除灰控制系统及方法
【专利摘要】本发明公开了一种除灰控制系统及方法，该控制系统包括总控装置，与总控装置通过现场总线协议连接的除灰控制装置，与除灰控制装置连接的除灰设备，除灰控制装置包括具有现场总线接口的仪表设备；除灰控制装置还包括控制器，以及与控制器连接的现场总线接口卡，仪表设备通过现场总线接口卡连接所述控制器。本发明的整个除灰控制系统没有常规I/O卡件，所有的仪表设备通过现场总线接入到控制系统，不需要常规控制电缆。本发明能够降低除灰控制系统工程造价，提高除灰控制系统数字化和信息化水平，减少运行维护工作量。
【专利说明】除灰控制系统及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及电厂辅助系统领域，特别涉及一种除灰控制系统及方法。
【背景技术】
[0002]燃煤发电厂在发电过程中，将产生大量的工业废弃物(飞灰或粉煤灰)。为了保证锅炉系统的安全运行，同时为了保护环境，必须及时将这些粉煤灰清除运走，并将废物综合利用。目前广泛采用气力除灰系统，气力输送是以压缩空气(或其它气体)为载体，与粉粒状物料在一定混合比的情况下，在密闭管道内通过气力由一处送往另一处的输送方式。气力除灰系统的主要任务是以仓泵为发送器，以压缩空气作动力，沿除灰管道将电除尘器搜集的飞灰干法送至灰库，然后把灰库里的干灰用车装运，或者搅拌成湿灰用汽车外运。
[0003]除灰系统是燃煤电厂的一个重要的辅助车间，设备数量多，工艺流程相对简单。传统技术中，除灰监控控制采用常规仪表和控制系统，控制系统造价较高，信息量和自动化水平比较低，运行和检修人员工作量大。传统技术中，除灰系统就地仪表采用常规仪表；控制系统采用PLC或DCS，如采用PLC则纳入辅助车间控制网进行控制，如采用DCS则纳入单元机组进行控制。这种除灰系统采用I/O点较多，两台1000MW机组的除灰系统I/O点数约为800-1000点，需要大量的控制机柜，控制电缆，电缆桥架等。除灰系统仪表和控制设备故障率较高，由于采用常规仪表和控制设备，操作人员必须到现场进行检查以确定故障类型并进行处理。
【发明内容】
[0004]基于此，为了解决上述控制系统造价较高、信息量和自动化水平比较低、运行和检修人员工作量大的问题，本发明提出一种除灰控制系统及方法。
[0005]本发明提出一种除灰控制系统，其技术方案如下:
[0006]一种除灰控制系统，包括总控装置，与总控装置通过现场总线协议连接的除灰控制装置，与除灰控制装置连接的除灰设备，除灰控制装置包括具有现场总线接口的仪表设备；除灰控制装置还包括控制器，以及与控制器连接的现场总线接口卡，仪表设备通过现场总线接口卡连接所述控制器。
[0007]所有的仪表设备均采用具有现场总线接口的数字化智能设备，通过现场总线接口卡将所有的仪表设备接入控制系统，整个除灰控制系统不需要常规I/O卡件和常规控制电缆，从而节省了大量的控制柜、电缆以及电缆桥架，节约了成本；另外，在除灰控制系统中采用现场总线技术，使用智能仪表设备，提高了控制系统的自动化水平，减少了运行人员培训工作量及运行维护工作量。
[0008]下面对其进一步技术方案进行说明:
[0009]优选的是，仪表设备包括带总线接口的压力变送器和/或料位计，除灰控制装置包括多个分线盒，压力变送器和/或料位计通过分线盒与现场总线接口卡连接。若干个变送器接入到PA分线盒后，通过一根总线电缆与现场总线接口卡连接即可，而不需要每个变送器使用一根常规电缆通过常规的I/o卡件接入到控制系统。
[0010]优选的是，仪表设备包括开关或阀门，除灰控制装置包括具有现场总线接口模块的阀岛，开关或阀门通过阀岛与现场总线接口卡连接。多个开关或阀门接入总线阀岛，通过一根总线电缆接入到控制系统即可，而不需要每个开关或阀门使用一根或两根常规电缆通过常规的I/o卡件接入到控制系统。
[0011]优选的是，仪表设备包括电动机，以及连接电动机的具有现场总线接口的马达控制器，马达控制器与总控装置连接。即电动机采用智能马达控制器接入到控制系统中，不需要每个电动机使用至少两根常规多芯电缆接入到控制系统。
[0012]优选的是，除灰控制系统包括连接仪表设备与现场总线接口卡的光缆，以及设置在光缆上的光电转换器。现场总线接口卡与智能仪表设备之间采用光纤光缆或双绞线连接，不使用常规电缆，通过少量的现场总线电缆接入控制系统。为提高系统的可靠性和抗干扰能力，还可通过光电转换器转换后采用光缆将仪表设备接入到控制系统中。
