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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(yīng)用最多的爐型，F(xiàn)SSS（Furnace Safeguard Supervisory
System）是保障煤粉爐安全運(yùn)行的重要手段，我國50MW以上機(jī)組基本上都配置了
FSSS. 它可在鍋爐正常運(yùn)行、啟動(dòng)和停止階段連續(xù)監(jiān)視燃燒系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，在燃
燒不穩(wěn)時(shí)發(fā)出報(bào)警，異常熄火時(shí)，可自動(dòng)緊急停爐，防止鍋爐爆炸。還可完成點(diǎn)
火前及停爐后爐膛自動(dòng)吹掃，并能進(jìn)行程控點(diǎn)火。目前我國大部分FSSS系統(tǒng)都為
常規(guī)板插件結(jié)構(gòu)，采用繼電器、邏輯組件、分離元件線路或硬件接線實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的
邏輯控制功能。在系統(tǒng)中，邏輯信號(hào)多次轉(zhuǎn)接，接線復(fù)雜，維修困難，信號(hào)干擾
大，可靠性低，經(jīng)常造成非故障停機(jī)，影響了鍋爐的安全運(yùn)行。本文采用先進(jìn)的
工業(yè)控制計(jì)算機(jī)和多媒體技術(shù)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(jì)算機(jī)取代板插件機(jī)柜，多媒體觸摸屏CRT 取代常規(guī)手動(dòng)
操作臺(tái)，大大簡化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，提高了可靠性，降低了設(shè)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(diǎn)。

????? 2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

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

????? 本系統(tǒng)包括火檢柜、就地柜、接線柜、遠(yuǎn)手操控制臺(tái)、DDC 和SCC 計(jì)算機(jī)
柜?；饳z柜進(jìn)行火檢信號(hào)的光電轉(zhuǎn)換；就地柜完成系統(tǒng)調(diào)試和就地點(diǎn)火功能；接
線柜完成信號(hào)集線功能；遠(yuǎn)手操控制臺(tái)作為由計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制無擾切換到手動(dòng)控
制備用設(shè)備；DDC 和SCC 計(jì)算機(jī)柜完成信號(hào)采集、邏輯處理、反饋控制和系統(tǒng)管
理功能。工業(yè)控制計(jì)算機(jī)采用抗振、防塵、抗干擾和適于惡劣環(huán)境下長期工作的
臺(tái)灣研華IPC610-586工控機(jī)，信號(hào)采集模板均采用研華工控產(chǎn)品，主要包括：PCL
－720DI ／O 轉(zhuǎn)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(qū)動(dòng)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(shí)現(xiàn)。

????? 由上圖可知，采用一個(gè)計(jì)算機(jī)控制柜即可取代常規(guī)FSSS十幾個(gè)邏輯控制柜，
大大簡化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。本系統(tǒng)可根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行就地操作、遠(yuǎn)動(dòng)手操、DDC 和
SCC 4 種控制方式，具有較強(qiáng)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(shè)計(jì)

????? 一般采用IPC （工業(yè)控制計(jì)算機(jī)）和PLC （可編程控制器）技術(shù)的FSSS，
設(shè)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(bào)警大都為單調(diào)的聲光報(bào)警，大量報(bào)警信號(hào)在聲光報(bào)警盤上閃爍，運(yùn)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(diǎn)是充分利用計(jì)算機(jī)多
媒體技術(shù)實(shí)現(xiàn)監(jiān)控功能，利用“圖、文、聲”并茂的方式開發(fā)了便于運(yùn)行操作的
功能模塊。系統(tǒng)模擬和操作畫面均采用動(dòng)畫制作，并利用語音進(jìn)行報(bào)警及操作指
導(dǎo)，采用先進(jìn)的觸摸屏技術(shù)，設(shè)計(jì)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(shè)備運(yùn)行狀態(tài)即可在觸摸屏CRT 操作臺(tái)上進(jìn)行相
應(yīng)的操作。操作畫面均為三維立體動(dòng)畫，由VB“Picture ”控件和PhotoShop 軟
件實(shí)現(xiàn)。語音報(bào)警及操作指導(dǎo)功能由WIN98 多媒體附件“錄音機(jī)”和VB“Multimedia”
控件實(shí)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(jī)軟件編程取代硬件邏輯設(shè)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(xùn)、參數(shù)報(bào)表，邏輯分析調(diào)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(yùn)行管
理。

