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电站煤粉炉多媒体安全监控系统研究与开发
时间:2008-09-04 15:20:09

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      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。

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