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1. 成果簡介

大型熱電聯(lián)產(chǎn)企業(yè)一般都坐落在城市郊區(qū)，為了滿足環(huán)保要求，儲煤場大都采用封閉式圓形煤場，圓形煤場內(nèi)安裝有堆取料機作為堆取煤作業(yè)工具，煤場內(nèi)煤堆高度一般為22米，華能營口熱電有限責(zé)任公司(以下簡稱營口熱電)鍋爐設(shè)計煤種為褐煤，褐煤揮發(fā)分高容易自燃，特別是在夏季，圓形煤場內(nèi)存煤自燃升起的煙霧嚴(yán)重影響堆取料機司機的操作，還會對堆取料機司機的身體健康造成影響。目前國內(nèi)幾乎所有電廠、碼頭安裝的圓形煤場堆取料機操作都采用人工就地/遠(yuǎn)程手動操作方式，勞動強度大、自動化程度低，作業(yè)效率根據(jù)司機的疲勞程度、操作水平起伏較大，遇到新手往往就會造成作業(yè)效率較低，甚至引發(fā)事故。因此研發(fā)一套智能化煤場管控系統(tǒng)對提高輸煤系統(tǒng)作業(yè)效率，降低事故、故障發(fā)生率，提高電廠燃料系統(tǒng)的管理水平及降低發(fā)電煤耗有著重大意義。

2. 成果的先進(jìn)性

該系統(tǒng)是全國首個實現(xiàn)了基于三維激光成像及大數(shù)據(jù)分析計算技術(shù)并成功應(yīng)用于圓形封閉煤場的智能化煤場管控系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要分為堆取料機全自動無人值守、煤場數(shù)字化管控及分析、煤場環(huán)境在線監(jiān)測、輸煤生產(chǎn)數(shù)據(jù)考核管理、設(shè)備狀況在線分析及預(yù)警、混配摻燒等六大模塊，對提升輸煤系統(tǒng)自動化水平及運行效率、提升煤炭管理、降低人工費用等生產(chǎn)成本、通過合理科學(xué)的混煤控制提高機組的運行穩(wěn)定性起了較大的作用。

3. 成果的創(chuàng)新性

3.1智能化煤場管控系統(tǒng)采用先進(jìn)的控制理念及控制架構(gòu)

3.1.1系統(tǒng)硬件構(gòu)成及網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

智能化煤場管控系統(tǒng)采用標(biāo)準(zhǔn)的B/S架構(gòu)，系統(tǒng)通過接口服務(wù)器分別與電廠輸煤系統(tǒng)PLC、DCS系統(tǒng)、SIS系統(tǒng)及集團級的燃料全過程動態(tài)管理系統(tǒng)實現(xiàn)接口對接，通過網(wǎng)絡(luò)將生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行上傳及下載;營口熱電輸煤系統(tǒng)采用標(biāo)準(zhǔn)的Ethernet、Controlnet、Devicenet三層網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，智能化煤場管控系統(tǒng)通過以太網(wǎng)分別與輸煤系統(tǒng)PLC、堆取料機系統(tǒng)PLC、翻車機系統(tǒng)PLC進(jìn)行通訊并實時獲取系統(tǒng)需要的生產(chǎn)數(shù)據(jù);輸煤系統(tǒng)PLC、堆取料機系統(tǒng)PLC、翻車機系統(tǒng)PLC通過控制網(wǎng)及設(shè)備網(wǎng)分別與入廠煤采樣系統(tǒng)、軌道衡控制系統(tǒng)、噴淋除塵控制系統(tǒng)及其他智能化前端進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊并實時獲取設(shè)備的運行狀態(tài)。

3.1.2系統(tǒng)功能

3.1.2.1 系統(tǒng)主要模塊

系統(tǒng)主要分為堆取料機全自動無人值守、煤場數(shù)字化管控及分析、煤場環(huán)境在線監(jiān)測、輸煤生產(chǎn)數(shù)據(jù)考核管理、設(shè)備狀況在線分析及預(yù)警、混配摻燒等六大模塊

