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水泥厂余热发电计算机监测系统设计中几个问题探讨

发布时间：2011/5/30 阅读次数：2497 字体大小: 【小】【中】【大】

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为了解决我厂扩建第二条4000t/d干法水泥生产线的用电需要，缓解当地供电紧张状况，我厂在一、二条水泥生产线水泥窑尾、窑头部分增设两台SP余热炉、两台AQC余热炉、两台补燃煤粉炉及两台1.2万kW的汽轮发电机组建成一个小型发电厂。为了保证余热发电安全监测运行的应用要求，在发电机控制室配置了国产“DAS-451”工业过程计算机监测系统。

1　计算机监测系统在水泥厂余热发电运行维护中的作用

　　我厂采用的这套集运行和开发为一体的计算机监测系统是当前我国新、老发电机组采用的通用型数据采集处理系统。由于该系统方便地将大面积的、分散的控制台(盘)式的监视变为集中的CRT监视，具备了巡回检测、数据处理、越限报警、开关量变态处理、事故追忆、相关参数画面显示及报表和故障信息打印等功能，所以在发电机组启动、恢复、运行、事故原因查找及人工抄表带来的人为误差等方面，发挥了很好的作用，大大减轻了运行操作人员的负担，保证了发电运行的正常进行。

2　影响计算机监测系统发挥作用的主要障碍

　　由于国内一些单位竞相开发和研制，在整体设计中，还有许多不足之处，使目前有的系统还未达到常规仪表那种应用自如的程度，不能发挥出应有的作用。通过我厂发电运行过程中暴露的问题和同兄弟单位交流的情况来看，主要表现如下：

2.1　“死机”现象频繁

　　计算机监测系统运行中的“死机”是目前应用中常常碰到的一个难以解决的问题，偶发性“死机”是非固定性故障。“死机”后重新启动又能运行如故。“死机”原因大致归纳如下：

2.1.1　主机系统故障

　　目前国内应用的监测系统多为二级体系结构，国内监测上位机多为带磁盘系统的通用计算机。实践证明磁盘驱动器的故障率最高，对工作环境(如防尘、温度等)要求高，并需特殊的维护，有些单位设计、开发的数据采集处理系统依赖于上位机。若上位机自身的可靠性差，出现故障，将导致整个监测系统处于停滞状态。

2.1.2　前置数据采集系统(I/O子系统)故障

　　I/O过程通道子系统是监测计算机系统的重要组成部分。对它的设计有很高的技术性。影响其工作可靠性的因素是多方面的，如模板设计技术、抗共模干扰技术等，均可影响系统的可靠性、稳定性和测量精确度。

2.1.3　偶发性干扰

　　有些现场干扰脉冲源可达千伏以上，致使计算机系统误动作，程序“飞掉”造成“死机”。重者造成扫描模块损坏。

2.1.4　程序设计缺陷

　　设计上有缺陷的程序，可以较长时间的运行，一般不易发现。但在某种条件下，程序条件“相撞”使程序飞到不应去的地址单元或者根本不知去向。但重新启动后又能正常运行。由于“相撞”机遇很小，难以查找或难以在软件上清除。

2.2　设计方案上的错误

　　我厂二线1.2万kW余热发电系统仅采用一套计算机监测系统进行监测。从连续生产运行的需要，必须定期对二线水泥生产线的设备和余热发电系统的设备进行轮换停机检修。目前这一套二线共用的计算机监测系统就始终不能停机检修。长期运行，必然使故障率上升，一旦该系统损坏，二线发电和水泥生产将不同程度地受到影响。增加一套监控系统的分线改造工作必然给发电及生产带来不必要的损失。

2.3　计算机监测系统不能与发电机组同步投入运行

　　发电和水泥工艺流程设计的畅通是过程监测系统设计的重要保证。由于三者结合不好，加上有的开发单位技术人员在设计、安装、调试和投运的过程中经验不足，往往造成系统装置运到现场边投运边改进设计和进行调试工作，延长了系统在现场恢复与投运时间，致使系统与机组不能同步投入运行。加上现场安装、调试期间，环境不良，也给系统增加了运行故障的隐患。

