水泥廠余熱發(fā)電計(jì)算機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中幾個(gè)問題探討

1　計(jì)算機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在水泥廠余熱發(fā)電運(yùn)行維護(hù)中的作用

　　我廠采用的這套集運(yùn)行和開發(fā)為一體的計(jì)算機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是當(dāng)前我國新、老發(fā)電機(jī)組采用的通用型數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)。由于該系統(tǒng)方便地將大面積的、分散的控制臺(tái)(盤)式的監(jiān)視變?yōu)榧械腃RT監(jiān)視，具備了巡回檢測(cè)、數(shù)據(jù)處理、越限報(bào)警、開關(guān)量變態(tài)處理、事故追憶、相關(guān)參數(shù)畫面顯示及報(bào)表和故障信息打印等功能，所以在發(fā)電機(jī)組啟動(dòng)、恢復(fù)、運(yùn)行、事故原因查找及人工抄表帶來的人為誤差等方面，發(fā)揮了很好的作用，大大減輕了運(yùn)行操作人員的負(fù)擔(dān)，保證了發(fā)電運(yùn)行的正常進(jìn)行。

2　影響計(jì)算機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)發(fā)揮作用的主要障礙

　　由于國內(nèi)一些單位競(jìng)相開發(fā)和研制，在整體設(shè)計(jì)中，還有許多不足之處，使目前有的系統(tǒng)還未達(dá)到常規(guī)儀表那種應(yīng)用自如的程度，不能發(fā)揮出應(yīng)有的作用。通過我廠發(fā)電運(yùn)行過程中暴露的問題和同兄弟單位交流的情況來看，主要表現(xiàn)如下：

2.1　“死機(jī)”現(xiàn)象頻繁

　　計(jì)算機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)運(yùn)行中的“死機(jī)”是目前應(yīng)用中常常碰到的一個(gè)難以解決的問題，偶發(fā)性“死機(jī)”是非固定性故障。“死機(jī)”后重新啟動(dòng)又能運(yùn)行如故?！八罊C(jī)”原因大致歸納如下：

2.1.1　主機(jī)系統(tǒng)故障

　　目前國內(nèi)應(yīng)用的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)多為二級(jí)體系結(jié)構(gòu)，國內(nèi)監(jiān)測(cè)上位機(jī)多為帶磁盤系統(tǒng)的通用計(jì)算機(jī)。實(shí)踐證明磁盤驅(qū)動(dòng)器的故障率最高，對(duì)工作環(huán)境(如防塵、溫度等)要求高，并需特殊的維護(hù)，有些單位設(shè)計(jì)、開發(fā)的數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)依賴于上位機(jī)。若上位機(jī)自身的可靠性差，出現(xiàn)故障，將導(dǎo)致整個(gè)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)處于停滯狀態(tài)。

2.1.2　前置數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(I/O子系統(tǒng))故障

　　I/O過程通道子系統(tǒng)是監(jiān)測(cè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的重要組成部分。對(duì)它的設(shè)計(jì)有很高的技術(shù)性。影響其工作可靠性的因素是多方面的，如模板設(shè)計(jì)技術(shù)、抗共模干擾技術(shù)等，均可影響系統(tǒng)的可靠性、穩(wěn)定性和測(cè)量精確度。

2.1.3　偶發(fā)性干擾

　　有些現(xiàn)場(chǎng)干擾脈沖源可達(dá)千伏以上，致使計(jì)算機(jī)系統(tǒng)誤動(dòng)作，程序“飛掉”造成“死機(jī)”。重者造成掃描模塊損壞。

2.1.4　程序設(shè)計(jì)缺陷

　　設(shè)計(jì)上有缺陷的程序，可以較長時(shí)間的運(yùn)行，一般不易發(fā)現(xiàn)。但在某種條件下，程序條件“相撞”使程序飛到不應(yīng)去的地址單元或者根本不知去向。但重新啟動(dòng)后又能正常運(yùn)行。由于“相撞”機(jī)遇很小，難以查找或難以在軟件上清除。

2.2　設(shè)計(jì)方案上的錯(cuò)誤

　　我廠二線1.2萬kW余熱發(fā)電系統(tǒng)僅采用一套計(jì)算機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。從連續(xù)生產(chǎn)運(yùn)行的需要，必須定期對(duì)二線水泥生產(chǎn)線的設(shè)備和余熱發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)備進(jìn)行輪換停機(jī)檢修。目前這一套二線共用的計(jì)算機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)就始終不能停機(jī)檢修。長期運(yùn)行，必然使故障率上升，一旦該系統(tǒng)損壞，二線發(fā)電和水泥生產(chǎn)將不同程度地受到影響。增加一套監(jiān)控系統(tǒng)的分線改造工作必然給發(fā)電及生產(chǎn)帶來不必要的損失。