3.1.2.2堆取料機全自動無人值守

通過以下多個先進(jìn)的技術(shù)及設(shè)計使?fàn)I口熱電輸煤系統(tǒng)兩臺堆取料機徹底實現(xiàn)了全自動無人值守，通過自動對作業(yè)任務(wù)及煤場內(nèi)存煤信息進(jìn)行分析計算得出最佳的堆取煤作業(yè)計劃并控制堆取料機實現(xiàn)精確的堆取煤作業(yè)。

(1)營口熱電共兩座圓形封閉儲煤場，內(nèi)部安裝堆取料機作為堆取煤作業(yè)的主要設(shè)備，每臺設(shè)備可同時實現(xiàn)自動堆、取煤作業(yè)，每座圓形煤場直徑90米，設(shè)計儲煤量5.5萬噸。

(2)經(jīng)過精密的測量及計算，在每個圓形煤場頂部檢修平臺各安裝三臺紅外熱成像一體化三維激光掃描儀，三臺掃描儀之間間隔100度安裝，實現(xiàn)對圓形煤場內(nèi)部存煤無死角掃描，掃描結(jié)束后軟件自動進(jìn)行點云規(guī)格化及點云拼接;掃描儀控制柜安裝在煤場頂部檢修平臺上，各掃描儀通過以太網(wǎng)與安裝在輸煤集控室的應(yīng)用服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊及遠(yuǎn)程控制。掃描分為整體掃描及局部掃描，每個煤場整體掃描時間小于4分鐘，掃描期間堆取料機不用移動到掃描范圍外，軟件自動對堆取料機進(jìn)行處理。

(3)智能化煤場管控系統(tǒng)通過以太網(wǎng)分別與輸煤系統(tǒng)PLC及翻車機系統(tǒng)PLC進(jìn)行通訊，實時獲取翻車機剩余節(jié)數(shù)、堆煤線皮帶秤瞬時流量、上煤線皮帶秤瞬時流量、原煤斗料位、給料機出力、皮帶電流、各段皮帶機及翻車機系統(tǒng)狀態(tài)等參數(shù)，通過設(shè)計好的各種算法實現(xiàn)取料恒流量控制、堆料自動溜料、邊界取料、V型區(qū)屏蔽等多個控制策略。

(4)智能化煤場管控系統(tǒng)通過接口與燃料全過程動態(tài)管控系統(tǒng)進(jìn)行通訊，實時獲取每個批次來煤熱值、重量、灰份、揮發(fā)份、水份、含硫量等煤質(zhì)化驗數(shù)據(jù)，軟件根據(jù)這些煤質(zhì)化驗分析數(shù)據(jù)結(jié)合作業(yè)計劃計算得出最佳的作業(yè)方案。

(5)編碼器是堆取料機無人值守控制中非常重要的一個設(shè)備，它的精度直接影響整個系統(tǒng)的作業(yè)精度，營口熱電堆取料機上采用的是P+F公司的DVM14N總線型編碼器，編碼器通過Devicenet總線與堆取料機PLC實現(xiàn)數(shù)據(jù)通訊，該編碼器單圈分辨率為13位，圈數(shù)分辨率為12位，最小角度分辨率Emin=360°/213=0.044°;分別在堆料回轉(zhuǎn)、堆料俯仰、取料回轉(zhuǎn)、取料俯仰機構(gòu)處均勻安裝若干RFID讀寫頭及對應(yīng)的載碼體，RFID通訊模塊通過Devicenet總線與堆取料機PLC進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，通過編寫程序?qū)崿F(xiàn)編碼器與RFID互校驗;當(dāng)回轉(zhuǎn)編碼器故障時可通過安裝在回轉(zhuǎn)齒輪上的計齒開關(guān)通過邏輯計算繼續(xù)給出回轉(zhuǎn)角度;當(dāng)俯仰編碼器故障時可通過傾角傳感器通過邏輯計算繼續(xù)給出俯仰角度。