2.4　灰尘对机柜中设备和模块的影响

　　从地下电缆安装架上直接进入机控室地面开孔处的大量信号电缆，由于是直接进入系统机柜连接在端子板上，在开孔处封填措施不得力，使地下灰尘在机柜中形成通道，直接侵入机柜内的设备和模板，成为系统故障的隐患。

　　由于诸如以上问题的存在，严重影响了计算机监测系统的应用和作用的发挥，影响了人们对它的信任度。因此，如何提高监测系统的可靠性和可用性，是当前从事研究开发工作的技术人员的重要研究课题，也是用户选型要关心的问题。

3　提高监测系统可靠性的技术措施

3.1　对现场安装、设计与施工提出详细具体的要求

　　对工程设计人员来讲，国内关于合理利用水泥窑煅烧余热发电的项目还属新技术，在项目中应用了国产计算机监测系统，并使之完善应用，确实要下一番功夫进行研究探讨。同时也由于当前监测系统尚未规范化，每个应用系统各有些特殊要求。因此，在项目设计初期，设计人员必须会同热控设计和水泥工艺设计人员一道对监测系统的设计、安装等提出详细具体的要求。

3.1.1　关于信号电缆的屏蔽与敷设

　　信号电缆的敷设对数据采集处理系统的测量精度、系统稳定性和可靠性均有重要影响。应按架空分层的原则进行敷设，动力电缆敷设于最上层，依次下来是电气控制、热控控制，最底层为仪表信号电缆。电力电缆与信号电缆间应保证有30cm以上距离。最好用隔板隔离，而且避免平行走线。对模拟信号，特别是毫伏级低电平信号应采用带绝缘层的屏蔽双绞线。所有信号线的屏蔽层采用一点接地方案。为了节省投资，开关量信号可采用KVV控制电缆双绞线敷设。

3.1.2　机控室信号电缆的引入

　　大量的数据采集信号电缆，从地下电缆安装架上通过地面开孔处进入机控室连接到系统中间端子柜上。要求地面开孔处距离中间端子柜约2～3m。这样由地面开孔进入的灰尘不致于在中间端子柜中直接形成风道。2～3m的地上通道不仅可以缓冲地下灰尘的侵入，又可使数采系统有散热通风的空间。地面开孔处要求采用阻燃封填措施，中间端子柜下部要采用滤尘网措施，使机柜内保持良好的清洁度。

3.1.3　信号分类与连线要求

　　发电厂信号源可分为模拟量与开关量两大类。模拟量输入信号包括热电偶信号、热电阻信号、电气信号及变送器信号等。开关量信号包括中断开关量、一般开关量和脉冲量等。

　　(1)热电偶信号

　　对数据采集系统而言，接地式屏蔽热电偶是最佳信号输入方式。不接地的浮动热电偶应将其屏蔽层接地，并选择合适地点将热电偶负端接地。这样使共模信号电流流到屏蔽层内，从而抑制噪声的产生。在与模拟表共存的系统里，热电偶应采用双支型，使数据采集和模拟仪表用的热电偶信号分设。可采用就地冷端箱补偿方式，冷端箱至热电偶间用补偿导线连接。冷端箱至计算机用带绝缘层的屏蔽双绞线。采用测试安装于冷端箱内热敏元件，再经计算机补偿到各点的方法进行冷端补偿。冷端箱体采用导热绝缘材料，箱体内导热，使温度分布均匀。箱体外绝缘性要好。

　　(2)热电阻(RTD)信号

　　RTD直接电阻信号，要求双支型，与模拟仪表分设，信号传输线为三线制。

　　(3)变送器信号

　　对于Ⅱ型表和Ⅲ型表输出的电流信号，一般可与模拟表合用，但对二线制1151GP压力变送器，在不设电源分配器的情况下，必须使数据采集系统的取样电阻串联于公用电源的负端。