[0013]本发明还提出一种除灰控制方法，包括如下步骤:
[0014]除灰控制系统的各仪表设备控制相应的除灰设备；
[0015]各仪表设备通过现场总线协议与除灰控制装置的现场总线接口卡连接通讯，现场总线接口卡与除灰控制装置的控制器连接通讯；
[0016]除灰控制装置与总控装置连接通讯。
[0017]下面对其进一步技术方案进行说明:
[0018]优选的是，仪表设备中具有现场总线接口的变送器或料位计通过分线盒与现场总线接口卡连接通讯。
[0019]优选的是，仪表设备中的开关或阀门通过具有现场总线接口模块的阀岛与现场总线接口卡连接通讯。
[0020]优选的是，仪表设备中的电动机通过具有现场总线接口的马达控制器与除灰控制装置连接通讯。
[0021]本发明具有如下突出的优点:
[0022]1、降低除灰监控系统工程造价，减少输灰系统电缆量，减少电缆桥架量，减少除灰控制系统普通I/o点硬件；
[0023]2、提高除灰系统数字化和信息化水平，数字化仪表设备可以提供除控制所需之外的设备信息；
[0024]3、减少运行维护工作量，可以通过控制系统远程对就地设备进行设定和调校，可以通过设备信息对设备进行故障诊断。
【专利附图】
【附图说明】
[0025]图1是本发明实施例中除灰控制系统中#1机组除灰系统网段示意图；
[0026]图2是本发明实施例中除灰控制系统中除灰公用系统网段示意图；
[0027]图3是本发明实施例中除灰控制系统示意图。
[0028]附图标记说明:
[0029]100-机组除灰系统网段，(110，210)-除灰设备，(120，220)-开关或阀门，(130，230)-阀岛，140-变送器，150-分线盒，(160，260)-终端电阻，(170，270)-光电转换器，(180，280)-现场总线接口卡，200-除灰公用系统网段，300-除灰控制装置，400-总控装置。
【具体实施方式】
[0030]下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。
[0031]如图1至图3所示，本发明提出一种除灰控制系统，包括总控装置400，与总控装置400通过现场总线协议连接的除灰控制装置300，与除灰控制装置300连接的除灰设备(110，210)，除灰控制装置300包括具有现场总线接口的仪表设备，除灰控制装置300还包括控制器，以及与控制器连接的现场总线接口卡(180，280)，仪表设备通过现场总线接口卡(180,280)与控制器连接。
[0032]所有的仪表设备均采用具有现场总线接口的数字化智能设备，通过现场总线接口卡(180，280)将所有的仪表设备接入控制系统，整个除灰控制系统不需要常规I/O卡件和常规控制电缆，从而节省了大量的控制柜、电缆以及电缆桥架，节约了成本；另外，在除灰控制系统中采用现场总线 技术，使用智能仪表设备，提高了控制系统的自动化水平，减少了运行人员培训工作量及运行维护工作量。
[0033]如图3所示，除灰控制系统包括总控装置400，与总控装置400通过现场总线连接的多个除灰控制装置300，以及分别与除灰控制装置300连接的多个(包括#1、#2、#3等等)机组除灰系统网段100 (即多个单元机组除灰控制系统)，和除灰公用系统网段200 (即公用除灰控制系统)。总控装置400包括工程师站和操作员站，对整个系统进行监控，控制系统中所有控制设备及仪表设备的运行，即通过除灰控制装置300控制各除灰系统网段，向被控设备发送控制指令并从控制设备收集反馈信息等。
[0034]除灰控制系统包括多种除灰控制装置300，除灰控制装置300包括控制器，此处的控制器包括分散处理单元(即DPU)，即#1机组除灰系统DPU、#2机组除灰系统DPU，除灰公用系统DPU等等，其分别与多个现场总线接口卡(180，280)连接在一起，不再使用具有众多I/O卡件的控制柜来连接，从而减少了大量的常规I/O卡件。此处的控制器也可以为其他装置设备，如大型单片机、CPU或操作员站等等可起到控制作用的装置设备。