(6)分別在堆料臂、取料臂及刮板機尾部料斗上共安裝7臺雷達(dá)，用于堆取料機在全自動作業(yè)過程中的控制及保護(hù)。

(7)每次堆煤或上煤作業(yè)前系統(tǒng)驅(qū)動激光掃描儀對煤場進(jìn)行快速盤點，系統(tǒng)在獲取帶有三維坐標(biāo)的點云數(shù)據(jù)后結(jié)合作業(yè)計劃、煤質(zhì)化驗分析數(shù)據(jù)、輸煤系統(tǒng)設(shè)備運行狀態(tài)通過設(shè)計好的算法計算后，準(zhǔn)確的給出本次堆煤或上煤作業(yè)區(qū)域及作業(yè)量等數(shù)據(jù)，在經(jīng)過輸煤運行值班人員確認(rèn)后將數(shù)據(jù)下發(fā)至堆取料機PLC及翻車機PLC，驅(qū)動堆取料機進(jìn)行精確對位及堆上煤作業(yè)。系統(tǒng)同時根據(jù)圓形煤場內(nèi)存煤三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)對運行中的堆取料機進(jìn)行保護(hù)，在保證堆取料機安全作業(yè)的前提下最大程度提升系統(tǒng)作業(yè)效率。

(8)在輸煤控制室安裝兩套手動操作面板，面板上安裝有方向控制搖桿、啟停按鈕及急停按鈕，這些按鈕及搖桿通過電氣硬回路與堆取料機PLC進(jìn)行控制，保證在出現(xiàn)通訊異?；蛳到y(tǒng)異常時能及時停止堆取料機運行并在遠(yuǎn)方可手動繼續(xù)操作堆取料機進(jìn)行作業(yè)。

(9)在圓形煤場頂部平臺及堆取料機機上安裝紅外監(jiān)控球機，并通過光纜連接至輸煤集控室工業(yè)電視監(jiān)控系統(tǒng)，實時對堆取料機進(jìn)行全方位無死角監(jiān)控，保證設(shè)備的安全穩(wěn)定運行。

3.1.2.3燃料數(shù)字化管控及分析

(1)華能集團開發(fā)燃料全過程動態(tài)管控系統(tǒng)，實現(xiàn)從煤炭采購、煤炭運輸、來煤檢斤、煤樣化驗分析等全過程管控，燃料全過程動態(tài)管控系統(tǒng)對外提供接口可實現(xiàn)數(shù)據(jù)上傳及下載。

(2)營口熱電輸煤系統(tǒng)入廠煤軌道衡、入廠及入爐煤取樣機、測硫儀及量熱儀等化驗設(shè)備已經(jīng)實現(xiàn)了全自動無人值守運行及數(shù)據(jù)自動上傳華能集團燃料全過程動態(tài)管控系統(tǒng)并實現(xiàn)了全程無死角監(jiān)控，杜絕了人為舞弊作業(yè)風(fēng)險。

(3)營口熱電智能化煤場管控系統(tǒng)實現(xiàn)與華能集團燃料全過程動態(tài)管控系統(tǒng)數(shù)據(jù)通訊，實時獲取每個批次號來煤的煤質(zhì)化驗分析數(shù)據(jù)、重量等生產(chǎn)數(shù)據(jù)，并根據(jù)批次號將這些數(shù)據(jù)動態(tài)展示在智能化煤場管控系統(tǒng)煤場三維展示畫面上，更加直觀的顯示煤場存煤信息，提高煤場的科學(xué)管控水平。

(4)不同煤種冬季、夏季不同季節(jié)的自燃周期進(jìn)行統(tǒng)計及分析，智能化煤場管控系統(tǒng)通過對各個批次來煤堆存時間、實時測量的煤堆表層溫度并參考各個煤種自然周期進(jìn)行分析計算自動推算出即將發(fā)生自燃的存煤，并提前安排將這部分煤進(jìn)行取上，防止出現(xiàn)存煤自燃給電廠造成損失。

(5)應(yīng)用鐵路實時車在線監(jiān)控系統(tǒng)，可實時監(jiān)控從煤礦發(fā)出的運煤專列位置、預(yù)計到達(dá)時間、每一車車號等數(shù)據(jù)，為合理安排作業(yè)及檢修計劃做出貢獻(xiàn)。

3.1.2.4煤場環(huán)境在線監(jiān)測

(1)測溫采用集成在激光掃描儀上的紅外熱成像儀對煤場內(nèi)存煤表層溫度進(jìn)行測量，每次作業(yè)之前均對煤場內(nèi)存煤進(jìn)行一次溫度掃描，系統(tǒng)對每次測溫結(jié)果進(jìn)行分析并生成趨勢圖，分析出可能出現(xiàn)的自燃區(qū)域并提前進(jìn)行預(yù)警，可有效地避免存煤自燃的發(fā)生。

