所述plc的输出模块与干除灰系统的空压机的启停开关相连；与仓泵的仓泵的进料阀、排气阀、出口阀、排堵阀和灰库切换阀相连；与灰库的库顶布袋除尘器除尘风机、气化风机和分选系统启停开关相连；上微机中设有图形单元、数据分配单元、数据记录单元、数据报警单元和进程控制单元；其中：图形单元包括仿形干除灰系统各输灰机组结构的模拟图形、显示画面框架图形，图形单元中设有若干数据节点；数据分配单元将plc输入模块采集到的数据分配到图形单元中相应的数据节点上；数据记录单元用于录入当前记录和存储历史记录；进程控制单元是向plc发送控制信号，并按干除灰系统工作流程管理控制进程的部分；所述图形单元及分配到数据节点的上的数据在上微机中通过界面显示，所述界面上还设置有警示画面，数据报警单元是当plc判断有异常的数据时，在警示画面上发出提示。

本发明程控系统优化后为全中文界面，方便了辅控运行员工对气力输灰系统画面的阅读，新的程控系统能够反馈给操作人员的更多的运行数据、运行状态等信息，对干除灰系统的监视更加充分和全面，提高了工作效率，为我厂的设备健康水平提供了良好的保证。

优选的，各干除灰系统各输灰机组结构分别具有各自的模拟图形。

优选的，仓泵、空压机、灰库分选系统、气化风系统、灰库料位计设有就地控制箱，各就地控制箱在上微机中设有相应的手动/程控操作的切换闭锁控制单元。

优选的，所述plc输出端与仓泵各阀门为分别的独立控制，上微机实现单独控制某一阀门开/闭或单独切除某一阀门控制。

本发明中，触发预警单元的报警类型有：a)空气压缩机跳闸；b)空气压缩机故障；c)空气压缩机入口过滤器堵塞；d)空气压缩机出口压力高；e)输送管道压力过高；f)灰斗料位高；g)空气压缩机出口温度高；h)系统异常或仪表控制系统故障；i)灰库布袋除尘器压差超过定值；j)粗、细灰库灰位高于定值；k)反吹扫装置故障；l)粗、细灰库布袋除尘器反吹扫空气压力低于定值。

附图说明

图1为干除灰系统结构示意框图；

图2为#3～#4炉干除灰系统机组结构模拟画面；

图3为分屏显示的#3、4机组曲线图；

图4为本程控系统的plc控制结构图；

图5为本程控系统控制关系框图。

具体实施方式

气力除灰系统机组的大概结构结合图1为：它包括输灰管道1、除尘器2、料位计3、干灰库4、灰斗5、灰管道6、进料阀7、进气阀8、电接点压力表9、仓泵10、出料阀11、助吹阀12、开带滤膜电磁阀13、气管道14、空压机15、灰储罐16。除尘器2下设干灰库4、灰斗5及其附属设备，灰斗5通过灰管道6与仓泵10连接，仓泵10上装有电接点压力表9，输灰管道1上接电除尘系统并通向除尘器2，灰斗5与仓泵10、仓泵10与灰储罐16通过灰管道6相连，空压机15通过气管道14与连至仓泵进料阀7下。该系统中仓泵10为发送器，空气压缩机(即空压机15)为干灰输送动力并兼作控制气源。经除尘器2过滤后细灰粉进入干灰库4，飞灰通过管道干法送至灰储罐16，整个过程以密封管道的形式输送。

在干除灰系统输灰末端设有储存粗灰、细灰的灰储罐。其中电除尘器中一、二电场的灰是粗灰，三、四电场的灰是细灰。正常情况下，三、四电场的飞灰只能送进细灰储罐，一、二电场的粗灰只送进粗灰储罐。当细灰库出现故障时，细灰可以送到粗灰储罐里。

输灰基本流程：灰斗装置下的电气三通电动门可以控制采用干除灰处理方式或者水除灰处理方式。干灰库设有料位计，料位计用于对干灰库中干灰粉储存量进行监测。当灰斗内的干灰粉到达不同位置时，灰粉发出的天然的β射线照射到探测器的强度是不一样的。由探测器测到的射线强度的不同来判断干灰粉的位置。干灰经灰斗排出后通过进料阀进入仓泵，从出料阀排出，最终排往灰储罐得以收集和再利用。