2.3　計(jì)算機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)不能與發(fā)電機(jī)組同步投入運(yùn)行

　　發(fā)電和水泥工藝流程設(shè)計(jì)的暢通是過程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重要保證。由于三者結(jié)合不好，加上有的開發(fā)單位技術(shù)人員在設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試和投運(yùn)的過程中經(jīng)驗(yàn)不足，往往造成系統(tǒng)裝置運(yùn)到現(xiàn)場(chǎng)邊投運(yùn)邊改進(jìn)設(shè)計(jì)和進(jìn)行調(diào)試工作，延長了系統(tǒng)在現(xiàn)場(chǎng)恢復(fù)與投運(yùn)時(shí)間，致使系統(tǒng)與機(jī)組不能同步投入運(yùn)行。加上現(xiàn)場(chǎng)安裝、調(diào)試期間，環(huán)境不良，也給系統(tǒng)增加了運(yùn)行故障的隱患。

2.4　灰塵對(duì)機(jī)柜中設(shè)備和模塊的影響

　　從地下電纜安裝架上直接進(jìn)入機(jī)控室地面開孔處的大量信號(hào)電纜，由于是直接進(jìn)入系統(tǒng)機(jī)柜連接在端子板上，在開孔處封填措施不得力，使地下灰塵在機(jī)柜中形成通道，直接侵入機(jī)柜內(nèi)的設(shè)備和模板，成為系統(tǒng)故障的隱患。

　　由于諸如以上問題的存在，嚴(yán)重影響了計(jì)算機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用和作用的發(fā)揮，影響了人們對(duì)它的信任度。因此，如何提高監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的可靠性和可用性，是當(dāng)前從事研究開發(fā)工作的技術(shù)人員的重要研究課題，也是用戶選型要關(guān)心的問題。

3　提高監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可靠性的技術(shù)措施

3.1　對(duì)現(xiàn)場(chǎng)安裝、設(shè)計(jì)與施工提出詳細(xì)具體的要求

　　對(duì)工程設(shè)計(jì)人員來講，國內(nèi)關(guān)于合理利用水泥窯煅燒余熱發(fā)電的項(xiàng)目還屬新技術(shù)，在項(xiàng)目中應(yīng)用了國產(chǎn)計(jì)算機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，并使之完善應(yīng)用，確實(shí)要下一番功夫進(jìn)行研究探討。同時(shí)也由于當(dāng)前監(jiān)測(cè)系統(tǒng)尚未規(guī)范化，每個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)各有些特殊要求。因此，在項(xiàng)目設(shè)計(jì)初期，設(shè)計(jì)人員必須會(huì)同熱控設(shè)計(jì)和水泥工藝設(shè)計(jì)人員一道對(duì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝等提出詳細(xì)具體的要求。

3.1.1　關(guān)于信號(hào)電纜的屏蔽與敷設(shè)

　　信號(hào)電纜的敷設(shè)對(duì)數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)的測(cè)量精度、系統(tǒng)穩(wěn)定性和可靠性均有重要影響。應(yīng)按架空分層的原則進(jìn)行敷設(shè)，動(dòng)力電纜敷設(shè)于最上層，依次下來是電氣控制、熱控控制，最底層為儀表信號(hào)電纜。電力電纜與信號(hào)電纜間應(yīng)保證有30cm以上距離。最好用隔板隔離，而且避免平行走線。對(duì)模擬信號(hào)，特別是毫伏級(jí)低電平信號(hào)應(yīng)采用帶絕緣層的屏蔽雙絞線。所有信號(hào)線的屏蔽層采用一點(diǎn)接地方案。為了節(jié)省投資，開關(guān)量信號(hào)可采用KVV控制電纜雙絞線敷設(shè)。

3.1.2　機(jī)控室信號(hào)電纜的引入

　　大量的數(shù)據(jù)采集信號(hào)電纜，從地下電纜安裝架上通過地面開孔處進(jìn)入機(jī)控室連接到系統(tǒng)中間端子柜上。要求地面開孔處距離中間端子柜約2～3m。這樣由地面開孔進(jìn)入的灰塵不致于在中間端子柜中直接形成風(fēng)道。2～3m的地上通道不僅可以緩沖地下灰塵的侵入，又可使數(shù)采系統(tǒng)有散熱通風(fēng)的空間。地面開孔處要求采用阻燃封填措施，中間端子柜下部要采用濾塵網(wǎng)措施，使機(jī)柜內(nèi)保持良好的清潔度。

