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????? 電站煤粉爐多媒體安全監(jiān)控系統(tǒng)研究與開發(fā)

????? 1 引言

????? 煤粉爐是發(fā)電廠應用最多的爐型，F(xiàn)SSS（Furnace Safeguard Supervisory
System）是保障煤粉爐安全運行的重要手段，我國50MW以上機組基本上都配置了
FSSS. 它可在鍋爐正常運行、啟動和停止階段連續(xù)監(jiān)視燃燒系統(tǒng)運行狀態(tài)，在燃
燒不穩(wěn)時發(fā)出報警，異常熄火時，可自動緊急停爐，防止鍋爐爆炸。還可完成點
火前及停爐后爐膛自動吹掃，并能進行程控點火。目前我國大部分FSSS系統(tǒng)都為
常規(guī)板插件結構，采用繼電器、邏輯組件、分離元件線路或硬件接線實現(xiàn)復雜的
邏輯控制功能。在系統(tǒng)中，邏輯信號多次轉接，接線復雜，維修困難，信號干擾
大，可靠性低，經常造成非故障停機，影響了鍋爐的安全運行。本文采用先進的
工業(yè)控制計算機和多媒體技術成功開發(fā)了電站煤粉爐多媒體FSSS，以邏輯軟件取
代邏輯硬件，工業(yè)控制計算機取代板插件機柜，多媒體觸摸屏CRT 取代常規(guī)手動
操作臺，大大簡化了系統(tǒng)結構，提高了可靠性，降低了設備投資，豐富了系統(tǒng)功
能，方便了使用操作，有效克服了常規(guī)FSSS的缺點。

????? 2 系統(tǒng)結構

????? 本系統(tǒng)采用雙機“冗余”SCC （監(jiān)督控制系統(tǒng)）結構。下位機為DDC （直
接數(shù)字控制），完成信號的采集、邏輯處理及輸出控制功能。上位機為SCC ，完
成控制設定、模塊組態(tài)、事故追憶分析、參數(shù)報表處理和系統(tǒng)仿真等管理功能。
上下位機采用光隔長線收發(fā)器進行串行通訊，SCC 也可接收輸入信號，在DDC 出
現(xiàn)故障時，可自動切換到SCC 單獨控制。采用SCC 結構可以保證監(jiān)控系統(tǒng)具有較
高的可靠性。系統(tǒng)結構如圖2 —1 所示。

????? 本系統(tǒng)包括火檢柜、就地柜、接線柜、遠手操控制臺、DDC 和SCC 計算機
柜?；饳z柜進行火檢信號的光電轉換；就地柜完成系統(tǒng)調試和就地點火功能；接
線柜完成信號集線功能；遠手操控制臺作為由計算機自動控制無擾切換到手動控
制備用設備；DDC 和SCC 計算機柜完成信號采集、邏輯處理、反饋控制和系統(tǒng)管
理功能。工業(yè)控制計算機采用抗振、防塵、抗干擾和適于惡劣環(huán)境下長期工作的
臺灣研華IPC610-586工控機，信號采集模板均采用研華工控產品，主要包括：PCL
－720DI ／O 轉換板、PCLD－780DI 輸入接口板和PCLD－785 繼電器輸出接口板
等。模板的驅動采用研華公司開發(fā)的“PCL DI／O for VB”控件。RS232 光隔長
線收發(fā)器串行通訊由VB“Mscomm”控件實現(xiàn)。

????? 由上圖可知，采用一個計算機控制柜即可取代常規(guī)FSSS十幾個邏輯控制柜，
大大簡化了系統(tǒng)結構。本系統(tǒng)可根據(jù)實際情況進行就地操作、遠動手操、DDC 和
SCC 4 種控制方式，具有較強的“冗余”功能，有效保證了系統(tǒng)的可靠性。

????? 3 系統(tǒng)功能

????? 3.1 多媒體功能設計

????? 一般采用IPC （工業(yè)控制計算機）和PLC （可編程控制器）技術的FSSS，
設備狀態(tài)和參數(shù)變化基本上都以單一的文本或簡單的畫面顯示，既不形象，也不
直觀。報警大都為單調的聲光報警，大量報警信號在聲光報警盤上閃爍，運行人
員難以迅速作出判斷，不利于操作控制。本系統(tǒng)的最大特點是充分利用計算機多
媒體技術實現(xiàn)監(jiān)控功能，利用“圖、文、聲”并茂的方式開發(fā)了便于運行操作的
功能模塊。系統(tǒng)模擬和操作畫面均采用動畫制作，并利用語音進行報警及操作指
導，采用先進的觸摸屏技術，設計了多種界面友好的CRT 操作窗口和菜單，操作
人員只需根據(jù)語音提示及模擬的設備運行狀態(tài)即可在觸摸屏CRT 操作臺上進行相
應的操作。操作畫面均為三維立體動畫，由VB“Picture ”控件和PhotoShop 軟
件實現(xiàn)。語音報警及操作指導功能由WIN98 多媒體附件“錄音機”和VB“Multimedia”
控件實現(xiàn)，語音信息均錄制成“*WAV”數(shù)據(jù)文件。

