电厂燃料储库智能化改造技术研究

桐乡泰爱斯环保能源有限公司 冯 宏

2016年中国自动化学会的发电自动化专业委员会组织编写了《智能电厂技术发展纲要》，中国电力企业联合会于2018年颁布标准T/CEC164《火力发电厂智能化技术导则》，这些都对发电厂智能化发展起到推进作用。在对智能发电厂的概念、结构和具体功能的探索过程中，国内一些大型发电集团率先积极开展对旧发电厂进行智能化升级改造，对新技术进行验证，从而为新建智能电厂规划及建设提供支持。目前电厂煤储库为封闭仓库，空气悬浮颗粒物多，行车工劳动强度高、存在健康隐患。行车工在工作中带入的个人操作习惯极大地加速了设备硬件的损耗，提高了行车的整体保养维修成本。目前绝大多数行车缺乏对于故障的早期判断反馈及实时监测，存在较大安全隐患。

1 设置智能控制中心

桐乡泰爱斯环保能源有限公司干煤棚配置QZ型电动双梁抓斗桥式行车，额定起重量16t，司机室人工操作，控制方式采用PLC 程序控制和变频驱动控制，PLC 采用欧姆龙CP1E 系列产品，变频器采用安川H1000系列产品。库区设置12个皮带机进料口、2个出料口，煤料的进料、平料、出料都通过人工操作抓斗行车完成。智能控制中心设置在中控室内，用于库区智能管控系统的数据运算、远程监视、远程控制。

中控台及库区智能管控系统：中控台可远程监控抓斗行车的作业状态，其上安装有库区智能管控系统、远程操作手柄、指示灯、蜂鸣器、急停蘑菇头按钮、液晶显示器等，中控台内设置远控PLC 从站，操作手柄的档位与行车司机室手柄一致。中控台上设置两台液晶显示器，分别显示库区智能管控系统的操作界面和抓斗行车传回的视频画面。库区智能管控系统是一个功能齐全的智能控制系统，包含各种自定义的参数设置，通过修改参数使无人行车自动化调度、运行更加贴合生产工艺的需求。系统配备了行车设备监控和整场视频监控功能，使作业过程更加直观、高效。另外在库区智能管控系统中还可按照客户的格式提供行车在自动化运行过程中的工作日志。

系统配套硬件设备布置：在中控室机房安置机柜，机柜内设置终端服务器、视频服务器、核心网络交换机等相关配套硬件。核心交换机是连接中控台、视频后端系统、服务器等设备和远程抓斗行车的枢纽。交换机采用机架式网管型三层交换机，强大性能保证交换机可从容面对大量数据交换工作。视频后端系统由实时视频存储装置、视频解码设备、视频切换显示控制设备组成。视频存储配备至少存储一个月要求的硬盘[1]。

2 行车机上系统改造

行车机上系统是对抓斗行车上的电控系统更换、控制程序修改、传感器增设等。

2.1 控制系统

电控系统更换。干煤棚现有抓斗行车的PLC和变频器的存储、扫频速率、通讯方式及接口等参数不能满足智能行车稳定运行时对指令响应、信号回传速度的需求。改造过程中，新增一套西门子S7-1500PLC，配置profibus 模块，变频器也增设profibus 通讯卡[2]，通过DP 线将变频器与PLC 建立通讯，简化控制线路。S7-1500PLC 用于接收库区智能管控系统的运行指令，并将行车上的运行数据、各传感器实时监测数据发送至中控室内的库区智能管控系统中，库区智能管控系统后台通过分析所收集的数据加以算法计算、处理[2]，实时对当前指令进行修正，更准确高效地完成行车自动运行控制和数据监控，降低故障发生率，提高运行可靠性，从而智能化管控各机构的运行，并对发生的故障进行及时响应，引导维护人员进行快速检修。在实现自动控制的同时保留行车原始的机上人工操作方式。

添加防摇配置。人工操作行车工作时，平均超过30%的时间浪费在稳定摇晃的抓斗上。为减少调整负载摇摆的时间、避免摇摆导致的碰撞事故、提高生产效率和安全性，在本次智能改造中为抓斗行车定制了一套专用电子防摇系统，在自动工况下无论空载和重载，小车从全速运行到完全停止，抓斗摆动两个周期内完成消摆并趋于静止[3]。

2.2 定位系统及起升定位系统

准确可靠的定位方案是行车智能运行的关键。只有行车各机构停车位置准确，才能保证行车自动运行的稳定性。

大车定位系统。大车定位采用激光测距方式，激光测距是在大车端梁设置远距离高精度激光测距传感器，在对应的建筑墙体上设置反光板进行实时测距定位并通过工业总线与自动控制系统进行通讯上传数据[4]；小车定位系统。小车定位采用双激光测距冗余方式，记录一个激光传感器距离测量数据作为主要数据，利用另一个激光传感器测量数据复核主数据的正确性。

起升定位系统。起升机构采用绝对值编码器作为定位装置，其安装在起升卷筒的输出轴，检测卷筒转动圈数和角度得到抓斗距离小车的高度值，再通过目标位置至小车的高度值计算转换为抓斗放料时所需的起升高度值；物料分布采集系统。由激光扫描仪、控制器组成，可实现物料3D 建模和物料库存盘点功能。激光扫描仪固定安装在行车主梁两侧，进行高频率扫描可获取物料的轮廓信息等。

2.3 库区安全系统

防撞模块。在抓斗行车两个对角安装激光传感器，测距方向为大车行走方向，以此测定行车运动中两车之间的距离。激光传感器采用反射型光电开关，测距范围为0～20米[3]。激光信号接入抓斗行车的PLC 系统，当检测到其它抓斗行车时可实现自动减速停车；视频监控。行车两侧端梁分别安装一台枪机，具备200万高清、POE 网线供电、红外夜视功能。摄像头用于监控行车运行过程中行车本体、抓斗状态以及周围工况；人员进出管理。通过采集库区楼梯门、行车登机门、行车司机室门上的安全开关信号，实现行车运行与现场人员进出互锁，保证人员在维护以及维修进入库区内的安全性。

3 地面系统设置及作业流程约定

硬件及布置：地面系统的硬件包括电控柜、光纤终端盒、光纤、地面无线基站（BS）。电控柜设置在抓斗行车地面总开关箱旁、便于取电，柜内配置断路器、变压器、开关电源、PLC 分站、带光口的以太网交换机、光纤终端盒等[5]。光缆采用铠装单模拖拽式光缆。光纤敷设利用电缆沟、电缆埋管、电缆桥架等通道。地面无线基站（BS）的工作频段为5.8GHz，最高数据速率867Mbps,防护等级IP67，带PoE 功能，通过膨胀螺栓及支架安装在厂房墙壁上。

图1 干煤棚布置示意图

地面系统通讯：由于行车属于特种设备，考虑到安全性行车到控制中心间不是直接采用5G 通讯、而是通过地面系统进行信号中转。地面系统到中控室采用光纤通讯，地面系统与行车间采用5G 无线通讯。

作业流程约定：每个库区可包含进料区、存储区、出料口和备用区四种类型区域。操作员在库区智能管控系统划定自动行车作业区域，作业区域间不能有重叠，作业区域与行车一一对应，同一作业区域只能制定一台行车作业，同一行车也只能分配一块作业区域[5]。作业由操作人员根据实际生产需求将作业逻辑信息录入至库区智能管控系统中开始，其中逻辑信息包含行车设备编号、作业类型（进料/出料/移料/平料）、作业区域名称，根据需求提供物料比例、作业指令终止条件（次数/重量/体积/时间/物料高度/循环）、作业任务优先级等。