3.1.3　信號(hào)分類與連線要求

　　發(fā)電廠信號(hào)源可分為模擬量與開關(guān)量?jī)纱箢?。模擬量輸入信號(hào)包括熱電偶信號(hào)、熱電阻信號(hào)、電氣信號(hào)及變送器信號(hào)等。開關(guān)量信號(hào)包括中斷開關(guān)量、一般開關(guān)量和脈沖量等。

　　(1)熱電偶信號(hào)

　　對(duì)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)而言，接地式屏蔽熱電偶是最佳信號(hào)輸入方式。不接地的浮動(dòng)熱電偶應(yīng)將其屏蔽層接地，并選擇合適地點(diǎn)將熱電偶負(fù)端接地。這樣使共模信號(hào)電流流到屏蔽層內(nèi)，從而抑制噪聲的產(chǎn)生。在與模擬表共存的系統(tǒng)里，熱電偶應(yīng)采用雙支型，使數(shù)據(jù)采集和模擬儀表用的熱電偶信號(hào)分設(shè)?？刹捎镁偷乩涠讼溲a(bǔ)償方式，冷端箱至熱電偶間用補(bǔ)償導(dǎo)線連接。冷端箱至計(jì)算機(jī)用帶絕緣層的屏蔽雙絞線。采用測(cè)試安裝于冷端箱內(nèi)熱敏元件，再經(jīng)計(jì)算機(jī)補(bǔ)償?shù)礁鼽c(diǎn)的方法進(jìn)行冷端補(bǔ)償。冷端箱體采用導(dǎo)熱絕緣材料，箱體內(nèi)導(dǎo)熱，使溫度分布均勻。箱體外絕緣性要好。

　　(2)熱電阻(RTD)信號(hào)

　　RTD直接電阻信號(hào)，要求雙支型，與模擬儀表分設(shè)，信號(hào)傳輸線為三線制。

　　(3)變送器信號(hào)

　　對(duì)于Ⅱ型表和Ⅲ型表輸出的電流信號(hào)，一般可與模擬表合用，但對(duì)二線制1151GP壓力變送器，在不設(shè)電源分配器的情況下，必須使數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的取樣電阻串聯(lián)于公用電源的負(fù)端。

　　(4)開關(guān)量信號(hào)

　　為隔離現(xiàn)場(chǎng)和避免強(qiáng)電控制回路因檢修或誤操作引入計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，開關(guān)量信號(hào)可設(shè)中間繼電器進(jìn)行隔離。

3.1.4　關(guān)于地線

　　監(jiān)測(cè)裝置的接地系統(tǒng)是抑制噪聲，防止干擾，使系統(tǒng)安全可靠工作的重要保證。要求設(shè)置專用地線網(wǎng)，其接地電阻不超過2Ω。

3.1.5　供電系統(tǒng)

　　計(jì)算機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)使用不間斷的，不受其它影響的獨(dú)立的供電系統(tǒng)。即選用有高頻濾波、穩(wěn)壓、隔離、無觸點(diǎn)切換等措施的不間斷電源UPS，以確保在事故發(fā)生瞬時(shí)仍能有效地監(jiān)控。

3.2　數(shù)據(jù)采集通道裝置設(shè)計(jì)與安裝的可靠性技術(shù)措施

3.2.1　關(guān)于功能模塊的自診斷

　　測(cè)量、掃描功能模塊要選擇對(duì)因地電位的不同引起的共模干擾和對(duì)工頻串模干擾有一定范圍的抑制功能的產(chǎn)品。一般功能模塊的實(shí)時(shí)在線診斷最簡(jiǎn)單易行的方法是進(jìn)行在線的讀、寫操作檢驗(yàn)，定時(shí)的訪問診斷。對(duì)A/D轉(zhuǎn)換器的工作狀態(tài)應(yīng)能實(shí)時(shí)跟蹤，當(dāng)診斷出其工作不正常時(shí)，能及時(shí)地向處理機(jī)匯報(bào)并報(bào)告故障源。

3.2.2　數(shù)據(jù)采集通道系統(tǒng)的自診斷和自恢復(fù)