????? 3.2 主要功能模塊

????? 本系統(tǒng)采用工控機軟件編程取代硬件邏輯設備，不但完成常規(guī)FSSS的所有
功能，而且增加了事故追憶、模塊組態(tài)、仿真培訓、參數(shù)報表，邏輯分析調試等
多種輔助管理功能，大大提高了系統(tǒng)可靠性和可用性，方便了使用操作與運行管
理。

????? （1 ）火焰檢測功能完成實時檢測角火焰、層火焰波動情況，判斷角、層
火焰喪失及爐膛滅火，區(qū)分油、粉火焰和火檢信號失效報警等功能。

????? （2 ）MFT 功能是FSSS的核心功能，鍋爐正常運行時，實時監(jiān)視燃燒系統(tǒng)
設備運行狀況，參數(shù)越限自動啟動語音報警。產生MFT 首因時，自動觸發(fā)MFT 信
號，切斷燃料供應，利用語音報告MFT 原因，并記憶事故首因。

????? （3 ）爐膛吹掃功能爐膛熄火停爐、點火啟動前及點火失敗后，若滿足吹
掃條件，即可啟動吹掃，并保證至少吹掃5 分鐘，使爐膛不殘留可燃物，防止鍋
爐爆炸。該功能在語音和窗口操作提示下由操作人員完成。若不滿足吹掃條件，
則會用語音告知運行人員故障原因及處理方法。

????? （4 ）CRT 主操作臺主操作臺是人機交互的主要界面，主要完成FSSS總體
監(jiān)控功能，如圖3 —1 所示。該界面布置了功能菜單項、系統(tǒng)監(jiān)控總貌、火焰透
視和手動MFT 按鈕。界面上的風機、給粉機轉動設備，風、粉、油的輸送，動態(tài)
火焰，水位、壓力波動均采用實時動畫模擬。界面布置簡單明了，運行人員可直
觀地了解鍋爐總體運行狀態(tài)，并可直接在CRT 界面上控制設備的啟停。還可選擇
菜單進入下一級功能項。為防止發(fā)生異常事故，該界面還設置了雙觸發(fā)手動MFT
緊急跳閘功能。

????? （5 ）CRT 程控點火是FSSS的主要功能之一，可在CRT 操作完成程控點火
功能，如圖3 —2 所示。

????? 圖中，油槍、點火槍、點火器的工作過程及狀態(tài)，油層、粉層動態(tài)火焰，
所有開關閥門的開閉，風、粉、油輸送均用實時動畫模擬，運行人員可在CRT 上
直觀地了解點火過程并可在CRT 上直接操作。該操作畫面還設計了風粉系統(tǒng)、油
系統(tǒng)、鍋爐本體和火焰檢測4 個文本窗口，可清楚地了解設備運行狀態(tài)和參數(shù)變
化。本畫面還配有語音操作提示和報警功能，語音系統(tǒng)根據(jù)點火邏輯，錄制了大
量操作提示信息，運行人員只要按照語音所說步驟和模擬畫面信息即可完成程控
點火。當設備出現(xiàn)故障（如油槍、點火槍卡澀、點火器無火、油角閥泄漏等）和
點火失敗時，計算機會告訴運行人員應該采取的措施。為防止點火時出現(xiàn)異常，
該界面也設置了手動MFT 緊急跳閘功能。

????? （6 ）二次風管理功能鍋爐正常運行時，二次風由CCS （協(xié)調控制系統(tǒng)）
控制，點火啟動時由FSSS控制，保證鍋爐在點火啟動和低負荷時，二次風比例合
適。

????? （7 ）自動增減負荷功能根據(jù)鍋爐負荷及燃燒狀態(tài)，自動調整風粉比例及
輔助燃油的投入，消除低負荷經常出現(xiàn)的“燃料喪失”錯誤信號。

????? （8 ）事故追憶功能（黑匣子）是本系統(tǒng)的重要功能，可完成MFT 事故前
5 分鐘和事故后3 分鐘設備運行狀態(tài)及所有操作的實時記錄，為事故分析提供依
據(jù)。根據(jù)MFT 發(fā)生規(guī)律和事故分析經驗，還設計了專家系統(tǒng)輔助故障診斷功能，
保證了事故分析的客觀性和準確性。