(2)根據(jù)圓形封閉煤場結(jié)構(gòu)和CO氣體比重小的特點，CO氣流走向應(yīng)從煤堆上方上升至煤場頂部后，向下運動至墻體與煤場中間通氣間隙擴散，CO測點設(shè)計安裝在煤場中間檢修平臺處，根據(jù)CO檢測儀測量范圍每隔30°安裝一臺。

(3)安裝于圓形煤場中間檢修平臺處的CO檢測儀及粉塵檢測儀通過Modbus總線與輸煤系統(tǒng)PLC進(jìn)行通訊，智能化煤場管控系統(tǒng)通過以太網(wǎng)獲取這些數(shù)據(jù)，系統(tǒng)自動將測量數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫，根據(jù)趨勢進(jìn)行分析并準(zhǔn)確的進(jìn)行報警，保證運行及檢修人員的身體健康。

3.1.2.5設(shè)備狀況在線分析及預(yù)警

(1)在堆取料機驅(qū)動電機、堆取料機回轉(zhuǎn)減速機、碎煤機、翻車機傾翻驅(qū)動電機等重要設(shè)備上安裝振動、溫度傳感器，智能化煤場管控系統(tǒng)通過以太網(wǎng)實時獲取這些重要設(shè)備運行數(shù)據(jù)并自動將數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫，系統(tǒng)對獲取到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析計算，及時的對運行異常的設(shè)備進(jìn)行預(yù)警。

(2)將輸煤系統(tǒng)各個設(shè)備銘牌參數(shù)、備品備件名稱型號及存放位置、設(shè)備故障及檢修記錄等數(shù)據(jù)錄入系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫，方便檢修人員及管理人員進(jìn)行查詢。

(3)將輸煤系統(tǒng)各設(shè)備檢修及潤滑等周期存入系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫，系統(tǒng)根據(jù)時間自動進(jìn)行判斷，對將要進(jìn)行檢修及潤滑的設(shè)備提前進(jìn)行通知提醒，并自動給出該設(shè)備的檢修文件包及潤滑方案等策略。

(4)實現(xiàn)廠內(nèi)WiFi全覆蓋，在各個設(shè)備上粘貼二維碼，實現(xiàn)通過手機掃描設(shè)備二維碼在線查看設(shè)備圖紙及額定參數(shù)等功能。

3.1.2.6混配摻燒

(1)智能化煤場管控系統(tǒng)根據(jù)兩個圓形煤場內(nèi)存煤分布情況及來煤信息合理的給出最佳的堆放位置，要防止將存放時間過長的煤壓在下面。

(2)系統(tǒng)根據(jù)機組上煤指令自動對兩個煤場內(nèi)存煤信息進(jìn)行分析及計算，給出最佳的上煤混配方案，并控制給料機及堆取料機進(jìn)行精確的混配，混配的原則是要保證鍋爐燃燒的穩(wěn)定性。

(3)根據(jù)機組運行工況、鍋爐燃燒方式等準(zhǔn)確及時的調(diào)整混配比例及方式，保證混配后的煤接近鍋爐設(shè)計值，增加鍋爐的運行穩(wěn)定性及安全性。

4.成果的可推廣性

由華能營口熱電有限責(zé)任公司自主設(shè)計的智能化煤場管控系統(tǒng)設(shè)計先進(jìn)，系統(tǒng)功能強大，設(shè)備運行穩(wěn)定及運行效率高，系統(tǒng)投入費用少，系統(tǒng)采用標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計，所有備件在安裝前均經(jīng)過嚴(yán)格的試驗及驗收，系統(tǒng)具有較強的可復(fù)制性，可在全國各大廠礦進(jìn)行大力推廣。

5.成果的經(jīng)濟效益及社會效益

5.1減少了人工成本

智能化煤場管控系統(tǒng)投入使用后，華能營口熱電有限責(zé)任公司輸煤系統(tǒng)兩臺堆取料機徹底實現(xiàn)了全自動無人值守，每年可為電廠節(jié)省崗位工資約60萬元。

