CN104483952A - 一种基于fcs现场总线技术的新型智能化输煤控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于FCS现场总线技术的新型智能化输煤控制系统，包括卸煤系统，数字化煤场管控系统，上煤管控系统，筒仓混煤掺烧管控系统和附属系统；本发明使火电厂达到减员增效的目的；通过智能化的燃煤管理，减少因管理漏洞造成的入炉煤热值差损失；通过系统流程、路径自动选择，减少因运行人员运行习惯造成的能耗增加，有效地降低额外增加的燃料成本；实现输煤现场无人值守，大大减轻输煤人员劳动强度、改善工作环境；FCS现场总线技术具有节省硬件数量与投资、节省安装费用、节省维护开销、用户具有高度的系统集成主动权、提高了系统的准确性与可靠性等优越性，真正实现了“信息集中，控制分散”全分布式系统。
Description
技术领域
本发明属于火力发电厂的生产调度技术领域，尤其涉及一种基于FCS现场总线技术的新型智能化输煤控制系统。
背景技术
据不完全统计，当前火力发电厂燃料成本已占到电厂经营成本的70%以上，燃料系统的运行成本已成为关乎电厂经济效益的主要因素，在煤炭市场化的形式下，有效地提高输煤系统的自动控制和燃料管理水平是节约成本、减员增效的重要手段，是国内众多火电厂需要进一步解决的问题。
电厂输煤系统具有运行设备繁杂、运行时间长、工作任务重、运行人员劳动强度大、运行环境差、设备维护及时性差等特点。相较于火电厂其它系统已经达到的一键运行的控制水平，输煤系统的控制水平是很低的。
目前的火力发电厂输煤程控系统主要是采用PLC+LCD控制方式，利用PLC对整个输煤系统设备进行数据采集和控制。系统由人机接口、PLC主机、远程I/O和现场传感器组成。能够实现的功能主要有：上煤程控、配煤程控、设备统计、煤仓位测量、设备事故报警、管理监测、部分电源监测等。但是这些功能仅限单模块完成，各功能间没有衔接，而且，从输煤系统流程的整体来看，还有相当多的系统没有参与管控，如汽车来煤车辆管理、汽车衡、汽车卸煤、翻车机卸煤、采制样、斗轮机、筒仓混配煤、点检 、设备维护、人员管理等；还存在另外一些问题，如监控少、设备采集信息量少、数据不准确、测量设备不可靠、电机空转时间长、耗用电缆量大等。综合来看，现有输煤程控系统存在监控不完善、自动化程度低、需要大量人工参与等缺点。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于提供一种基于FCS现场总线技术的新型智能化输煤控制系统，以解决现有技术存在的问题。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种基于FCS现场总线技术的新型智能化输煤控制系统，包括卸煤系统，数字化煤场管控系统，上煤管控系统，筒仓混煤掺烧管控系统；
所述卸煤系统，对汽车卸煤沟按不同煤质燃煤进行分区管理；根据各矿点预报的来煤计划生成汽车来煤预告单；通过设置在来煤车辆上的无线身份ID卡，对来煤车辆进行身份识别；通过分布于煤场各区域的定位终端和引导终端，引导来煤车辆到达指定煤场区域位置，并为其自动分配汽车衡站和采制样站进行自动称重和采制样；对火车来煤电子轨道衡、火车来煤自动采样系统、智能翻车机控制系统通过FCS现场总线进行集中控制；
所述数字化煤场管控系统，实时采集煤场存煤数据，以三维数字化煤场方式展示煤场进出煤状态，同时嵌入实时煤场视频监控画面，及时获取煤场的动态储存情况，并向其他系统实时传递主要决策数据；
所述上煤管控系统，自动执行已制定的上煤流程；
所述筒仓混煤掺烧管控系统，自动进行取料决策；优化配煤的煤质及比例，计算最佳的上煤方案；确定取煤路径，自动完成取料作业；对煤仓的煤种及其分界面进行实时检测；对给煤机的组态和给煤量进行优化。