????? （9 ）動態(tài)邏輯圖模塊 FSSS 信號多，邏輯復雜，調試工作量大，為了便
于系統(tǒng)投運和實時邏輯分析，設計了動態(tài)邏輯圖模塊。主要包括MFT 邏輯、吹掃
邏輯、火檢邏輯和角啟動／停止邏輯。操作人員可在動態(tài)邏輯圖中清楚地了解邏
輯流程中各信號的變化，信號的輸入輸出均可由觸摸屏直接控制，大大方便了系
統(tǒng)的調試和投運。

????? （10）參數(shù)報表管理設計了設備運行參數(shù)報表的自動制作、打印和重要數(shù)
據(jù)的永久存貯功能，便于運行管理。

????? （11）仿真培訓模塊用于培訓操作人員，仿真訓練時，自動切斷輸入輸出
通道。上位機作為鍋爐設備仿真器，向下位機發(fā)出設備運行狀態(tài)信號，下位機則
根據(jù)所接收信號和內置邏輯進行FSSS所有功能的實時仿真，培訓人員可在軟仿真
操作臺上進行各種模擬操作，本仿真模塊也可作為教學軟件。

????? （12）系統(tǒng)組態(tài)功能在邏輯編程中均留有備用邏輯端口，用戶可以根據(jù)實
際情況進行信號的增減，便于用戶的二次開發(fā)。

????? 4 可靠性設計

????? FSSS盡管可以保障鍋爐的安全運行，但若設計不當容易造成非故障跳閘，
反而影響鍋爐的安全運行。本系統(tǒng)除了采用高性能的工業(yè)控制計算機和控制模塊
外，還重點進行了可靠性設計。

????? （1 ）錯誤的火檢信號是造成鍋爐非故障跳閘的主要原因，本系統(tǒng)采用德
國進口火檢探頭，并進行“冗余”布置，調整最佳安裝位置?；饳z信號均采用2
／4 邏輯，并加入延時處理。根據(jù)油、粉火焰強度和頻率不同及油、粉層投運情
況設計油、粉火焰區(qū)分邏輯，有效避免了低負荷及投油助燃時易產生“火焰喪失”
錯誤信號的可能性。

????? （2 ）對邏輯模塊中的時間搭配及邏輯執(zhí)行主次順序進行優(yōu)化處理，采用
VB的“Timer ”控件實現(xiàn)實時多任務控制功能，保證模塊分時合適。

????? （3 ）針對點火時汽包水位、油壓、爐膛壓力和風量波動頻繁現(xiàn)象，設計
了點火與正常運行時不同的閥值，有效避免了點火時非故障跳閘現(xiàn)象。

????? （4 ）輸出模塊中加入“門檻”和連鎖功能，不論邏輯輸出結果如何，關
鍵參數(shù)的連鎖無條件執(zhí)行（如油角閥與吹掃閥不能同時開等）。

????? （5 ）數(shù)據(jù)采集處理模塊中加入輸入信號防抖動處理和信號斷線判斷；輸
出控制時，連續(xù)送出多次，保證信號準確送出。

????? （6 ）主要CRT 界面均設有緊急手動MFT 功能，為防止勿動，MFT 均為雙
觸發(fā)有效。

????? （7 ）采用SCC —DDC 雙機“冗余”和遠手操、就地操作相結合的監(jiān)控結
構，保證控制系統(tǒng)可靠運行。

????? 5 系統(tǒng)特點

????? 與常規(guī)FSSS系統(tǒng)相比，本系統(tǒng)主要有以下特點：

????? （1 ）以邏輯軟件取代邏輯硬件，工控機取代板插件，觸摸屏CRT 取代手
動操作臺，系統(tǒng)結構簡單，初投資少，可靠性高，維護方便。

????? （2 ）利用多媒體技術開發(fā)“圖、文、聲”并茂的功能模塊，系統(tǒng)功能豐
富，界面友好，操作簡單，人機交互方便。

????? （3 ）設計事故追憶和故障輔助分析專家系統(tǒng)，便于事故的分析處理。

????? （4 ）設計仿真培訓、動態(tài)邏輯分析和系統(tǒng)組態(tài)功能，便于系統(tǒng)的調試、
二次開發(fā)和操作人員的培訓。

????? （5 ）采用多種措施提高系統(tǒng)可靠性，大大減少了鍋爐非故障停機的可能
性。

????? 6 結論

????? 本系統(tǒng)已成功投運于長廣電廠，實際應用表明，采用多媒體技術和工業(yè)控
制計算機開發(fā)的電站煤粉爐多媒體安全監(jiān)控系統(tǒng)完全可以取代常規(guī)FSSS. 系統(tǒng)結
構簡單，可靠性高，維護方便，初投資少，功能豐富，操作直觀。確保了鍋爐的
安全可靠運行，具有一定應用推廣價值。