DCS實(shí)現(xiàn)火電機(jī)組全廠控制一體化的應(yīng)用

　　摘要：文章以廣紙異地遷建林紙一體化項(xiàng)目工程設(shè)計(jì)為實(shí)例，對分散控制系統(tǒng)DCS（DistributedControlSystem）在火電廠實(shí)現(xiàn)一體化控制的設(shè)計(jì)和應(yīng)用進(jìn)行分析和介紹，為發(fā)電廠DCS一體化的設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)提供了可借鑒的經(jīng)驗(yàn)。
　　　　
　　分散控制系統(tǒng)DCS作為技術(shù)上成熟可靠的控制系統(tǒng)，在國內(nèi)發(fā)電廠單元機(jī)組及重要輔助系統(tǒng)的控制上已得到了廣泛的應(yīng)用。隨著DCS價(jià)格的持續(xù)降低，DCS的控制范圍已經(jīng)擴(kuò)展到了常規(guī)使用的可編程邏輯控制器PLC（ProgrammableLogicController）進(jìn)行控制的水、煤、灰等輔助車間，全廠控制DCS一體化逐漸成為一種趨勢。DCS與PLC在輔助車間控制上各有優(yōu)劣，已引發(fā)廣泛討論。本文以廣西電力工業(yè)勘察設(shè)計(jì)研究院設(shè)計(jì)的一個(gè)已投產(chǎn)工程為實(shí)例，對該工程全廠控制DCS一體化的特點(diǎn)及設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)做簡單介紹。
　　
　　1、工程概況
　　
　　廣州造紙股份有限公司“廣紙異地遷建林紙一體化項(xiàng)目”配套電廠是廣西電力工業(yè)勘察設(shè)計(jì)研究院設(shè)計(jì)的*個(gè)實(shí)現(xiàn)全廠控制系統(tǒng)DCS一體化的工程，已于2008年3月全部建成投運(yùn)。本工程建設(shè)1臺170t／h燃煤高壓循環(huán)流化床鍋爐和1臺30MW抽汽凝汽式汽輪發(fā)電機(jī)組及其配套設(shè)施，鍋爐由濟(jì)南鍋爐集團(tuán)有限公司供貨，汽機(jī)和發(fā)電機(jī)均由南京汽輪電機(jī)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司供貨。
　　
　　本工程采用機(jī)、爐、電及輔助車間集中控制方式，其自動化水平以保證機(jī)組的安全和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行為目標(biāo)，以分散控制系統(tǒng)DCS作為機(jī)組監(jiān)視和控制的核心，構(gòu)成1套完整的自動化控制系統(tǒng)，完成對鍋爐、汽機(jī)、發(fā)電機(jī)一變壓器組、廠用電系統(tǒng)及輔助車間的控制與監(jiān)視。
　　
　　2、控制系統(tǒng)配置
　　
　　2.1 全廠控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
　　
　　DCS為上海新華控制工程有限公司提供的XDPS一400e系統(tǒng)，汽機(jī)數(shù)字電液控制系統(tǒng)DEH（DigitalElectro—HydraulicControlSystem）、汽機(jī)緊急跳閘系統(tǒng)ETS（EmergencyTripSystem）及化水、除灰、輸煤控制系統(tǒng)均采用與DCS一致的硬件和軟件。XDPS一400e系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)分為以下兩部份：
　　
　　①RTFNET。100Mbps冗余、容錯高速實(shí)時(shí)網(wǎng)，是系統(tǒng)的實(shí)時(shí)通信主干網(wǎng)，把分散處理單元DPU（DistributedProeessUnit）、人機(jī)接口站等設(shè)備連接在一起的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)網(wǎng)。整個(gè)系統(tǒng)實(shí)時(shí)網(wǎng)在容錯的基礎(chǔ)上采取冗余技術(shù)，2條高速公路（A網(wǎng)、B網(wǎng)）同時(shí)工作，互為熱備用。
