提高入厂煤采样机工控计算机的运行可靠性

提高入厂煤采样机工控计算机的运行可靠性

摘要：对强震动条件下的工控计算机在国内电力行业尚属新的课题，本文通过对入MCZ-III型厂煤采制样装臵工控计算机进行内部硬件及外部配套设施的相应改造，显著提高了工控计算机的可靠性。

关键词：提高采样机工控计算机可靠性

一、入厂煤采样机简介

机械化入厂煤采制样装臵（以下简称：机采）是为火力发电厂火车来煤的机械化煤质检验而设计的，它安装在发电厂的自备铁路上，与卸煤机械进行配套作业。

相对与人工采样，机采减少了采样过程的人为因素干扰，采样代表性、精密度大大提高，保证了电煤采样数据的客观真实性。在当前复杂的市场形势下，准确的煤质检验数据是发电厂向煤炭供应商进行质量索赔的重要依据，对部分供应商虚标煤炭计价热值、质价不符的不诚信行为产生极大的震慑，也为发电厂进行亏卡索赔工作提供了真实有力的依据和理由。

通常，火力发电厂约70%的发电成本用于煤炭采购。以XX发电厂为例，该厂装机容量1430MW，年消耗混煤约400万吨，以320元/吨的煤炭价格估算，每年的电煤成本为：400万×320元=12.8亿元。可见假如哪怕只是1‰的假劣煤炭未被检测出，都会给发电企业带来巨大的经济损失。

若无法掌握各批次煤炭的发热量、挥发分、结焦性、灰分熔点、可磨性等一系列参数的准确值，将会使入炉煤的掺配工作失去科学依

据，而掺配不当的话，轻则可能影响锅炉炉膛温度、燃料稳定性、灰渣量、烟气量；重则可能使锅炉受热面腐蚀、磨损、炉膛结焦甚至熄炉！严重影响了锅炉运行的安全性和经济性。

由此可见，入厂煤的机采率实质上关系到煤款结算、锅炉安全经济运行等一系列问题，因此各火力发电厂都非常重视入厂煤的机采率。而工控计算机作为入厂煤采制样装臵的核心控制设备，其运行可靠性直接决定了整机是否能投用。

二、工控计算机运用现状

工控计算机（相对于PLC，工控计算机又称上位机）是整个机采设备的控制核心，若上位机无法正常工作则PLC无法正确带动继电器执行采样动作，机采无法进行采制样作业。而同时期XX发电厂在输煤程控、视频监控系统上使用的工控计算机为同品牌、同类型产品，故障率却远低于机采。

三、工控计算机故障原因分析

2006年初，为了适应生产要求，XX发电厂投用了新型MCZ-III 型电站采制样装臵。但设备电气缺陷率一直居高不下，2009年第2-4季度平均缺陷率为0.763故障小时/天，远高于输煤系统其他电气设备的平均水平。通过对入厂煤采制样装臵《设备检修记录》及《设备电气缺陷记录》的统计，以及对机采程控上位机资料的研究，我们发现：机采程控上位机采用台湾研华公司生产的工控计算机，板卡系统设计较成熟，该型工控计算机广泛用于各类工业自动化系统，但通常放臵在室内的集中控制室或专门的机房。由于机采工控计算机的应用

环境与室内控制室条件差别较大，根据统计数据经分析，造成该工控计算机运行稳定性差的主要原因有以下两点：

1、硬盘选型不合理。XX发电厂的入厂煤采制样装臵为门式钢结构、大车重心高，而采样机在车厢间选点作业时需频繁启动、制动，因此操作室震动特别大。假如震动加速度超过上位机硬盘磁头的承受极限，将会对硬盘造成永久性伤害。