通过对干除灰系统精细研究，结合运行使用部门的要求，研发人员重新设计了一套针对我厂同时投运的#3和#4机组干除灰系统输灰程控方案，新的控制系统要达到的效果：

1、将上微机操作画面全部国产化，具体实现的方法是将原有英文控制系统全盘抛弃。通过运行工艺实践总结，设备参数解析，设计全新的中文控制系统界面。

2、新的程控系统将两台机组干除灰系统输灰监视曲线画面整合到一台微机上展示，在监视画面中能够同时显示两台机组的监控画面、也可切换为显示单台机组的监控画面。

3、在上微机监控画面上方加入故障提示报警界面。

4、每台机组输灰程控分为手动操作和程控运行两种模式，其中程控运行时间能够根据运行工况进行设置和调整。

本发明提供的锅炉干除灰系统输灰程控系统，采用以微处理器为基础的plc控制器和上微机组成，其中plc控制器包括用于采集干除灰系统输灰运行信号的输入模块；用于分析处理输入模块采集到的信号的中央控制器；用于控制除灰系统执行器件的输出模块，plc的中央控制器与上微机通过以太网联通。

plc的输入模块与干除灰系统空压机的电流互感器、压力变送器和温度传感器相连；与干除灰仓泵的料位计和电接点压力表相连；与灰斗的所有高、低料位计相连；与灰库的料位监测设备、灰位布袋除尘器压差监测设备、布袋除尘器反吹扫空气压力设备相连；与灰库的库顶布袋除尘器除尘风机、气化风机和分选系统的电流互感器、压力变送器和温度传感器相连。

plc的输出模块与干除灰系统的空压机的启停开关相连；与仓泵的仓泵的进料阀、排气阀、出口阀、排堵阀和灰库切换阀相连；与灰库的库顶布袋除尘器除尘风机、气化风机和分选系统启停开关相连。

上微机中设有图形单元、数据分配单元、数据记录单元、数据报警单元和进程控制单元；其中：图形单元包括仿形干除灰系统各输灰机组结构的模拟图形、显示画面框架图形，图形单元中设有若干数据节点；数据分配单元将plc输入模块采集到的数据分配到图形单元中相应的数据节点上；数据记录单元用于录入当前记录和存储历史记录；进程控制单元是向plc发送控制信号，并按干除灰系统工作流程管理控制进程的部分；所述图形单元及分配到数据节点的上的数据在上微机中通过界面显示，所述界面上还设置有警示画面，数据报警单元是当plc判断有异常的数据时，在警示画面上发出提示。