　　
　　實(shí)時(shí)通信主干網(wǎng)配置冗余的工業(yè)級交換機(jī)，通過網(wǎng)線把機(jī)爐電子間、工程師室、集控室、輔助車間的各控制設(shè)備構(gòu)成一個(gè)完整的分布式控制系統(tǒng)。所有站點(diǎn)通過交換機(jī)直接上網(wǎng)。
　　
　　②INFNET。100Mbps實(shí)時(shí)信息網(wǎng)，把系統(tǒng)上所有的人機(jī)接口站構(gòu)成一個(gè)實(shí)時(shí)總線網(wǎng)（C網(wǎng)），實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)信息資源數(shù)據(jù)共享。全廠控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。　　
　　2.2 DCS配置
　　
　　DCS完成數(shù)據(jù)采集DAS（DataAcquisit*tem）、模擬量控制MCS（ModulatingControlSystem）、順序控制SCS（SequenceControlSystem）、鍋爐爐膛安全監(jiān)控FSSSFurnaceSafeguardSupervisorysystem）、汽機(jī)數(shù)字電液控制（DEH）、汽機(jī)緊急跳閘（ETS）、電氣控制系統(tǒng)ECS（ElectricControlSystem）、輔助車間控制等系統(tǒng)功能，并滿足各種運(yùn)行工況的要求，確保機(jī)組安全、運(yùn)行。
　　
　　①本工程ECS的I／O點(diǎn)數(shù)為3383點(diǎn)（不含備用點(diǎn)），具體配置見表1所示。主機(jī)DCS（含DEll，ETS）機(jī)柜布置在主廠房機(jī)爐電子設(shè)備間，共配置了9對處理器控制單元（DPU）。輔助車間遠(yuǎn)程站機(jī)柜布置在相應(yīng)車間的電子設(shè)備間或電氣配電間，每個(gè)遠(yuǎn)程站配置1對DPU。機(jī)組集中控制室內(nèi)布置有6臺互為備用的操作員站，供單元機(jī)組以及輔助車間使用。　　
　　②機(jī)爐電子設(shè)備間設(shè)置一面DCS電源柜，為電子設(shè)備間的DCS機(jī)柜和集控室的工作站供電，MFT（MainFue1Trip）跳閘板布置于電源柜內(nèi)。輔助車間遠(yuǎn)程站自帶UPS電源。所有的機(jī)柜和工作站均為雙回路供電。
　　
　　③機(jī)爐電子設(shè)備間的DCS機(jī)柜為2個(gè)站組，每個(gè)站組實(shí)行單點(diǎn)接地。站組內(nèi)各站接地點(diǎn)分別匯接到站組接地點(diǎn)。XDPS的DPU機(jī)柜內(nèi)有2種接地，即機(jī)柜接地點(diǎn)CG（CabinetGround）和邏輯接地PG（DigitalPowerGround）。各個(gè)站的CG按串形連接方式匯接到站組接地點(diǎn)，PG按星形方式匯接到站組接地點(diǎn)。站組的接地點(diǎn)匯接到XDPS系統(tǒng)接地銅板（布置于DCS網(wǎng)絡(luò)柜內(nèi)），從接地銅板接至廠用接地網(wǎng)的DCS系統(tǒng)接地樁。輔助車間遠(yuǎn)程站采用就近接地方式。
　　
　　2.3 汽機(jī)數(shù)字電液控制系統(tǒng)/汽機(jī)緊急跳閘系統(tǒng)
　　
　　汽機(jī)數(shù)字電液控制系統(tǒng)（DEH）的液壓部分由汽機(jī)廠配套供應(yīng)，控制部分采用與DCS一致的硬件和軟件，隨DCS供貨。DEH作為DCS的一個(gè)站直接掛在DCS主干網(wǎng)上，實(shí)現(xiàn)了與DCS的無縫連接。
　　
