DCS在火電廠化水系統(tǒng)的應(yīng)用

　　摘要：“蕪湖地電廠于1992～1997年分別投產(chǎn)了4臺上海三大動力設(shè)備廠生產(chǎn)的N125MW機(jī)組。其輔助設(shè)施化水系統(tǒng)投產(chǎn)于1992年，其中爐外水處理系統(tǒng)為共用系統(tǒng)，它由凈水系統(tǒng)、工業(yè)水系統(tǒng)、除鹽系統(tǒng)等組成；爐內(nèi)水處理系統(tǒng)分三、四期兩部分，皆由給水加氨、除氧劑加約、磷酸鹽加藥、集中取樣監(jiān)視等系統(tǒng)組成。
　　
　　2000年5月～2001年2月，蕪湖發(fā)電廠對化水監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行了改造，將上海新華控制工程有限公司的XDPS-400技術(shù)應(yīng)用于化水監(jiān)控系統(tǒng)，將以就地操作、就地監(jiān)控為主的化水系統(tǒng)變成以集中監(jiān)視、集中操作（OPU）、自動控制為主的系統(tǒng)，使化水監(jiān)控系統(tǒng)的自動化水平上了一個新臺階。
　　
　　一、改造原因
　　
　　改造前，除了除鹽室各泵設(shè)集中控制外，其它系統(tǒng)各泵均為就地控制：各系統(tǒng)液位均為就地式液位計。除鹽系統(tǒng)原設(shè)計為就地手操氣動控制系統(tǒng)，再生為就地手操氣動再手。但是該系統(tǒng)自投運以來，電磁閥柜不能正常使用，電磁閥大部分已銹壞，氣動閥門基本以手操為主；僅在陰床、混床出口配有在線電導(dǎo)率儀：再生用酸、堿濃度計原為大連產(chǎn)的*代產(chǎn)品，因使用情況不好，已于1999年4月拆除。
　　
　　永汽處理都采用就地控制式加藥系統(tǒng)。1997年，三、四期水汽系統(tǒng)統(tǒng)一安裝7某廠的水汽監(jiān)控系統(tǒng)。由于受當(dāng)時計算機(jī)水平的限制，且該監(jiān)控系統(tǒng)為該廠的*代產(chǎn)品，與現(xiàn)在的要求已有較大差距。另外，三期水汽系統(tǒng)未配備在線硅表、磷表、鈉表，這些項目的監(jiān)測只能以手工分析為主，方式落后，且不能連續(xù)監(jiān)督；氧表也為老指針式，急需更換。
　　
　　當(dāng)時化水運行人員共有55人，隨著定崗、定編的需要，減人已是大勢所趨。故化水監(jiān)控系統(tǒng)改造已是迫在眉睫。
　　
　　二、改造內(nèi)容
　　
　　（一）化水DCS系統(tǒng)
　　
　　經(jīng)過招標(biāo)，上海新華控制工程有限公司的XDPS-400分散控制系統(tǒng)中標(biāo)。其技術(shù)特點是：開放的體系結(jié)構(gòu)，充分利用的通用計算機(jī)和通訊技術(shù)，具有很好的向±兼容性：基于FTCP／IP的冗余高速數(shù)據(jù)通訊網(wǎng)，低層可采用以太、令牌等多種標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議：*的分布式實時數(shù)據(jù)庫與關(guān)系式數(shù)據(jù)庫融為一體，對網(wǎng)上各節(jié)點透明；靈活的I／O支持；基于WINDOWS的圖形人機(jī)接口站；DPU圖形組態(tài)軟件具有*的在線組態(tài)和調(diào)試能力；具有從在線的冗余通訊網(wǎng)到通道的自診斷能力：以GTW／WEB／DDE／OPC的方式與其它控制系統(tǒng)如MIS/INTRANET／INTERNET接口。硬件模塊化設(shè)計，使系統(tǒng)易于擴(kuò)展。
　　
　　XDPS-400分散控制系統(tǒng)覆蓋功能如下：
　　
　　●水汽監(jiān)控系統(tǒng)；
　　
