电站煤粉炉多媒体安全监控系统研究与开发

      1 引言

      煤粉炉是发电厂应用最多的炉型，FSSS（Furnace Safeguard Supervisory
System）是保障煤粉炉安全运行的重要手段，我国50MW以上机组基本上都配置了
FSSS. 它可在锅炉正常运行、启动和停止阶段连续监视燃烧系统运行状态，在燃
烧不稳时发出报警，异常熄火时，可自动紧急停炉，防止锅炉爆炸。还可完成点
火前及停炉后炉膛自动吹扫，并能进行程控点火。目前我国大部分FSSS系统都为
常规板插件结构，采用继电器、逻辑组件、分离元件线路或硬件接线实现复杂的
逻辑控制功能。在系统中，逻辑信号多次转接，接线复杂，维修困难，信号干扰
大，可靠性低，经常造成非故障停机，影响了锅炉的安全运行。本文采用先进的
工业控制计算机和多媒体技术成功开发了电站煤粉炉多媒体FSSS，以逻辑软件取
代逻辑硬件，工业控制计算机取代板插件机柜，多媒体触摸屏CRT 取代常规手动
操作台，大大简化了系统结构，提高了可靠性，降低了设备投资，丰富了系统功
能，方便了使用操作，有效克服了常规FSSS的缺点。

      2 系统结构

      本系统采用双机“冗余”SCC （监督控制系统）结构。下位机为DDC （直
接数字控制），完成信号的采集、逻辑处理及输出控制功能。上位机为SCC ，完
成控制设定、模块组态、事故追忆分析、参数报表处理和系统仿真等管理功能。
上下位机采用光隔长线收发器进行串行通讯，SCC 也可接收输入信号，在DDC 出
现故障时，可自动切换到SCC 单独控制。采用SCC 结构可以保证监控系统具有较
高的可靠性。系统结构如图2 —1 所示。

      本系统包括火检柜、就地柜、接线柜、远手操控制台、DDC 和SCC 计算机
柜。火检柜进行火检信号的光电转换；就地柜完成系统调试和就地点火功能；接
线柜完成信号集线功能；远手操控制台作为由计算机自动控制无扰切换到手动控
制备用设备；DDC 和SCC 计算机柜完成信号采集、逻辑处理、反馈控制和系统管
理功能。工业控制计算机采用抗振、防尘、抗干扰和适于恶劣环境下长期工作的
台湾研华IPC610-586工控机，信号采集模板均采用研华工控产品，主要包括：PCL
－720DI ／O 转换板、PCLD－780DI 输入接口板和PCLD－785 继电器输出接口板
等。模板的驱动采用研华公司开发的“PCL DI／O for VB”控件。RS232 光隔长
线收发器串行通讯由VB“Mscomm”控件实现。

      由上图可知，采用一个计算机控制柜即可取代常规FSSS十几个逻辑控制柜，
大大简化了系统结构。本系统可根据实际情况进行就地操作、远动手操、DDC 和
SCC 4 种控制方式，具有较强的“冗余”功能，有效保证了系统的可靠性。

      3 系统功能

      3.1 多媒体功能设计

      一般采用IPC （工业控制计算机）和PLC （可编程控制器）技术的FSSS，
设备状态和参数变化基本上都以单一的文本或简单的画面显示，既不形象，也不
直观。报警大都为单调的声光报警，大量报警信号在声光报警盘上闪烁，运行人
员难以迅速作出判断，不利于操作控制。本系统的最大特点是充分利用计算机多
媒体技术实现监控功能，利用“图、文、声”并茂的方式开发了便于运行操作的
功能模块。系统模拟和操作画面均采用动画制作，并利用语音进行报警及操作指
导，采用先进的触摸屏技术，设计了多种界面友好的CRT 操作窗口和菜单，操作
人员只需根据语音提示及模拟的设备运行状态即可在触摸屏CRT 操作台上进行相
应的操作。操作画面均为三维立体动画，由VB“Picture ”控件和PhotoShop 软
件实现。语音报警及操作指导功能由WIN98 多媒体附件“录音机”和VB“Multimedia”
控件实现，语音信息均录制成“*WAV”数据文件。