　　汽機(jī)緊急跳閘系統(tǒng)（ETS）采用與DCS一致的硬件和軟件，隨DCs供貨。ETS做為DCS的一個(gè)站直接掛在DCS主干網(wǎng)上。ETS采用新華公司生產(chǎn)的邏輯保護(hù)卡LPC（LoacProtectionCard）卡完成硬件邏輯，LPC卡完成一系列所需的遮斷邏輯判斷，配合遮斷電磁閥、轉(zhuǎn)速傳感器等完成汽機(jī)危急停機(jī)保護(hù)功能。ETS功能是靠硬件實(shí)現(xiàn)的，響應(yīng)快速、可靠，動作速度V<20ms。ETS設(shè)置有1對冗余DPU，DPU僅監(jiān)視ETS的狀態(tài)，不參與控制。所有進(jìn)人ETS的信號和ETS輸出的信號都可以在操作員站的LCD上顯示，并實(shí)現(xiàn)SOE記錄，OE分辨率為1ms。
　　
　　2.4 輔助車間控制系統(tǒng)
　　
　　輔助車間包括鍋爐補(bǔ)給水處理系統(tǒng)、水汽取樣及爐內(nèi)加藥系統(tǒng)、循環(huán)冷卻水處理系統(tǒng)、氣力除灰系統(tǒng)、布袋除塵系統(tǒng)、機(jī)械除渣系統(tǒng)、循環(huán)水泵房系統(tǒng)、燃油系統(tǒng)、壓縮空氣系統(tǒng)、輸煤系統(tǒng)，根據(jù)車間的位置分布采用不同的控制方式，各輔助車間的控制方式見表2所示。　　
　　水汽取樣及爐內(nèi)加藥系統(tǒng)采用硬接線方式直接接人布置于機(jī)組機(jī)爐電子設(shè)備間的主機(jī)DCS系統(tǒng)。布袋除塵器由設(shè)備廠家自帶PLC控制系統(tǒng)，以通信方式接入DCS。所有的遠(yuǎn)程站均采用與主機(jī)DCS一致的硬件，通過冗余光纜接人DCS主干網(wǎng)。為調(diào)試及維護(hù)方便，每個(gè)遠(yuǎn)程站均帶有1對DPU。
　　
　　3、系統(tǒng)特點(diǎn)與不足
　　
　　①監(jiān)控平臺統(tǒng)一。針對本工程規(guī)模較小、系統(tǒng)齊全的特點(diǎn)，全廠控制以設(shè)置在機(jī)組集中控制室的DCS操作員站為監(jiān)控中心，實(shí)現(xiàn)了常規(guī)的機(jī)、爐、電集中控制，同時(shí)還把輔助車間納入DCS監(jiān)控范圍，所有車間均已實(shí)現(xiàn)無人值班，達(dá)到了減員增效的目的。
　　
　　②控制系統(tǒng)軟硬件統(tǒng)一。全廠控制DCS一體化的實(shí)現(xiàn)避免了DCS系統(tǒng)與多種硬件設(shè)備接口的麻煩，減少了備品備件種類，簡化了運(yùn)行人員的培訓(xùn)。
　　
　　③由于各種原因，爐后布袋除塵器的控制采用PLC實(shí)現(xiàn)，以通信方式接入DCS，鍋爐MFT、鍋爐投油等少數(shù)重要信號通過硬接線傳送。而相對于靜電除塵器，布袋除塵器于鍋爐的更為密切，使用與DCS一致的硬件和軟件直接納入單元機(jī)組DCS更有利于全廠自動化控制水平的提高。
　　
　　4、結(jié)語
　　
　　本工程在電廠投運(yùn)至今，未發(fā)生一起因DCS故障造成的機(jī)組停運(yùn)事故，該DCS規(guī)模雖小，但由于具備一定代表性，為今后全廠控制DCS一體化的設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)提供了一些可供借鑒的經(jīng)驗(yàn)：
　　
　　①全廠控制DCS一體化的前提應(yīng)是選用國產(chǎn)DCS，進(jìn)口D（由于價(jià)格居高不下，全廠的輔助車間均采用DCS控制時(shí)成本還是偏高。
　　
　　②DEH與DCS一體化在當(dāng)前已經(jīng)成為方案，而由于國產(chǎn)DCS在300MW以上機(jī)組中較少用于ETS，所以在設(shè)計(jì)選型時(shí)應(yīng)注意所選擇的國產(chǎn)DCS是否能滿足汽機(jī)緊急跳閘保護(hù)的快速要求。
　　
　　③國內(nèi)DCS廠家在化水、輸煤、除灰控制邏輯設(shè)計(jì)方面往往經(jīng)驗(yàn)不足，在確定采用全廠控制DCS一體化方案后，建議在DCS招標(biāo)時(shí)明確要求將輔助車間組態(tài)工作交給更有經(jīng)驗(yàn)的常規(guī)輔網(wǎng)程控廠家，DCS廠家僅提供控制硬件和軟件。
　　
　　④部分常規(guī)隨著程控系統(tǒng)配置的設(shè)備如化水電磁閥箱、輸煤系統(tǒng)傳感器等，由于DCS廠家?guī)缀鯖]有設(shè)計(jì)和選型經(jīng)驗(yàn)，建議這部分設(shè)備單獨(dú)招標(biāo)。