　　為解決和克服偶發(fā)性“死機(jī)”現(xiàn)象，僅有一般的“看門狗”是不夠的，還應(yīng)有硬件的系統(tǒng)診斷與自恢復(fù)功能，即建立程序運(yùn)行監(jiān)視程序。在線診斷出運(yùn)行程序“死鎖”或“飛掉”時(shí)，無論系統(tǒng)處于什么狀態(tài)，都能自動(dòng)重新啟動(dòng)程序運(yùn)行。同時(shí)給出“死機(jī)”的故障指示和報(bào)警。若短時(shí)間內(nèi)累計(jì)“死機(jī)”次數(shù)較多，則易引起維修人員注意，及時(shí)排除故障源。

3.2.3　模擬量輸入信號(hào)預(yù)處理與信號(hào)互連技術(shù)

　　工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)通常都存在由于強(qiáng)磁場(chǎng)機(jī)械的開閉，因信號(hào)傳輸中靠近動(dòng)力電纜受到的干擾，不希望出現(xiàn)的熱電偶效應(yīng)，大地電位差等原因造成的噪聲干擾源。系統(tǒng)設(shè)計(jì)者必須采取信號(hào)預(yù)處理措施和采用合理的信號(hào)連接技術(shù)將噪聲限制到容許的范圍內(nèi)，以使數(shù)據(jù)采集處理裝置能適應(yīng)各種工藝環(huán)境。

　　(1)信號(hào)濾波

　　通常采用在模擬量輸入通道的輸入端加RC低通濾波器可以取得很好的效果。但要注意濾波常數(shù)太大，將影響系統(tǒng)對(duì)實(shí)際過程變化的響應(yīng)，限制了單個(gè)通道速率的提高。

　　(2)過壓保護(hù)

　　在濾波器的輸入端加上過壓保護(hù)線路，可防止維修人員因誤動(dòng)作串入高壓而損壞元器件。

　　(3)斷偶檢查

　　模擬量輸入信號(hào)，特別是熱電偶信號(hào)應(yīng)具有斷線檢查功能，以防采集處理非信號(hào)源信號(hào)，同時(shí)也為排除故障信號(hào)源提供方便。

　　(4)信號(hào)連接技術(shù)

　　模擬量輸入信號(hào)種類及數(shù)量繁多，現(xiàn)場(chǎng)輸入信號(hào)情況各不相同。必須有一套信號(hào)連接技術(shù)以適應(yīng)各種工況場(chǎng)合。

　　單端輸入方式：對(duì)于那些相距數(shù)據(jù)采集裝置較近;信號(hào)源分布比較集中且只能引出一根信號(hào)線和一根公共地線;或者每個(gè)信號(hào)源可引出二根信號(hào)線的場(chǎng)合，都可采用單端輸入方案。此方案可以節(jié)省采樣通道設(shè)備。但信號(hào)傳輸線不宜太長，否則串模干擾將使測(cè)量精度受影響。

　　差動(dòng)輸入方式：差動(dòng)輸入為二級(jí)切換方式，可提高共模抑制能力和測(cè)量精度。但采樣開關(guān)設(shè)備比單端多一倍。

　　偽差動(dòng)輸入方式：該方式較好地克服了單端輸入的缺點(diǎn)，兼有差動(dòng)輸入的優(yōu)點(diǎn)。適用于共模電壓不太大，信號(hào)源至少可引出二根公共地線或二根信號(hào)源的場(chǎng)合。

　　三線采樣方式：對(duì)于信號(hào)源分散、不能共地、信號(hào)源之間的地電位差大的場(chǎng)合需考慮三線切換方式。信號(hào)地線的切換，切換了信號(hào)源地之間的通路，使共模電壓僅與采樣開關(guān)的擊穿電壓有關(guān)。采樣開關(guān)一般采用干簧繼電器，共模電壓可達(dá)幾十伏以上，但受繼電器動(dòng)作速度影響，采樣速度一般在100點(diǎn)/s以下。

　　全隔離方式：在信號(hào)源間共模干擾極強(qiáng)的場(chǎng)合，應(yīng)采取信號(hào)源間及與計(jì)算機(jī)間都進(jìn)行隔離的方案，一般用變壓器作隔離元件，工藝較復(fù)雜，費(fèi)用高。

3.2.4　裝置內(nèi)部的地線

　　裝置內(nèi)部應(yīng)設(shè)置兩塊浮置地線板：計(jì)算機(jī)邏輯地和計(jì)算機(jī)保護(hù)地。前者內(nèi)聯(lián)數(shù)據(jù)采集裝置的邏輯電源地，外聯(lián)專用接地網(wǎng)。后者為設(shè)備屏蔽保護(hù)，外聯(lián)廠房地。