经查阅资料，工控计算机硬盘为温彻思特型硬盘，主轴转速7200转/分钟，额定抗震性能为——工作时63gF，磁头重量为60g左右。使用测震仪在上位机处实测制动时最大震动加速度约16m/s2。根据牛顿第二运动定律可以计算出磁头在最大震动状态时受力F=ma=60×10-3×16=0.96N≈98gF＞63gF。从计算可以看出，硬盘实际震动值大大超过额定值。目前市售各品牌、型号IDE/SCSI普通硬盘，其抗震性能处同一数量级，因此硬盘选型不合理为工控计算机运行稳定性差的主要原因。

2、电源供应不可靠。机采工控计算机的220V单项交流电源取自机采三相滑触线380V交流电源系统，滑触线由许许多多个分段的输电导轨组装而成，导轨组装完毕后，再用悬吊夹等配件吊装悬空、保持水平。

由于装配工艺、制造工艺、现场机械震动、装配器件老化、维护不当等复杂因素限制，滑触线供电不可能保证集电器在滑动全过程中以理想状态运行，总是会发生集电器集电刷与导轨机械接触不良或瞬间机械分离现象；表现在电气特性上，入厂煤采制样装臵电源经常因

此发生瞬间失电或瞬间电源干扰，从而导致工控计算机非法关机、系统文件及磁盘分区信息被破坏等。因此确认，电源供应不可靠为工控计算机运行稳定性差的主要原因。

综上可以看出，尽管传统的工控计算机在硬件设计强调具备一定的抗震动能力，且接口丰富、散热性和防尘性较好。但在由于入厂煤采制样装臵的结构设计、材质选择及现场电源供应条件等先天原因，导致控制室内震动过大、计算机供电不稳定，从而造成工控计算机运行稳定性不佳。

四、应对措施

经过多方查阅资料和实践摸索，制定了以下对策：

针对硬盘选型问题：经过前面的论证，我们可以看出，工业计算机常用的温彻思特原理硬盘在本设备中是不适宜的。我们考察了市场上的其他四类主流的工业存储产品，并将其技术参数与温彻思特硬盘对比，我们选用了抗震性能优、速度快的DOM电子硬盘（Disk On Mudle Solid State Disk）。该硬盘由控制单元和存储单元组成。通过66MHz ULTRA DMA并行ATA总线传输数据，与温彻思特硬盘相比，DMA模式下读取速度约提高了3倍，写入速度约提高了1.5倍，无需电池和电源可保存数据10年以上。

我们选择了PQI工业级4G型直插式IDE接口DOM电子硬盘，电子硬盘支持FAT16/FAT32/NTFS/LINUX等常用文件格式，并支持启动。我们将该电子盘格式化为FAT32文件格式安装操作系统及组态界面软件，获得成功。由于DOM电子硬盘为全集成电路结构，屏弃了温彻

思特硬盘的机械转动结构，应用时已经完全不用考虑机械震动的影响。

针对电源供应不稳定问题：（1）、滑线整修。我们参照滑触线设备厂家的安装手册，联系厂家对滑触线供电装臵进行一次全面的整修，使之符合规定参数，并建立了相关标准化工作制度，确保长效。通过修整，一定程度上改善了上位机电源的供电质量。

（2）、加装UPS不间断电源，防止电源缺项。因程控上位机平均消耗功率约150瓦，要求UPS能提供5分钟的持续供电能力。所以，我们选择了APC Back-UPS CS系列BK650-AS型UPS不间断电源。该UPS经济可靠，带有浪涌及过载保护功能。

考虑到运行人员习惯于在每次采样作业结束后拉下总空气开关QM。因此将UPS的220V电源取自总空开QM的A相上端头，以防止长期过放电造成UPS内部铅酸蓄电池极板酸化失效。

我们利用电能质量分析仪对供电质量进行分析，将电能质量分析仪接在UPS与控制电源进线之间，通过对滑接线供电电压进行20次全过程跟车检测，检出瞬间失电4次，最大失电时间为6ms，在计算机可接受的最大失电时间15ms内。达到了实施目的。

五、总结

机采率的提高还会给入炉煤的科学掺配、锅炉的经济运行提供可靠技术依据，这些间接经济效益难以量化计算，在此不再赘述。