[0035]如图1所示，机组除灰系统网段100中的除灰控制装置还包括多种智能仪表设备。智能仪表设备包括带总线接口的压力变送器140和/或料位计。除灰控制装置还包括多个分线盒150，压力变送器140和/或料位计通过分线盒150与现场总线接口卡180连接。若干个变送器140和/或料位计接入到PA分线盒150后，通过一根现场总线电缆与现场总线接口卡180连接即可。一个PA分线盒150可接入8-10个设备，即可根据需要最多能接入8-10个压力变送器140或料位计，即可节约大量的电缆。而在常规系统中，一个变送器140需要一根常规电缆接入到控制系统中，浪费电缆，而且需要设置多个I/O点进行连接。此处包括两个四口的PA分线盒150，通过现场总线电缆串联在一起，每个PA分线盒连接两个压力变送器，四个压力变送器140连接的除灰设备110分别为输送压缩空气设备、仪用压缩空气设备、灰管1、灰管2等等。还可以包括其他的分线盒150，以及与之连接的仪表设备和除灰设备。
[0036]智能仪表设备还包括各种开关或阀门120，而除灰控制装置包括具有现场总线接口模块的阀岛130，开关或阀门120通过阀岛130与现场总线接口卡180连接。多个开关或阀门120接入总线阀岛130，多个阀岛130串接在一起，再通过一根现场总线电缆接入到控制系统即可，而不需要每个开关或阀门120使用一根或两根常规电缆通过常规的I/O卡件接入到控制系统。每个阀岛可接入8-10个设备，即最多可接入8-10个开关或阀门120。而在常规系统中，每个料位开关需要通过一根常规电缆接入到控制系统，每个阀门需要通过至少两根多芯常规电缆接入到控制系统(需要设置3-5个I/O点)。这里的开关或阀门120包括多个仓泵进气阀、仓泵排气阀、仓泵进料阀、仓泵出料阀等等，以及与之连接的多个除灰设备110即多个布袋室除灰设备或静电除尘各电场除灰设备(即#1电场除灰设备、#2电场除灰设备、#3电场除灰设备、#4电场除灰设备等等)；还包括多个省煤器输灰器进气阀、省煤器输灰器进料阀、省煤器灰斗排气阀、省煤器输灰器补气阀等等，以及与之连接的省煤器仓泵设备。
[0037]在图2中，即在除灰公用系统网段中，开关或阀门220包括与除灰设备210即灰库设备连接的多个灰库顶切换阀。所有仓泵阀门用二位五通电磁阀控制，气源阀门采用二位二通电磁阀。
[0038]此外，智能仪表设备还包括电动机，以及连接电动机的具有现场总线接口的马达控制器，马达控制器与总控装置400连接。即电动机采用智能马达控制器接入到控制系统中。而在常规控制系统中，每个电动机需要使用至少两个根常规多芯电缆接入到控制系统(需要设置5-8个I/O点)。此外，智能仪表设备还包括电加热器、气化风机以及其他仪表设备。
[0039]除灰控制系统包括连接仪表设备与现场总线接口卡(180，280)的光缆，以及设置在光缆上的光电转换器(170，270)。光电转换器(170，270) —般连接在光缆的两端，对光电信号进行相互转换。现场总线接口卡(180，280)与智能仪表设备之间采用光纤光缆或双绞线连接，不使用常规电缆，通过少量的现场总线电缆接入控制系统。为提高系统的可靠性和抗干扰能力，还可先将仪表设备通过现场总线电缆或双绞线连接到分线盒150或阀岛(130，230)，再通过现场总线电缆或双绞线将所有阀岛(130，230)或分线盒150等串联起来，再采用光缆并通过光电转换器(170，270)转换后将其接入到控制系统中。所有仪表设备通过阀岛(130，230)或分线盒150等串联在现场总线电缆上，并在现场总线电缆的末端设置终端电阻(160，260)，使信号到达传输线末端后不反射。
[0040]另外，除灰控制系统采用现场总线的另外一个好处是，现场智能仪表设备的信息可以通过现场总线传输到控制系统进行监控。例如，常规变送器只能输出4-20mA的压力信号到控制系统中，但是采用智能压力变送器，可以将除了 4-20mA压力信号之外的其他信息，例如变送器的品牌、型号、零点漂移量等传输到控制系统中。由于采用现场总线，还可以在控制室对就地压力变送器进行远程调校，不需要到现场去调校。
[0041]气力除灰系统包括干除灰系统、空压机系统、气化风系统、灰库系统四个部分。气力除灰系统以仓泵为发送器，以压缩空气作动力，沿除灰管道将电除尘器搜集的飞灰干法送至灰库设备，整个过程以密封管道的形式输送。系统设有专用空气压缩机作为干灰输送动力并兼作控制气源，在系统末端设有储存粗灰、细灰的干灰库。其中#1、#2电场除灰设备的灰是粗灰，#3、#4电场除灰设备的灰是细灰。
[0042]除灰系统还包括除尘器下的灰斗、灰库及其附属设备、空压机、灰储罐、输送设备、管道、仓泵、阀门等。输灰管道上接电除尘系统并通向除尘器，经除尘器过滤后细灰粉进入干灰库。干灰经灰斗排出后通过进料阀进入仓泵，从出料阀排出，最终排往灰库得以收集和再利用。
[0043]此外，除灰控制方法的步骤如下:
[0044]除灰控制系统的各仪表设备控制相应的除灰设备(110，210)。具体地，各种智能仪表设备如电磁阀控制各个除灰设备110的开启与关闭，即各种开关或阀门(120，220)控制相应的除灰设备(110，210) (BP #1电场除灰设备、#2电场除灰设备、#3电场除灰设备、#4电场除灰设备、省煤器仓泵设备以及灰库设备等等)，多个压力变送器140或料位计等监控除灰设备110 (即输送压缩空气设备、仪用压缩空气设备、灰管1、灰管2等等)的状态，电动机控制除灰系统内的风机或泵的运行等，其他仪表设备控制其他除灰设备的运行和动作；
[0045]各仪表设备通过现场总线协议与除灰控制装置300的现场总线接口卡(180，280)连接通讯，现场总线接口卡(180，280)与除灰控制装置300的控制器连接通讯。其中，现场智能仪表设备中具有现场总线接口的变送器140和/或料位计等通过分线盒150与现场总线接口卡(180，280)连接通讯，相互传递信息；现场智能仪表设备中的各种开关或阀门(120，220)通过具有现场总线接口模块的阀岛(130，230)与现场总线接口卡(180，280)连接通讯，相互交换信息；仪表设备中的电动机通过具有现场总线接口的马达控制器与除灰控制装置300连接通讯；其他智能仪表设备也通过现场总线协议与除灰控制装置300连接通讯，相互发送或接受控制和监测信息；
[0046]除灰控制装置300与总控装置400连接通讯。即总控装置400中的工程师站或操作员站对除灰控制装置300 (包括控制器，即#1机组除灰系统DPU、#2机组除灰系统DPU，除灰公用系统DPU等等)进行监控或操作，从中获取信息或者发送控制指令等。
[0047]总之，本发明的整个除灰控制系统没有常规I/O卡件，所有的仪表设备通过现场总线接入到控制系统，不需要常规控制电缆。本发明能够降低除灰控制系统工程造价，提高除灰控制系统数字化和信息化水平，减少运行维护工作量。
[0048]以上所述实施例仅表达了本发明的【具体实施方式】，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。
【权利要求】
1.一种除灰控制系统，其特征在于，包括总控装置，与总控装置通过现场总线协议连接的除灰控制装置，与所述除灰控制装置连接的各种除灰设备，所述除灰控制装置包括具有现场总线接口的仪表设备；所述除灰控制装置还包括控制器，以及与所述控制器连接的现场总线接口卡，所述仪表设备通过所述现场总线接口卡连接所述控制器。
2.根据权利要求1所述的除灰控制系统，其特征在于，所述仪表设备包括带总线接口的压力变送器和/或料位计，所述除灰控制装置包括多个分线盒，所述压力变送器和/或料位计通过所述分线盒与所述现场总线接口卡连接。
3.根据权利要求1所述的除灰控制系统，其特征在于，所述仪表设备包括开关或阀门，所述除灰控制装置包括具有现场总线接口模块的阀岛，所述开关或阀门通过所述阀岛与所述现场总线接口卡连接。
4.根据权利要求1所述的除灰控制系统，其特征在于，所述仪表设备包括电动机，以及连接所述电动机的具有现场总线接口的马达控制器，所述马达控制器与总控装置连接。
5.根据权利要求1-4任意一项所述的除灰控制系统，其特征在于，所述除灰控制系统包括连接所述仪表设备与所述现场总线接口卡的光缆，以及设置在光缆上的光电转换器。
6.一种除灰控制方法，其特征在于，包括如下步骤: 除灰控制系统的各仪表设备控制相应的除灰设备； 各仪表设备通过现场总线协议与除灰控制装置的现场总线接口卡连接通讯，现场总线接口卡与除灰控制装置的控制器连接通讯； 除灰控制装置与总控装置连接通讯。
7.根据权利要求6所述的除灰控制方法，其特征在于，仪表设备中具有现场总线接口的变送器或料位计通过分线盒与现场总线接口卡连接通讯。
8.根据权利要求6所述的除灰控制方法，其特征在于，仪表设备中的开关或阀门通过具有现场总线接口模块的阀岛与现场总线接口卡连接通讯。
9.根据权利要求6所述的除灰控制方法，其特征在于，仪表设备中的电动机通过具有现场总线接口的马达控制器与除灰控制装置连接通讯。
【文档编号】G05B19/418GK103699094SQ201310720249
【公开日】2014年4月2日 申请日期:2013年12月23日 优先权日:2013年12月23日
【发明者】吴国瑛, 刘宇穗, 黄冬兰, 刘辉, 陈一衡 申请人:中国能源建设集团广东省电力设计研究院