      3.2 主要功能模块

      本系统采用工控机软件编程取代硬件逻辑设备，不但完成常规FSSS的所有
功能，而且增加了事故追忆、模块组态、仿真培训、参数报表，逻辑分析调试等
多种辅助管理功能，大大提高了系统可靠性和可用性，方便了使用操作与运行管
理。

      （1 ）火焰检测功能完成实时检测角火焰、层火焰波动情况，判断角、层
火焰丧失及炉膛灭火，区分油、粉火焰和火检信号失效报警等功能。

      （2 ）MFT 功能是FSSS的核心功能，锅炉正常运行时，实时监视燃烧系统
设备运行状况，参数越限自动启动语音报警。产生MFT 首因时，自动触发MFT 信
号，切断燃料供应，利用语音报告MFT 原因，并记忆事故首因。

      （3 ）炉膛吹扫功能炉膛熄火停炉、点火启动前及点火失败后，若满足吹
扫条件，即可启动吹扫，并保证至少吹扫5 分钟，使炉膛不残留可燃物，防止锅
炉爆炸。该功能在语音和窗口操作提示下由操作人员完成。若不满足吹扫条件，
则会用语音告知运行人员故障原因及处理方法。

      （4 ）CRT 主操作台主操作台是人机交互的主要界面，主要完成FSSS总体
监控功能，如图3 —1 所示。该界面布置了功能菜单项、系统监控总貌、火焰透
视和手动MFT 按钮。界面上的风机、给粉机转动设备，风、粉、油的输送，动态
火焰，水位、压力波动均采用实时动画模拟。界面布置简单明了，运行人员可直
观地了解锅炉总体运行状态，并可直接在CRT 界面上控制设备的启停。还可选择
菜单进入下一级功能项。为防止发生异常事故，该界面还设置了双触发手动MFT
紧急跳闸功能。

      （5 ）CRT 程控点火是FSSS的主要功能之一，可在CRT 操作完成程控点火
功能，如图3 —2 所示。

      图中，油枪、点火枪、点火器的工作过程及状态，油层、粉层动态火焰，
所有开关阀门的开闭，风、粉、油输送均用实时动画模拟，运行人员可在CRT 上
直观地了解点火过程并可在CRT 上直接操作。该操作画面还设计了风粉系统、油
系统、锅炉本体和火焰检测4 个文本窗口，可清楚地了解设备运行状态和参数变
化。本画面还配有语音操作提示和报警功能，语音系统根据点火逻辑，录制了大
量操作提示信息，运行人员只要按照语音所说步骤和模拟画面信息即可完成程控
点火。当设备出现故障（如油枪、点火枪卡涩、点火器无火、油角阀泄漏等）和
点火失败时，计算机会告诉运行人员应该采取的措施。为防止点火时出现异常，
该界面也设置了手动MFT 紧急跳闸功能。

      （6 ）二次风管理功能锅炉正常运行时，二次风由CCS （协调控制系统）
控制，点火启动时由FSSS控制，保证锅炉在点火启动和低负荷时，二次风比例合
适。

      （7 ）自动增减负荷功能根据锅炉负荷及燃烧状态，自动调整风粉比例及
辅助燃油的投入，消除低负荷经常出现的“燃料丧失”错误信号。

      （8 ）事故追忆功能（黑匣子）是本系统的重要功能，可完成MFT 事故前
5 分钟和事故后3 分钟设备运行状态及所有操作的实时记录，为事故分析提供依
据。根据MFT 发生规律和事故分析经验，还设计了专家系统辅助故障诊断功能，
保证了事故分析的客观性和准确性。