包含信息层、主控层和FCS现场总线层，每层网采用双环网冗余、热备；信息层为控制系统的顶层，是非实时和管理数据通道，连接主控层；主控层为中间层，是实时控制数据通道，连接信息层、FCS现场总线层、DPU、操作员站、工程师站和历史数据站；FCS现场总线层为底层，是现场过程参数、状态、诊断数据通道，连接主控层，通过FCS现场总线连接现场总线仪表。
还包括故障诊断及维护系统：煤场运行设备电机、减速机、滚筒轴承处安装智能测温传感器，破碎机、大功率电机轴端安装振动传感器，皮带机安装可靠的跑偏、温度传感器，利用数据采集技术形成设备状态数据库、故障诊断数据库；煤场固定设备安装固定监测摄像头，沿皮带机设移动巡检摄像头，使原来的巡检、点检由中控室远程完成，并为设备状态数据库、故障诊断数据库提供相应数据；所有备品备件建立备件数据库，故障诊断和设备状态需要维修时结合备品备件数据库生成检修工单，明确维护负责人、时间、备件型号、数量信息，并自动生成采购申请。
还包括智能工业电视系统，实现自动跟踪监视、故障报警跟踪监视和自动巡视；输煤设备点检管理系统，通过FCS现场总线技术把所有设备状态的实时信息采集到设备管理服务器中，对设备的状态进行评估，针对不同的设备历史状态信息采取不同的措施；广播呼叫系统，实现通话和扩音广播呼叫；火警报警联动系统，自动向监控中心传递火警信息，控制建筑物内的公共设备和专用灭火设备，实施救人、灭火；人员动态轨迹管理系统，实现大范围巡检工作，实时记录巡检信息、巡检人员巡检轨迹、隐患故障现场图像、视频采集信息；多媒体控制系统，监察输煤系统各设备的运行情况，及时的发现系统运行故障，并能与其他系统联动，指挥相关工作人员协调工作。
本发明的有益效果：1、大大减少人工的参与，使火电厂达到减员增效的目的；通过智能化的燃煤管理，减少因管理漏洞造成的入炉煤热值差损失；通过系统流程、路径自动选择，减少因运行人员运行习惯造成的能耗增加，有效地降低额外增加的燃料成本；2、将输煤系统控制室主机系统集控室合并布置，甚至可以实现输煤现场无人值守，大大减轻输煤人员劳动强度、改善工作环境；3、FCS现场总线技术具有节省硬件数量与投资、节省安装费用、节省维护开销、用户具有高度的系统集成主动权、提高了系统的准确性与可靠性等优越性，真正实现了“信息集中，控制分散”全分布式系统。
附图说明
图1为本发明的基础数据框图。
图2为本发明的控制范围平面示意图。
图3为本发明的组成示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
参见图1-图3。本发明提供一种基于FCS现场总线技术的新型智能化输煤控制系统，汲取目前各种适用于输煤系统的新技术、新装备，以及国内自动化厂商开发的成熟、先进的控制系统。采用FCS现场总线控制技术，根据卸煤、储煤、混煤、配仓、上煤等系统工作要求预设运行路径。在输煤系统运行当中，通过调取数据库内各输煤子系统的实时数据，并结合主机DCS混煤、配仓要求等信息，自动选择预设系统功能和最佳运行路径，最终实现一键运行功能。
智能化输煤控制系统包含信息层、主控层和FCS现场总线层。信息层为控制系统的顶层，是非实时和管理数据通道，连接主控层；主控层为中间层，是实时控制数据通道，连接信息层、FCS现场总线层、DPU、操作员站、工程师站和历史数据站；FCS现场总线层为底层，是现场过程参数、状态、诊断数据通道，连接主控层，通过FCS现场总线连接现场总线仪表。控制系统通讯结构采用双环网冗余、热备。
本发明包括卸煤系统，数字化煤场管控系统，上煤管控系统，筒仓混煤掺烧管控系统和附属系统：
（一）卸煤系统
1 汽车卸煤系统
来煤车辆管理、车辆引导系统、智能汽车衡站、智能化采制样站和智能汽车卸煤沟组成了汽车卸煤系统。它把燃料管理中所涉及的煤炭、车辆、设备、人、管理细节等孤立信息联成一个可靠的系统，实现车辆智能化管理、车辆路径自动引导、自动称重、采制样及卸煤沟给煤机的智能控制。