　　(4)开关量信号

　　为隔离现场和避免强电控制回路因检修或误操作引入计算机系统，开关量信号可设中间继电器进行隔离。

3.1.4　关于地线

　　监测装置的接地系统是抑制噪声，防止干扰，使系统安全可靠工作的重要保证。要求设置专用地线网，其接地电阻不超过2Ω。

3.1.5　供电系统

　　计算机监测系统应使用不间断的，不受其它影响的独立的供电系统。即选用有高频滤波、稳压、隔离、无触点切换等措施的不间断电源UPS，以确保在事故发生瞬时仍能有效地监控。

3.2　数据采集通道装置设计与安装的可靠性技术措施

3.2.1　关于功能模块的自诊断

　　测量、扫描功能模块要选择对因地电位的不同引起的共模干扰和对工频串模干扰有一定范围的抑制功能的产品。一般功能模块的实时在线诊断最简单易行的方法是进行在线的读、写操作检验，定时的访问诊断。对A/D转换器的工作状态应能实时跟踪，当诊断出其工作不正常时，能及时地向处理机汇报并报告故障源。

3.2.2　数据采集通道系统的自诊断和自恢复

　　为解决和克服偶发性“死机”现象，仅有一般的“看门狗”是不够的，还应有硬件的系统诊断与自恢复功能，即建立程序运行监视程序。在线诊断出运行程序“死锁”或“飞掉”时，无论系统处于什么状态，都能自动重新启动程序运行。同时给出“死机”的故障指示和报警。若短时间内累计“死机”次数较多，则易引起维修人员注意，及时排除故障源。

3.2.3　模拟量输入信号预处理与信号互连技术

　　工业现场通常都存在由于强磁场机械的开闭，因信号传输中靠近动力电缆受到的干扰，不希望出现的热电偶效应，大地电位差等原因造成的噪声干扰源。系统设计者必须采取信号预处理措施和采用合理的信号连接技术将噪声限制到容许的范围内，以使数据采集处理装置能适应各种工艺环境。

　　(1)信号滤波

　　通常采用在模拟量输入通道的输入端加RC低通滤波器可以取得很好的效果。但要注意滤波常数太大，将影响系统对实际过程变化的响应，限制了单个通道速率的提高。

　　(2)过压保护

　　在滤波器的输入端加上过压保护线路，可防止维修人员因误动作串入高压而损坏元器件。

　　(3)断偶检查

　　模拟量输入信号，特别是热电偶信号应具有断线检查功能，以防采集处理非信号源信号，同时也为排除故障信号源提供方便。

　　(4)信号连接技术

　　模拟量输入信号种类及数量繁多，现场输入信号情况各不相同。必须有一套信号连接技术以适应各种工况场合。

　　单端输入方式：对于那些相距数据采集装置较近;信号源分布比较集中且只能引出一根信号线和一根公共地线;或者每个信号源可引出二根信号线的场合，都可采用单端输入方案。此方案可以节省采样通道设备。但信号传输线不宜太长，否则串模干扰将使测量精度受影响。

　　差动输入方式：差动输入为二级切换方式，可提高共模抑制能力和测量精度。但采样开关设备比单端多一倍。

　　伪差动输入方式：该方式较好地克服了单端输入的缺点，兼有差动输入的优点。适用于共模电压不太大，信号源至少可引出二根公共地线或二根信号源的场合。

　　三线采样方式：对于信号源分散、不能共地、信号源之间的地电位差大的场合需考虑三线切换方式。信号地线的切换，切换了信号源地之间的通路，使共模电压仅与采样开关的击穿电压有关。采样开关一般采用干簧继电器，共模电压可达几十伏以上，但受继电器动作速度影响，采样速度一般在100点/s以下。

　　全隔离方式：在信号源间共模干扰极强的场合，应采取信号源间及与计算机间都进行隔离的方案，一般用变压器作隔离元件，工艺较复杂，费用高。

3.2.4　装置内部的地线

　　装置内部应设置两块浮置地线板：计算机逻辑地和计算机保护地。前者内联数据采集装置的逻辑电源地，外联专用接地网。后者为设备屏蔽保护，外联厂房地。

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