本发明提供的程控系统具备下述功能：

一、输灰系统

(1)输灰系统程序控制满足下列要求：

a.各种顺序要求的编程，包括灰斗重复循环卸灰等。

b.由程控系统定时器自动启动卸灰管理程序，时间在程控系统中可修改，允许连续多次卸灰。

c.程控系统允许在任何时间中断灰斗卸灰程序，并在这个循环的任何点重新启动。

d.程控系统允许单独选择任何一个灰斗卸灰，也可旁路任何一个灰斗。

e.程控系统中通过键盘、鼠标器对每个被控对象进行单独操作。

f.输灰系统程序控制根据工艺流程确定。

(2)应具有方便的编制、修改程序的手段。

(3)本程控系统使输灰控制系统与集中控制室控制系统双向通讯，在集中控制室控制系统操作员站上完成对输灰控制系统的监控。

(4)本程控系统实现显示输灰控制系统各种运行工况的生动画面(包括各种系统参数，空压机、风机、阀门等设备的状态等)。

(5)本程控系统的输灰控制逻辑包括联锁、保护功能。当出现系统异常或仪表控制系统故障时发出报警信号，必要时中断程序；当条件不具备时能闭锁程序启动。

(6)飞灰输送过程中，有可能因输送管道或阀门泄漏等原因造成输灰管道压力低。当压力低至规定值时，程控系统自动闭锁输灰控制系统启动，并发出报警信号。

(7)当输送管道堵塞或管道上的阀门没有开启时，可能造成输灰管道压力高。压力高至规定值时，程控系统自动停止排灰并发出报警信号。

(8)提供输灰控制曲线。

二、干灰输送器

(1)干灰输送器的进口阀和出口阀互相闭锁，不允许两者同时开启。

(2)提供干灰输送器的灰位信号。

三、空气压缩机

空气压缩机可接受远方控制指令和就地控制指令，根据空气压供货商提供的控制要求在除灰控制系统操作员站上集中监控。

(1)当运行的空气压缩机跳闸时，备用设备应自动启动。

(2)空气压缩机与其出口阀应设有联锁：运行时，出口阀应联锁打开；当运行的空气压缩机跳闸时，出口阀应联锁关闭。

(3)当空气压缩机入口真空度高至规定值时，应报警并自动停止运行。

(4)空气压缩机应能接受来自除灰控制系统的启动和停止控制指令，并将空气压缩机的已启动/已停止状态信号、综合报警信号和主要工艺参数送入控制系统。

(5)控制室显示以下内容：

a.输送空气管道内的压力

b.空气压缩机入口过滤器两端的差压值

c.空气压缩机出口阀门状态(开、关))

d.空气压缩机电动机状态(启、停)

e.远方/就地位

f.控制回路断线

(6)除灰控制室显示报警内容：

a.空气压缩机跳闸

b.空气压缩机故障

c.空气压缩机入口过滤器堵塞

d.空气压缩机出口压力高

e.输送管道压力过高、过低

g.空气压缩机出口温度高

四、灰库

(1)当灰库出现高位时，应报警，同时控制设备应禁止灰料继续进入高位灰库，并进行高位灰库排灰。

(2)除灰控制室显示以下内容：

a.粗、细灰库灰位

b.粗、细灰库布袋除尘器压差

(3)除灰控制室报警内容：

a.粗、细灰库布袋除尘器压差超过定值

b.粗、细灰库灰位高于定值

c.反吹扫装置故障

d.粗、细灰库布袋除尘器反吹扫空气压力低于定值。

本发明在研发时仅对#3和#4机组的结构分别建立了仿形图画，模拟图形实际不限两个，各输灰机组具有自己的模拟图形。模拟图形中的数据节点分配到的数据为当前参数，这些数据节点被分配的数据有：空压机的电流互感器、压力变送器和温度传感器的值；仓泵的料位计、电接点压力表的读值；灰斗的所有高、低料位计值；灰库的各料位监测设备数据、灰位布袋除尘器压差监测设备数据、布袋除尘器反吹扫空气压力设备数据；灰库的库顶布袋除尘器除尘风机、气化风机和分选系统的电流互感器、压力变送器和温度传感器的值等等。这些数据由数据分配单元分配到图形中对应的位置(即数据节点)。图形单元通过操作员站的屏幕以界面形式展示给工作人员。参考图2。

显示画面框架图形将界面分区，并建立链接，实现多图形切换显示。除模拟图形形象的反映整个机组运行状态外，还有部分参数的曲线图、趋势图，这些图形中分配的则是数据串，例如某个参数的一串历史数据。参考图3。

监控画面应包括：

·整个系统及部分分系统运行性能的监视画面及各阀门的状态显示。

·流程图

模拟图：灰库图、各炉的各单元系统图、分选系统图、气化风机、压缩空气、报警点、趋势、设定、系统信息等；连锁部分系统图。

监控系统能够满足运行人员使用要求，监控画面通过系统图中的文字、数字及颜色变化来显示现场设备的动态信息。如压力高、灰库料位高报警等。所有历史数据保存时间在一年以上，历史数据可转存。

本发明的数据报警单元当参数越限报警、控制对象故障或状态变化时，警示画面反应为不同颜色。

如图2所示的模拟图形，它是按照工艺流程图设计的画面，图形中的数据节点根据plc采集的数据表现为不同状态，因此屏幕中的图形画面中能显示工艺流程及测量参数，界面中还具备控制方式、顺序运行状况、控制对象状态的显示，也能显示成组参数。本程控系统完成后，#3、#4机组辅控运行控制室为操作员站，它是远程控制站。在站中工作人员通过程控系统提供的画面了解干除灰系统的运行状态，进行对干除灰系统的实时控制。