      （9 ）动态逻辑图模块 FSSS 信号多，逻辑复杂，调试工作量大，为了便
于系统投运和实时逻辑分析，设计了动态逻辑图模块。主要包括MFT 逻辑、吹扫
逻辑、火检逻辑和角启动／停止逻辑。操作人员可在动态逻辑图中清楚地了解逻
辑流程中各信号的变化，信号的输入输出均可由触摸屏直接控制，大大方便了系
统的调试和投运。

      （10）参数报表管理设计了设备运行参数报表的自动制作、打印和重要数
据的永久存贮功能，便于运行管理。

      （11）仿真培训模块用于培训操作人员，仿真训练时，自动切断输入输出
通道。上位机作为锅炉设备仿真器，向下位机发出设备运行状态信号，下位机则
根据所接收信号和内置逻辑进行FSSS所有功能的实时仿真，培训人员可在软仿真
操作台上进行各种模拟操作，本仿真模块也可作为教学软件。

      （12）系统组态功能在逻辑编程中均留有备用逻辑端口，用户可以根据实
际情况进行信号的增减，便于用户的二次开发。

      4 可靠性设计

      FSSS尽管可以保障锅炉的安全运行，但若设计不当容易造成非故障跳闸，
反而影响锅炉的安全运行。本系统除了采用高性能的工业控制计算机和控制模块
外，还重点进行了可靠性设计。

      （1 ）错误的火检信号是造成锅炉非故障跳闸的主要原因，本系统采用德
国进口火检探头，并进行“冗余”布置，调整最佳安装位置。火检信号均采用2
／4 逻辑，并加入延时处理。根据油、粉火焰强度和频率不同及油、粉层投运情
况设计油、粉火焰区分逻辑，有效避免了低负荷及投油助燃时易产生“火焰丧失”
错误信号的可能性。

      （2 ）对逻辑模块中的时间搭配及逻辑执行主次顺序进行优化处理，采用
VB的“Timer ”控件实现实时多任务控制功能，保证模块分时合适。

      （3 ）针对点火时汽包水位、油压、炉膛压力和风量波动频繁现象，设计
了点火与正常运行时不同的阀值，有效避免了点火时非故障跳闸现象。

      （4 ）输出模块中加入“门槛”和连锁功能，不论逻辑输出结果如何，关
键参数的连锁无条件执行（如油角阀与吹扫阀不能同时开等）。

      （5 ）数据采集处理模块中加入输入信号防抖动处理和信号断线判断；输
出控制时，连续送出多次，保证信号准确送出。

      （6 ）主要CRT 界面均设有紧急手动MFT 功能，为防止勿动，MFT 均为双
触发有效。

      （7 ）采用SCC —DDC 双机“冗余”和远手操、就地操作相结合的监控结
构，保证控制系统可靠运行。

      5 系统特点

      与常规FSSS系统相比，本系统主要有以下特点：

      （1 ）以逻辑软件取代逻辑硬件，工控机取代板插件，触摸屏CRT 取代手
动操作台，系统结构简单，初投资少，可靠性高，维护方便。

      （2 ）利用多媒体技术开发“图、文、声”并茂的功能模块，系统功能丰
富，界面友好，操作简单，人机交互方便。

      （3 ）设计事故追忆和故障辅助分析专家系统，便于事故的分析处理。

      （4 ）设计仿真培训、动态逻辑分析和系统组态功能，便于系统的调试、
二次开发和操作人员的培训。

      （5 ）采用多种措施提高系统可靠性，大大减少了锅炉非故障停机的可能
性。

      6 结论

      本系统已成功投运于长广电厂，实际应用表明，采用多媒体技术和工业控
制计算机开发的电站煤粉炉多媒体安全监控系统完全可以取代常规FSSS. 系统结
构简单，可靠性高，维护方便，初投资少，功能丰富，操作直观。确保了锅炉的
安全可靠运行，具有一定应用推广价值。