　　●工業(yè)水恒壓、恒水位控制系統(tǒng)
　　
　　●生活水恒壓、恒水位控制系統(tǒng)
　　
　　●除鹽控制系統(tǒng)；
　　
　　●DAS系統(tǒng)；
　　
　　●給水自動加氨控制系統(tǒng)：
　　
　　●爐水磷酸鹽自動加藥控制系統(tǒng)。
　　
　　整個化水監(jiān)控系統(tǒng)共設(shè)I／O點908點，其中開關(guān)量665點，模擬量243點。
　　
　　系統(tǒng)共有5個機(jī)柜，2對冗余分布式處理單元（DPU），1臺工程師站（ENG，兼歷史數(shù)據(jù)站和MIS網(wǎng)通訊的多功能站），3臺操作員站（OPU），每個操作員站都平等，并互為備用。化水DCS網(wǎng)絡(luò)原則性結(jié)構(gòu)見圖1。　　
　　2．軟件配備
　　
　　操作系統(tǒng)采用WINDOWSNT4．0，DCS采用XDPS2．0軟件，軟件系統(tǒng)分為人機(jī)接口、DPU站的過程控制軟件、GTW軟件和化學(xué)專業(yè)統(tǒng)計報表軟件四部分，通過系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)與I／O網(wǎng)絡(luò)的通訊軟件融為一體，完成生產(chǎn)過程的實時控制、監(jiān)視和操作。操作員站軟件包功能豐富，涵蓋了現(xiàn)今幾乎所有的流行操作員站功能，操作界面簡單直觀。工程師站軟什包采用*實用的圖形組態(tài)軟件，簡便易用，特別是DPU組態(tài)軟件極為方便，可以對組態(tài)文件進(jìn)行在線修改、調(diào)試、操作、下裝等。
　　
　　3．系統(tǒng)實現(xiàn)的功能
　　
　　（1）DAS系統(tǒng)功能
　　
　　除顯示所有參數(shù)（化學(xué)在線儀表檢測數(shù)據(jù)、監(jiān)控參數(shù)、變頻泵控制狀態(tài)、工頻泵狀態(tài)、除鹽程控狀態(tài)等）的當(dāng)前值或狀態(tài)、報警記錄、操作記錄、實時曲線、歷史曲線外,還實現(xiàn)化學(xué)運行數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析，自動生成各類報表。
　　
　　（2）SCS系統(tǒng)功能
　　
　　①換床
　　
　　●首先根據(jù)運行參數(shù)判斷交換器是否失效：
　　
　　●當(dāng)確認(rèn)交換器失效后，在顯示畫面上提示換床；
　　
　　●畫面上自動彈出備用床號，在開啟該床手動進(jìn)口閥并確認(rèn)后，進(jìn)入正洗程序；
　　
　　●換床結(jié)束。
　　
　　②再生
　　
　　●當(dāng)確認(rèn)交換器失效后，在畫面的提示中選擇再生并確認(rèn)啟動再生程序；
　　
　　●啟動壓縮空氣系統(tǒng)；
　　
　　．●待壓力正常后顯示再生程序細(xì)節(jié)表：
　　
　　●當(dāng)確認(rèn)后，系統(tǒng)將運行設(shè)備停用，并提示是否關(guān)閉其手動進(jìn)出口閥：
　　
　　●確認(rèn)后，開啟酸（堿）計量箱進(jìn)口閥，放酸（堿）至預(yù)定位置，關(guān)閉計量箱進(jìn)口閥：
　　
　　●區(qū)別陰、陽床或混床再生，依次按各自再生步驟進(jìn)行再生；
　　
　　●停壓縮空氣系統(tǒng)。
　　
　　③系統(tǒng)連鎖
　　
　　當(dāng)#1、#2空壓機(jī)軟手操在自動時，儲氣罐壓力低于0．43MPa時，啟動空壓機(jī)：高于0．63MPa時，停空壓機(jī)。當(dāng)#1、#2中和泵軟手操在自動時，中和池的水位高于1600mm時，啟動中和泵：當(dāng)中和池水位低于800mm時，停中和泵。當(dāng)屋頂水箱水位低于1000mm時，啟動除鹽水泵：當(dāng)屋頂水箱高于1800mm時，停除鹽水泵。