供操作员站屏幕尺寸为21英寸lcd。整个控制系统设三台独立操作员站，三台操作员站组态相同，互为备用。即运行人员可在任一台每台操作员站监控整个系统。当一台操作员站故障时，不影响监视和操作整套系统。每台操作员站配有双向以太网卡，与集中控制室控制网络通讯，通讯协议为tcp/ip。上微机应采用全中文图形人机界面，报警、显示、提示均为中文。系统具有丰富的提示。系统应具有定时报表打印及请求打印功能。

操作员站采用工控机，工控机选用当前主流配置，配置不低于pentiumiv2.4g,256m内存，80g硬盘(scsi总线)，50倍速刻录光驱，16m显卡，双以太网卡，标准键盘，鼠标器作为必选的光标定位装置。操作员站采用windowsnt操作系统，并配有最新版本瑞星杀病毒软件，以防止各类计算机病毒的侵害和plc存贮器的数据丢失。

监控系统设有严格的密码口令和级别保护，不同级别的人员只能操作和修改与自己权限相应的项目。

参考图1、2，以程控系统对仓泵的控制为例，具体反映本发明对干除灰系统的监测和控制方式：

plc控制器可根据料位计3传输过来的灰粉位置信号和仓泵10上方的电接点压力表9指示压力值信号，采取相应的处理。灰粉位置信号有三种：“高”、“正常”、“低”。当料位计3指示高料位，系统开进料阀7，关出料阀11、进气阀8、助吹阀12、带滤膜电磁阀13，干灰从灰斗5卸放到仓泵10进行转储。随着仓泵10不断储灰，仓泵10内部压力逐渐升高，当电接点压力表9所显示的压力超过定值i，其上方电接点压力表9电接点接通，上微机显示画面中电接点压力表图符显示红色，此时控制系统将关闭进料阀7停止干除灰。之后系统打开出料阀11，开带滤膜电磁阀13、助吹阀12、进气阀8并启动空压机15，在空气压力下仓泵10内部干灰经过灰管道6输往灰储罐16。在此期间，仓泵10内部压力继续升高，当压力超过定值ii，系统将停运空压机15，然后自动关闭进气阀8、助吹阀12、带滤膜电磁阀13。此后一段时间，仓泵10内部干灰逐渐减少，压力下降，当压力低于定值i时，电接点压力表9电接点断开，系统显示画面中显示为绿色，此时系统将自动关闭出料阀11，开启进料阀7，开启电气三通电动门6重新进入干除灰处理过程。

上微机的图形单元中具备仓泵的模拟画面，所述电接点压力表信号分配到仓泵的数据节点上，同理，图形单元中还有其它设备的图形，同样配置相应的数据节点、分配相应的信号。本程控系统显示整个干除灰系统工艺流程图。

程控系统对仓泵压力变化进行不同时段曲线跟踪显示；同理，对于其它需要记录历史值的设备也设置了相应的跟踪记录，对这些数据记录和存储由数据记录单元完成，通过数据分配单元、图形单元显示在上微机屏幕上。

参数显示、报警画面显示：当仓泵上方电接点压力表指示偏高时，系统自动发出警告声音，显示红色警告信号。仓泵的物理承载力确定其最高限值，系统正常运行要求保定最低限值，此限值记录在程控系统中，数据报警单元完成实时值与限值的对比。当料位计监视灰斗内料位高/低时，系统发出警示信号。

本程控系统可以对历史记录情况(当班人员操作记录、除灰次数、除灰时间、压力曲线图等)进行汇总、打印报表等。可以对生产过程中异常事件进行跟踪及报警记录。系统可以与主厂mis系统进行联网，便于工作记录信息登记、数据传输、上报等。

原有的控制系统以线性的或顺序的方式执行每条指令，而本程控系统则设计了模块结构和多层次控制，设计控制逻辑时进行自顶而下的逐步细化，这对于控制结构和功能比较复杂的系统更容易实现控制。控制系统结构如图4所示。