1) 来煤车辆管理：管理系统录入各矿点预报的来煤计划，形成次日厂内来煤计划。通过汽车来煤预告单，用户可查当日及次日车辆及来煤信息，系统自动分配称重衡号及采样机号。
2) 车辆引导系统：车辆引导系统，是以区域定位模式，利用煤场区域内分布于各个区域的定位终端和引导终端进行运煤车辆的区域定位，引导运煤车辆到达指定位置。
3) 智能汽车衡站：智能汽车衡站将设为无人值守系统。每辆计划内的固定运煤车辆都设置有无线身份ID卡，非固定运煤车辆进厂前发放身份卡，车辆进入识别区后系统进行身份无线的识别。根据数据库中的车辆信息自动分配汽车衡站和采制样站。在称重和采样时会有专用的摄像机抓拍车牌信息和实时录制整个过程，并根据车辆的历史信息判断重量是否在合理范围，超出后将会报警。
4) 智能化采制样站：智能化采制样站能够全自动采样、制样、集样、弃样，保证采样样品的真实性。每辆车的采样点是计算机随机选择的，以保证样品的代表性、公正性。智能化采制样站能够自动清洗确保不混料。采样后的样品可自动缩分、集样、打包、编码，每个样包与所属车辆进行数据绑定。
5) 智能汽车卸煤沟：根据目前电厂设计煤种、校核煤种及来煤预测，初定将汽车卸煤沟分为相对独立的四个卸煤沟分区，每个卸煤沟分区存储一种或多种相近煤质燃煤，以便于不同煤质在煤场的分区存放和智能配煤管理，实现对汽车卸煤沟按不同煤质燃煤进行分区管理。
2、火车智能卸煤系统
本系统对火车来煤电子轨道衡、火车来煤自动采样系统、智能翻车机控制系统形成一个智能处理单元，并以现场总线方式接入输煤程控，并将翻车机自动化运行逻辑纳入输煤程控系统，打破传统仅连锁而不受集控的制约，接受输煤程控指令。
（二）数字化煤场管控系统
由智能斗轮机控制系统、煤场动态管理、燃煤入场管理、燃煤出场管理、煤场盘点记录、煤场预警等组成数字化煤场管控系统。
数字化煤场管控系统以控制堆取料自动运行、实时掌握煤场储煤及设备信息为目标，通过采用激光扫描、三维成像、智能传感等技术从斗轮堆取料机、电子皮带秤、原煤仓等设备直接或间接实时采集数据，以三维数字化煤场方式展示煤场进出煤状态，同时嵌入实时煤场视频监控画面，数字化煤场管控系统能及时获取煤场的动态储存情况，并向其他系统实时传递主要决策数据。
（三）上煤管控系统
智能叶轮给煤机、智能皮带传送系统、智能电子皮带秤、皮带在线煤质检测、巡检系统等组成上煤管控系统。
智能上煤管控系统采用新技术、设备，通过执行制定好的完善的上煤流程控制逻辑，来实现上煤过程的全自动、无人化运行，解决了目前上煤控制系统的监控功能不完善，自动化程度低，普遍采用手动联锁方式控制等缺点。
（四）筒仓混煤掺烧管控系统
以配煤掺烧数学模型为基础，以锅炉设计参数、需求煤质、来煤信息、发电计划、负荷分布、筒仓库存、历史掺配评价、设备运行工况等因素为依据而设计。
筒仓混煤掺烧管控系统能够实现电厂混煤掺烧过程的动态优化，包括自动堆料决策系统、智能配煤系统、自动取料系统、煤仓动态检测系统和燃烧优化系统。
1) 自动堆料决策系统：混煤掺烧首先要求煤种堆放有明确的分区，并考虑配煤和取煤的需要。当系统从燃料管理系统获得有新煤种信息时，会将新煤种的信息读取到本系统中，并自动扫描当前煤场的存煤情况（存煤量、位置、存放时间、煤种煤质等），然后根据存煤情况，以特定的专家规则计算出新到煤种最适宜堆放的位置，并提交决策结果。
2) 智能配煤系统：智能配煤系统是混煤掺烧的核心系统，其作用一是根据煤场的存煤现状和锅炉对煤质的要求优化配煤的煤质及比例；二是根据机组的当前状态计算最佳的上煤方案，即每个原煤仓对应的上煤煤种。
3) 自动取料系统：配煤完成后，就进入到取料环节，系统要根据智能配煤系统提交的配煤煤种和上煤方案，以及煤场的存煤情况，确定取煤路径。根据煤种堆放情况和堆取料机的当前位置，自动完成取料作业。