????? （1 ）火焰檢測功能完成實(shí)時(shí)檢測角火焰、層火焰波動(dòng)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(hào)失效報(bào)警等功能。

????? （2 ）MFT 功能是FSSS的核心功能，鍋爐正常運(yùn)行時(shí)，實(shí)時(shí)監(jiān)視燃燒系統(tǒng)
設(shè)備運(yùn)行狀況，參數(shù)越限自動(dòng)啟動(dòng)語音報(bào)警。產(chǎn)生MFT 首因時(shí)，自動(dòng)觸發(fā)MFT 信
號(hào)，切斷燃料供應(yīng)，利用語音報(bào)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(diǎn)火啟動(dòng)前及點(diǎn)火失敗后，若滿足吹
掃條件，即可啟動(dòng)吹掃，并保證至少吹掃5 分鐘，使?fàn)t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(huì)用語音告知運(yùn)行人員故障原因及處理方法。

????? （4 ）CRT 主操作臺(tái)主操作臺(tái)是人機(jī)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(xiàng)、系統(tǒng)監(jiān)控總貌、火焰透
視和手動(dòng)MFT 按鈕。界面上的風(fēng)機(jī)、給粉機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備，風(fēng)、粉、油的輸送，動(dòng)態(tài)
火焰，水位、壓力波動(dòng)均采用實(shí)時(shí)動(dòng)畫模擬。界面布置簡單明了，運(yùn)行人員可直
觀地了解鍋爐總體運(yùn)行狀態(tài)，并可直接在CRT 界面上控制設(shè)備的啟停。還可選擇
菜單進(jìn)入下一級(jí)功能項(xiàng)。為防止發(fā)生異常事故，該界面還設(shè)置了雙觸發(fā)手動(dòng)MFT
緊急跳閘功能。

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

????? 圖中，油槍、點(diǎn)火槍、點(diǎn)火器的工作過程及狀態(tài)，油層、粉層動(dòng)態(tài)火焰，
所有開關(guān)閥門的開閉，風(fēng)、粉、油輸送均用實(shí)時(shí)動(dòng)畫模擬，運(yùn)行人員可在CRT 上
直觀地了解點(diǎn)火過程并可在CRT 上直接操作。該操作畫面還設(shè)計(jì)了風(fēng)粉系統(tǒng)、油
系統(tǒng)、鍋爐本體和火焰檢測4 個(gè)文本窗口，可清楚地了解設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)和參數(shù)變
化。本畫面還配有語音操作提示和報(bào)警功能，語音系統(tǒng)根據(jù)點(diǎn)火邏輯，錄制了大
量操作提示信息，運(yùn)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(diǎn)火。當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)故障（如油槍、點(diǎn)火槍卡澀、點(diǎn)火器無火、油角閥泄漏等）和
點(diǎn)火失敗時(shí)，計(jì)算機(jī)會(huì)告訴運(yùn)行人員應(yīng)該采取的措施。為防止點(diǎn)火時(shí)出現(xiàn)異常，
該界面也設(shè)置了手動(dòng)MFT 緊急跳閘功能。

????? （6 ）二次風(fēng)管理功能鍋爐正常運(yùn)行時(shí)，二次風(fēng)由CCS （協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)）
控制，點(diǎn)火啟動(dòng)時(shí)由FSSS控制，保證鍋爐在點(diǎn)火啟動(dòng)和低負(fù)荷時(shí)，二次風(fēng)比例合
適。

????? （7 ）自動(dòng)增減負(fù)荷功能根據(jù)鍋爐負(fù)荷及燃燒狀態(tài)，自動(dòng)調(diào)整風(fēng)粉比例及
輔助燃油的投入，消除低負(fù)荷經(jīng)常出現(xiàn)的“燃料喪失”錯(cuò)誤信號(hào)。

????? （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(shè)備運(yùn)行狀態(tài)及所有操作的實(shí)時(shí)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(jīng)驗(yàn)，還設(shè)計(jì)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(zhǔn)確性。