本发明程控系统有三种控制方式；自动程控运行，软手操运行，就地手操。

自动程序控制：设备由plc+pc控制自动运行，所需控制的设备按预先设定的程序流程、规则运行。

软手操运行：在上微机的crt上用鼠标和键盘对生产过程和所控设备，进行人工干预及点对点的操作。控制系统应对整个气力输灰系统(包括电除尘所有电场灰斗和输灰干管及支管、吹堵管路、仪用压缩空气管路、螺杆式空气压缩机及空气净化设备、干灰输送器及相关设备、灰库及电动给料机、切换阀、灰库灰位等，进行集中监视、管理、单个设备的启停操作和自动顺序控制。

就地手操：在所控设备旁的电磁阀箱或就控箱上，设手动、自动切换不关。

本程控系统控制关系如图5所示，图中虚线内为干灰输送系统程控系统部分。现场传感器是指阀门开、关到位信号，各灰斗及其发送罐的料位信号、压力信号、温度信号等。现场执行元件是指电磁阀、气动阀、及继电器、接触器等。

仪表和控制装置设备信号制式：模拟量输入/输出信号：4～20madc。

热电阻分度号：pt100，三线制。

热电偶分度号：e，k

压力开关(ps)、差压开关(dps)流量开关(gs)温度开关(ts)、物位开关(ls)和位置开关(zs)等，其接点应是快动无源干接点型，接点容量为220vac2a，每个开关都应配有两个独立的接点。

一个压力输送器单元要求配备一个单独就地控制盘。就地盘除具备就地操作功能，并具有远近控切换功能。

本发明改造的具体施工：

1、本次系统改造施工位置：#3、#4机组辅控运行控制室。

2、本程控系统设计的基本界面：图2为陡电#3～#4炉干除灰系统上微机监控画面图；图3为分屏显示的#3、4机组曲线图。

3、控制系统结构：本程控系统采用plc+pc控制方式。其中，

(a)plc控制器采用施耐德昆腾系列67160控制器，网络配置采用双网双电源的冗余配置，保证了网络安全。plc作为物理层，用于进行信号采集和干除灰系统中设备控制。

(b)pc控制作为管理层，它用于对plc采集的数据进行统计和处理以及向plc发布执行指令修改控制参数。本系统pc端的控制设备包括电源柜、程控柜、ups、可编程控制器plc、工控机、工程师站、操作员站等等，此外还包括全套通讯电缆等。上述设备通讯电缆将相连，plc控制器与pc控制器也是通过通讯电缆相连的。pc层上微机采用ipc技术，利用服务器与客户端进行实施数据通讯。pc管理层通过以太网与物理层plc控制器实现信息交互，plc主站与上微机所在远程站采用modiconrio网络连接，使得整个系统具有极高的可靠性。原有系统中开关和按钮进行的操作全部在上微机上通过鼠标或键盘来实现。

控制系统配置：

原有上位监控系统不足：(1)画面英文显示；(2)缺少历史趋势图显示；(3)输灰图形曲线不能动态显示，不能实时、直观地监视系统运行状态；(4)缺少报警监督画面提示。

本发明对监控系统优化后(1)本程控系统可查看实时曲线，也可以查看历史曲线，显示趋势画面，当输灰过程中出现异常时，方便对异常现象的查询和分析。(2)本程控系统设计有实时、直观的监视系统运行画面，将干除灰系统实时输灰曲线画面汇总在一个画面，显示实时输灰过程，方便辅控操作人员实时监视运行工况。(3)本程控系统设计了设备故障提示窗口，直接在程控画面上显示报警。(4)本程控系统为中文界面。

本发明可以自动地控制干除灰运行，有效地避免原系统因进料/出料过程控制划分不明显而引起管道堵塞等问题的出现。实时监控、故障显示记录提高了系统控制自动化系统化程度，提高了工作效率和粉煤灰的综合利用率。

本发明程控系统优化后为全中文界面，方便了辅控运行员工对气力输灰系统画面的阅读，新的程控系统能够反馈给操作人员的更多的运行数据、运行状态等信息，对干除灰系统的监视更加充分和全面，提高了工作效率，为我厂的设备健康水平提供了良好的保证。