　　
　　（3）MCS系統(tǒng)功能
　　
　　①工業(yè)水水池水位控制系統(tǒng)
　　
　　工業(yè)水池水位的控制由四臺升壓泵（#4～#7）調(diào)節(jié)，其中#4為變頻調(diào)節(jié)泵，其余為工頻泵。定義每臺工頻泵的出力為100％，變頻泵的出力為100％。經(jīng)過對運行數(shù)據(jù)的分析可看出，維持水池正常水位時泵出力通常是在130％～170％的狀態(tài)下。據(jù)此，在該控制系統(tǒng)中采取一投、一調(diào)、二備的方案，即一臺工頻泵以手動方式投入；另兩臺工頻泵以自動方式備用：一臺變頻泵以自動方式運行，對水位進(jìn)行跟蹤調(diào)節(jié)。在水位落到保護(hù)水位時，備用泵自動投入，用300-400％的泵出力將水位抬高。
　　
　　兩臺備用工頻泵的優(yōu)先級以切至自動的先后為準(zhǔn)。工頻泵的自動與手動工作方式是可以互換的。當(dāng)系統(tǒng)在不正常工況下工作時，應(yīng)切換到手動方式運行。
　　
　　②工業(yè)水母管壓力控制系統(tǒng)
　　
　　該系統(tǒng)依靠#1～#6工業(yè)水泵來調(diào)節(jié)工業(yè)水母管壓力，其中#1和#4為變頻泵（互為備用），其余為工頻泵。經(jīng)過對運行數(shù)據(jù)的分析可看出，機(jī)組穩(wěn)定運行所需的工業(yè)水母管壓力通常是由二臺工頻泵和一臺變頻泵的運行來實現(xiàn)。因此設(shè)計為二臺工頻泵運行，二臺工頻泵備用。#1或#4變頻泵調(diào)節(jié)工業(yè)水母管壓力，使它與設(shè)定值接近。當(dāng)變頻泵自動調(diào)節(jié)到95％時，啟動一臺工頻泵；當(dāng)變頻泵自動調(diào)節(jié)到5％時，關(guān)閉一臺工頻泵。
　　
　　③生活水池水位控制系統(tǒng)
　　
　　生活水池水位由三臺升壓泵（#1～#3）調(diào)節(jié)。合理地調(diào)配這三臺泵的工：作水池水位的穩(wěn)定。在三臺升壓泵中，#1為變頻泵，#2和#3為工頻泵。
　　
　　④生活水母管壓力控制系統(tǒng)可以保持生活
　　
　　該系統(tǒng)主要依靠#1～#4生活水泵來調(diào)節(jié)生活水母管壓力，其中#I為變頻泵，#2～#4為工頻泵。通過調(diào)節(jié)#l生活水泵的轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)工業(yè)水母管壓力，使它與設(shè)定值接近，當(dāng)變頻泵自動調(diào)節(jié)指令到98％時自動啟動一臺工頻泵，當(dāng)變頻泵自動調(diào)節(jié)指令到10％時自動關(guān)閉一臺工頻泵。同時，當(dāng)生活水母管壓力低于0．2MPa時，自動啟動一臺工頻泵，當(dāng)生活水母管壓力高于0．5MPa時，自動關(guān)閉一臺工頻泵。
　　
　　⑤化學(xué)水池水位控制系統(tǒng)
　　
　　該系統(tǒng)主要通過自動調(diào)節(jié)化學(xué)水池進(jìn)口閥的開度來控制化學(xué)水池的水位，原則上采用單沖量回路。考慮到清水泵的啟動將影響化學(xué)水池水位，所以在啟停清水泵時，設(shè)計延時30秒后再接受調(diào)節(jié)指令的變化。
　　
　　⑥給水自動加氨控制系統(tǒng)
　　