5.2電廠輸煤系統(tǒng)徹底實現(xiàn)了全自動運行，系統(tǒng)運行效率及運行安全性大大提升，故障率大大降低

智能化煤場管控系統(tǒng)投入使用后，華能營口熱電有限責(zé)任公司輸煤系統(tǒng)徹底實現(xiàn)了全自動運行及全自動配煤，輸煤系統(tǒng)運行效率提升了30%，再未出現(xiàn)因人為誤操作導(dǎo)致堆取料機設(shè)備損壞及其他影響安全生產(chǎn)的問題，每年可為電廠降低廠用電消耗及設(shè)備檢修維護(hù)費用共約50萬元。

5.3實現(xiàn)了輸煤成產(chǎn)數(shù)據(jù)考核管理智能化

智能化煤場管控系統(tǒng)投入使用后，實現(xiàn)了電廠燃料運行專業(yè)考核管理智能化，系統(tǒng)自動對電廠輸煤各運行班組上煤量、上煤效率、噸煤電耗等數(shù)據(jù)進(jìn)行計算及存儲，同時結(jié)合擋板切換等定期工作計劃執(zhí)行情況自動對輸煤各運行班組進(jìn)行打分及評比，提升電廠輸煤運行人員的精細(xì)化操作水平及輸煤系統(tǒng)的運行效率。

5.4實現(xiàn)了煤場智能化管控，杜絕存煤自燃的發(fā)生

智能化煤場管控系統(tǒng)投入使用后，實現(xiàn)了煤場的智能化管控，系統(tǒng)通過自動采集紅外熱成像、煤場環(huán)境在線檢測系統(tǒng)數(shù)據(jù)，結(jié)合煤場內(nèi)存煤的堆存時間進(jìn)行分析及計算對超溫的區(qū)域進(jìn)行提前預(yù)警并提前將這一區(qū)域的存煤進(jìn)行取上，該系統(tǒng)投入運行后，華能營口熱電有限責(zé)任公司兩個圓形儲煤場再未出現(xiàn)存煤自燃現(xiàn)象，每年可為電廠降低損失約30萬元。

5.5混配煤精細(xì)化，提升機組的經(jīng)濟效益

智能化煤場管控系統(tǒng)通過對作業(yè)任務(wù)及煤場內(nèi)存煤信息進(jìn)行分析及計算得出最佳的混煤及堆煤方案，并通過控制堆取料機及給料機實現(xiàn)精確混煤，大大的提升了機組的經(jīng)濟效益。

5.6系統(tǒng)設(shè)計先進(jìn)，運行穩(wěn)定，促進(jìn)行業(yè)內(nèi)技術(shù)的發(fā)展

目前國內(nèi)各大廠礦尚沒有一個實現(xiàn)基于三維激光成像技術(shù)并應(yīng)用于圓形煤場的成功實例，華能營口熱電有限責(zé)任公司設(shè)計的智能化煤場管控系統(tǒng)于2016年12月1日正式投入運行，目前設(shè)備運行穩(wěn)定，大大的提升了電廠輸煤系統(tǒng)運行效率及運行安全性，系統(tǒng)采用標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計，多項自主創(chuàng)新成果及新工藝的應(yīng)用對行業(yè)內(nèi)該項技術(shù)的發(fā)展起到了極大的促進(jìn)作用。

6.成果實施應(yīng)用情況

由華能營口熱電有限責(zé)任公司自主設(shè)計的智能化煤場管控系統(tǒng)于2016年12月1日正式投入運行，系統(tǒng)主要應(yīng)用于輸煤生產(chǎn)管理及輸煤系統(tǒng)全自動控制，輸煤系統(tǒng)兩臺堆取料機徹底實現(xiàn)了全自動無人值守運行，目前系統(tǒng)運行穩(wěn)定，電廠輸煤系統(tǒng)運行效率及運行安全性大大提升，電廠的燃料管理水平也得到了較大的提升，每年可為電廠帶來較大的經(jīng)濟效益。(此專文摘自《電力設(shè)備管理》雜志文庫，專文主創(chuàng)單位：華能營口熱電廠)