????? （9 ）動(dòng)態(tài)邏輯圖模塊 FSSS 信號(hào)多，邏輯復(fù)雜，調(diào)試工作量大，為了便
于系統(tǒng)投運(yùn)和實(shí)時(shí)邏輯分析，設(shè)計(jì)了動(dòng)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(dòng)／停止邏輯。操作人員可在動(dòng)態(tài)邏輯圖中清楚地了解邏
輯流程中各信號(hào)的變化，信號(hào)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(diào)試和投運(yùn)。

????? （10）參數(shù)報(bào)表管理設(shè)計(jì)了設(shè)備運(yùn)行參數(shù)報(bào)表的自動(dòng)制作、打印和重要數(shù)
據(jù)的永久存貯功能，便于運(yùn)行管理。

????? （11）仿真培訓(xùn)模塊用于培訓(xùn)操作人員，仿真訓(xùn)練時(shí)，自動(dòng)切斷輸入輸出
通道。上位機(jī)作為鍋爐設(shè)備仿真器，向下位機(jī)發(fā)出設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)信號(hào)，下位機(jī)則
根據(jù)所接收信號(hào)和內(nèi)置邏輯進(jìn)行FSSS所有功能的實(shí)時(shí)仿真，培訓(xùn)人員可在軟仿真
操作臺(tái)上進(jìn)行各種模擬操作，本仿真模塊也可作為教學(xué)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(shí)
際情況進(jìn)行信號(hào)的增減，便于用戶的二次開發(fā)。

????? 4 可靠性設(shè)計(jì)

????? FSSS盡管可以保障鍋爐的安全運(yùn)行，但若設(shè)計(jì)不當(dāng)容易造成非故障跳閘，
反而影響鍋爐的安全運(yùn)行。本系統(tǒng)除了采用高性能的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)和控制模塊
外，還重點(diǎn)進(jìn)行了可靠性設(shè)計(jì)。

????? （1 ）錯(cuò)誤的火檢信號(hào)是造成鍋爐非故障跳閘的主要原因，本系統(tǒng)采用德
國進(jìn)口火檢探頭，并進(jìn)行“冗余”布置，調(diào)整最佳安裝位置。火檢信號(hào)均采用2
／4 邏輯，并加入延時(shí)處理。根據(jù)油、粉火焰強(qiáng)度和頻率不同及油、粉層投運(yùn)情
況設(shè)計(jì)油、粉火焰區(qū)分邏輯，有效避免了低負(fù)荷及投油助燃時(shí)易產(chǎn)生“火焰喪失”
錯(cuò)誤信號(hào)的可能性。

????? （2 ）對(duì)邏輯模塊中的時(shí)間搭配及邏輯執(zhí)行主次順序進(jìn)行優(yōu)化處理，采用
VB的“Timer ”控件實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)多任務(wù)控制功能，保證模塊分時(shí)合適。

????? （3 ）針對(duì)點(diǎn)火時(shí)汽包水位、油壓、爐膛壓力和風(fēng)量波動(dòng)頻繁現(xiàn)象，設(shè)計(jì)
了點(diǎn)火與正常運(yùn)行時(shí)不同的閥值，有效避免了點(diǎn)火時(shí)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(jié)果如何，關(guān)
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(shí)開等）。

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

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

????? （7 ）采用SCC —DDC 雙機(jī)“冗余”和遠(yuǎn)手操、就地操作相結(jié)合的監(jiān)控結(jié)
構(gòu)，保證控制系統(tǒng)可靠運(yùn)行。

????? 5 系統(tǒng)特點(diǎn)

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

????? （1 ）以邏輯軟件取代邏輯硬件，工控機(jī)取代板插件，觸摸屏CRT 取代手
動(dòng)操作臺(tái)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，初投資少，可靠性高，維護(hù)方便。

????? （2 ）利用多媒體技術(shù)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(jī)交互方便。

????? （3 ）設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)仿真培訓(xùn)、動(dòng)態(tài)邏輯分析和系統(tǒng)組態(tài)功能，便于系統(tǒng)的調(diào)試、
二次開發(fā)和操作人員的培訓(xùn)。

????? （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(jī)的可能
性。

????? 6 結(jié)論

????? 本系統(tǒng)已成功投運(yùn)于長廣電廠，實(shí)際應(yīng)用表明，采用多媒體技術(shù)和工業(yè)控
制計(jì)算機(jī)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(jié)
構(gòu)簡單，可靠性高，維護(hù)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(yùn)行，具有一定應(yīng)用推廣價(jià)值。