　　四期水汽處理已有給水自動加氨系統(tǒng)，暫不動。三期水汽給水加氨系統(tǒng)通過調(diào)節(jié)加氨變頻泵來控制給水pH值和給水電導(dǎo)率。比較兩個信號的相互關(guān)系，選擇給水電導(dǎo)率為主要控制信號。借鑒四期給水自動加氨系統(tǒng)運行經(jīng)驗，加氨泵轉(zhuǎn)速指令變化10％后，需經(jīng)過一段時間的延時（約20分鐘），才能使給水電導(dǎo)率改變，因此加入了給水電導(dǎo)率的變化率作為調(diào)節(jié)因素，來彌補(bǔ)延時產(chǎn)生的影響。整個系統(tǒng)以單沖量回路為基本框架，合理整定控制參數(shù)來控制變頻加氨泵的轉(zhuǎn)速，以調(diào)整給水pH值在8．8～9．3之間。
　　
　　⑦爐水磷酸鹽自動加藥控制系統(tǒng)
　　
　　該系統(tǒng)是通過控制磷酸鹽變頻泵來控制爐水的PO43-、pH值和電導(dǎo)率。由于一個調(diào)節(jié)量控制三個被調(diào)量，控制作用相當(dāng)復(fù)雜。通過運行和試驗結(jié)果分析，總結(jié)三個變量的變化情況和相互關(guān)系，暫定以爐水pH值為主要控制信號，同時考慮由于鍋爐排污對測量信號系統(tǒng)的影響，控制系統(tǒng)增加邏輯判斷和控制算法。經(jīng)過反復(fù)整定控制系統(tǒng)參數(shù)，使?fàn)t水三個變量維持在下列范圍內(nèi)運行：
　　
　　pH值范圍為9．4～9．6；P043-的范圍為2．0～4．0mg／L；DD的范圍為10～25μs／cm。
　　
　　（二）新增15臺變頻器
　　
　　就地變頻按以下方案進(jìn)行控制：OPU監(jiān)控（集中控制）——變頻器柜、變頻器（分散控制）。各變頻器的信號輸入DCS，變頻器的狀態(tài)可以通過DCS在OPU上實時反映。DCS可以根據(jù)各種工藝要求對其實行智能化控制，使被控對象達(dá)到*工況。
　　
　　本次改造安裝的就地變頻器控制柜有四種，皆為日本三菱產(chǎn)品。一種為FR-F540L-90K型，有1臺，為#1生活水泵：一種為FR-F540L-45K型，共有2臺，為#1、#4升壓泵：一種為FR-F540L-30K型，共有2臺，為#1、#4升壓泵；一種為FR-F540L-2．2K型，共有10臺，分別是#1／#3加氨泵、#11～#14甲／乙磷酸鹽加藥泵（8臺）。變頻器柜設(shè)在就地，柜內(nèi)設(shè)通風(fēng)、防塵裝置，且有便于操作的面板。變頻柜還設(shè)有過流過熱保護(hù)、信號采集及控制電路等裝置，并設(shè)有斷電保護(hù)自恢復(fù)功能。變頻器的控制有就地和遠(yuǎn)控兩種方式。
　　
　　（三）改造所有工頻泵控制回路
　　
　　增加工頻泵就地控制箱，保證能實現(xiàn)就地和遠(yuǎn)方操作。控制箱同時具有泵或風(fēng)機(jī)運行狀態(tài)信號和電機(jī)電流信號，并具有馬達(dá)控制回路所需的保護(hù)功能。
　　
　　（四）凈水系統(tǒng)
　　
　　1．安裝生活水CIO2消毒自動控制系統(tǒng)
　　
　　廢除原就地控制的CIO2消毒系統(tǒng)，采用一套德國ProMinet產(chǎn)BelloZon型CDVa二氧化氯消毒系統(tǒng)。實行就地自動控制。該系統(tǒng)與生活水混凝自動加藥系統(tǒng)配套安裝后投運，可確保生產(chǎn)區(qū)、生活區(qū)人員吃上放心水。
　　
　　2．生活水母管壓力、生活水母管濁度、3路生活水支母管流量等信號進(jìn)微機(jī)畫面。
　　
　　（五）除鹽系統(tǒng)
　　
　　取樣改為集中取樣；陰床、混床山口增裝Polymetron公司的8891在線硅表，陽床、混床出口增裝ORNION公司的1811EL鈉表：新裝4臺美國GLI公司產(chǎn)E33型酸堿濃度計；更換所有電磁閥柜：更換所有氣動閥門上的信號反饋裝置。
　　
　　（六）水汽系統(tǒng)
　　