4) 煤仓动态检测系统：取料操作将原煤从煤场上到原煤仓，由于原煤仓具有较大的容积，原煤进入煤仓后一般会滞后6-8小时才能通过给煤机、磨煤机进入炉膛燃烧，在此期间可能会有多次上煤，因此原煤仓中可能存在多种煤种。煤仓动态检测系统的作用是对煤仓的煤种及其分界面进行实时检测。
5) 燃烧优化系统：由于负荷的不确定性，智能配煤得到的上煤安排只能具体到每个煤仓上什么煤种，而无法精确到每个煤种的质量。为了实现更加精细的掺烧，系统会对给煤机的组态和给煤量进行优化，在特定的规则下，通过对给煤机不同的组态和调节给煤量，达到优化燃烧的目的。
（五）附属系统
故障诊断及维护系统、智能工业电视系统、输煤设备点检管理系统、广播呼叫系统、火警报警联动系统、人员动态轨迹管理系统等可以实现其他辅助功能，如设备维护、巡检、人员管理等。
故障诊断及维护系统：煤场运行设备电机、减速机、滚筒等轴承处安装智能测温传感器，破碎机、大功率电机等轴端安装振动传感器，皮带机安装可靠的跑偏、温度等传感器，利用数据采集技术形成设备状态数据库、故障诊断数据库；煤场固定设备安装固定监测摄像头，沿皮带机设移动巡检摄像头，使原来的巡检、点检由程控室远程完成，并为设备状态数据库、故障诊断数据库提供相应数据资料；所有备品备件建立备件数据库，故障诊断和设备状态需要维修时结合备品备件数据库生成检修工单，明确维护负责人、时间、备件型号、数量等信息，并自动生成采购申请。
智能工业电视系统：具有自动跟踪监视、故障报警跟踪监视和自动巡视功能。
输煤设备点检管理系统：通过FCS现场总线技术把所有设备状态的实时信息采集到设备管理服务器中，系统利用各种信息对设备的状态进行多层次、多角度地评估，针对不同的设备历史状态信息采取不同的措施。
广播呼叫系统：该系统采用多媒体技术，由计算机、状态监控电路、专用多路多媒体卡、语音网关、操作系统软件、状态监控软件、信息存储软件、信息管理软件、信息播放软件、调度管理软件、界面显示软件、播放控制接口、通讯接口组件组成；具有可进行通话和扩音广播呼叫，具有全呼、群呼、选呼功能，各站之间可任意选呼对讲通话，可与程控交换机、调度总机等多种通信系统接口连接。
火警报警联动系统：通过安装在现场的火灾探测器和报警设备，当有灾情发生时，自动向监控中心传递火警信息，达到及早发现火情、通报火灾的目的；通过控制器及现场接口模块，控制建筑物内的公共设备（如广播、电梯）和专用灭火设备（如排烟机、消防泵），有效实施救人、灭火，达到减少损失的目的。
人员动态轨迹管理系统：采用智能手机GPS定位巡检管理系统，实现大范围巡检工作，实时记录巡检信息、巡检人员巡检轨迹、 隐患故障现场图像、视频采集信息等。巡检器具有一键报警功能，加强巡检人员的自身安全，及时发现巡检隐患并做出相应处理，避免事故发生。
多媒体控制系统：本系统有工控机、监控矩阵、监听矩阵、多媒体视频卡、分配器、远程通信卡、多媒体控制软件等组成，以图像的采集、处理、传输、调用、回放等模块为主的综合系统，可以直观、清楚地监察输煤系统各设备的运行情况，及时的发现系统运行故障，并能与其他系统联动，指挥相关工作人员协调工作，保证整个系统的顺利运行。
本发明具有以下基本功能：
卸煤/贮煤流程自动控制及路径自动选择功能：当检测到有来煤时，系统会依据卸煤沟、煤场以及筒仓的存煤数据，执行程序设定的路径自动的将来煤按照筒仓、煤场和卸煤沟处的顺序储存，如筒仓未满时，应将来煤存放在筒仓，若筒仓已满，则将来煤存放在煤场，若煤场已满，则将来煤存放在卸煤沟。
上煤流程自动控制及上煤路径自动选择功能：系统上位机通过接收主机DCS控制系统的指令或用煤需求，结合卸煤、储煤、混配煤系统的运行状况，按照上煤路径最短、电耗最小的原则，自动选择上煤路径组合，并显示对应流程画面。
原煤仓及筒仓自动混配煤及路径自动选择功能：系统以配煤掺烧数学模型为基础，以锅炉设计参数、需求煤质、来煤信息、发电计划、负荷分布、筒仓库存、历史掺配评价、设备运行工况等因素为依据生成最经济、最环保、综合最优的掺配方案，通过无人化斗轮机、皮带机、给煤机等现场设备自动执行方案。