　　14只溶藥箱各裝1臺磁翻板液位計，信號進(jìn)計算機(jī)畫面。三期水汽加氨由手動改為自動，為改造重點。主要是增裝1臺加藥泵、2臺變頻器、2臺在線電導(dǎo)率儀及其輔助設(shè)施。泵的啟停、變頻器的投切實行軟操和就地操作。所有化學(xué)在線儀表信號，包括樣水溫度和高溫架冷卻水母管壓力等信號進(jìn)計算機(jī)，并設(shè)超限報警。該系統(tǒng)投運后，可實現(xiàn)實時監(jiān)控，為提高化學(xué)監(jiān)督水平打下堅實基礎(chǔ)。三期水汽系統(tǒng)增裝Polymetron公司的8891在線硅表、ORNION公司的1811AO鈉表、北京華科儀表研究所的HK-108C磷表，內(nèi)冷水增裝國產(chǎn)在線pH表，氧表更換為HoneyWell公司的7020型氧表。這樣，三、四期水汽系統(tǒng)所有化學(xué)在線儀表2全部配齊，水汽品質(zhì)實現(xiàn)準(zhǔn)確、連續(xù)檢測。
　　
　　2000年12月，化水DCS系統(tǒng)改造基本結(jié)束，進(jìn)入調(diào)試階段。調(diào)試按系統(tǒng)分步進(jìn)行。2001年2月調(diào)試結(jié)束，化水DCS系統(tǒng)正式投入運行。
　　
　　三、改造特點
　　
　　●電氣設(shè)備進(jìn)入DCS控制：
　　
　　●DCS系統(tǒng)應(yīng)用于化水監(jiān)控系統(tǒng)，尤其是除鹽程控再生系統(tǒng)：
　　
　　●加藥全部實現(xiàn)自動，配齊所有化學(xué)在線儀表：
　　
　　●化學(xué)分析報表除實現(xiàn)日報外，還實現(xiàn)月報、季報和年報。
　　
　　四、改造效果
　　
　　（一）實現(xiàn)減人增效目標(biāo)
　　
　　化水DCS系統(tǒng)投運后，運行人員工作量、勞動強(qiáng)度大幅度下降。化學(xué)運行人員人數(shù)由改造前的55人減為現(xiàn)在的30人。
　　
　　（二）提高設(shè)備可靠性
　　
　　經(jīng)過本次化水DCS系統(tǒng)改造，整個化水系統(tǒng)中原來可靠性較差、或長期不用、或使用不正常的設(shè)備均得到有效改造或更換，如氣動閥門、電磁閥柜、在線氧表等。
　　
　　（三）降低能耗，減少藥品川量
　　
　　由于采用了：1：業(yè)水恒壓、恒水位控制系統(tǒng)和生活水恒壓、恒水位控制系統(tǒng)，使得各水池水位、工業(yè)水利生活水母管壓力均得到安全有效控制，能托大大降低。按每小時節(jié)約2噸水的保守算法，一年就可節(jié)約17520噸水。1臺變頻泵節(jié)電效率按20～40％計算，15臺變頻泵總額定功率為240kW，每小時可節(jié)電48～96kWh，每年可節(jié)電420480～840960kWh，效益顯著。由于加藥全部實現(xiàn)自動，也減少了藥品用量。
　　
　　（四）各水質(zhì)得到更好控制
　　
　　由于加藥全部實現(xiàn)自動，水質(zhì)實現(xiàn)連續(xù)實時監(jiān)控，使得水質(zhì)波動幅度減少。水質(zhì)出現(xiàn)異常時，能及時發(fā)現(xiàn)并及時得到處理，水汽品質(zhì)、生活水品質(zhì)得到更好的控制。
　　
　　（五）水質(zhì)得到準(zhǔn)確、連續(xù)監(jiān)測
　　
　　由于增裝了生活水在線CIO2儀，除鹽增裝了在線硅表、鈉表，水汽系統(tǒng)增裝了在線硅表、鈉表、pH表，使水質(zhì)得到準(zhǔn)確、連續(xù)監(jiān)測。
　　
　　（六）提高運行分析能力
　　
　　XDPS有人容量歷史數(shù)據(jù)庫記錄各點參數(shù)及狀態(tài)，數(shù)據(jù)可保持幾個月，可隨時打印操作記錄、實時曲線、歷史曲線，并實現(xiàn)化學(xué)運行的統(tǒng)計分析計算，白動生成各類報表，提高了運行分析能力。另外，XDPS有SOE（事故追憶）功能，可記錄狀態(tài)變化及操作員行為，供分析事故時參考。