本发明的智能化将大大减少人工的参与，使火电厂达到减员增效的目的；通过智能化的燃煤管理，减少因管理漏洞造成的入炉煤热值差损失；通过系统流程、路径自动选择，减少因运行人员运行习惯造成的能耗增加，有效地降低额外增加的燃料成本。
本系统将输煤系统控制室主机系统集控室合并布置，甚至可以实现输煤现场无人值守，大大减轻输煤人员劳动强度、改善了工作环境。
FCS现场总线技术具有节省硬件数量与投资、节省安装费用、节省维护开销、用户具有高度的系统集成主动权、提高了系统的准确性与可靠性等优越性，真正实现了“信息集中，控制分散”全分布式系统。
Claims (4)
1.一种基于FCS现场总线技术的新型智能化输煤控制系统，其特征在于：包括卸煤系统，数字化煤场管控系统，上煤管控系统，筒仓混煤掺烧管控系统；
所述卸煤系统，对汽车卸煤沟按不同煤质燃煤进行分区管理；根据各矿点预报的来煤计划生成汽车来煤预告单；通过设置在来煤车辆上的无线身份ID卡，对来煤车辆进行身份识别；通过分布于煤场各区域的定位终端和引导终端，引导来煤车辆到达指定煤场区域位置，并为其自动分配汽车衡站和采制样站进行自动称重和采制样；对火车来煤电子轨道衡、火车来煤自动采样系统、智能翻车机控制系统通过FCS现场总线进行集中控制；
所述数字化煤场管控系统，实时采集煤场存煤数据，以三维数字化煤场方式展示煤场进出煤状态，同时嵌入实时煤场视频监控画面，及时获取煤场的动态储存情况，并向其他系统实时传递主要决策数据；
所述上煤管控系统，自动执行已制定的上煤流程；
所述筒仓混煤掺烧管控系统，自动进行取料决策；优化配煤的煤质及比例，计算最佳的上煤方案；确定取煤路径，自动完成取料作业；对煤仓的煤种及其分界面进行实时检测；对给煤机的组态和给煤量进行优化。
2.根据权利要求1所述的基于FCS现场总线技术的新型智能化输煤控制系统，其特征在于：包含信息层、主控层和FCS现场总线层，每层网采用双环网冗余、热备；信息层为控制系统的顶层，是非实时和管理数据通道，连接主控层；主控层为中间层，是实时控制数据通道，连接信息层、FCS现场总线层、DPU、操作员站、工程师站和历史数据站；FCS现场总线层为底层，是现场过程参数、状态、诊断数据通道，连接主控层，通过FCS现场总线连接现场总线仪表。
3.根据权利要求1所述的基于FCS现场总线技术的新型智能化输煤控制系统，其特征在于：还包括故障诊断及维护系统：煤场运行设备电机、减速机、滚筒轴承处安装智能测温传感器，破碎机、大功率电机轴端安装振动传感器，皮带机安装可靠的跑偏、温度传感器，利用数据采集技术形成设备状态数据库、故障诊断数据库；煤场固定设备安装固定监测摄像头，沿皮带机设移动巡检摄像头，使原来的巡检、点检由中控室远程完成，并为设备状态数据库、故障诊断数据库提供相应数据；所有备品备件建立备件数据库，故障诊断和设备状态需要维修时结合备品备件数据库生成检修工单，明确维护负责人、时间、备件型号、数量信息，并自动生成采购申请。
4.根据权利要求1所述的基于FCS现场总线技术的新型智能化输煤控制系统，其特征在于：还包括智能工业电视系统，实现自动跟踪监视、故障报警跟踪监视和自动巡视；输煤设备点检管理系统，通过FCS现场总线技术把所有设备状态的实时信息采集到设备管理服务器中，对设备的状态进行评估，针对不同的设备历史状态信息采取不同的措施；广播呼叫系统，实现通话和扩音广播呼叫；火警报警联动系统，自动向监控中心传递火警信息，控制建筑物内的公共设备和专用灭火设备，实施救人、灭火；人员动态轨迹管理系统，实现大范围巡检工作，实时记录巡检信息、巡检人员巡检轨迹、隐患故障现场图像、视频采集信息；多媒体控制系统，监察输煤系统各设备的运行情况，及时的发现系统运行故障，并能与其他系统联动，指挥相关工作人员协调工作。
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