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DCS实现火电机组全厂控制一体化的应用

未知 2019-05-26 11:47

  分散控制系统DCS作为技术上成熟可靠的控制系统,在国内发电厂单元机组及重要辅助系统的控制上已得到了广泛的应用。随着DCS价格的持续降低,DCS的控制范围已经扩展到了常规使用的可编程逻辑控制器PLC(Programmable Logic Controller)进行控制的水、煤、灰等辅助车间,全厂控制DCS一体化逐渐成为一种趋势。DCS与PLC在辅助车间控制上各有优劣,已引发广泛讨论。本文以广西电力工业勘察设计研究院设计的一个已投产工程为实例,对该工程全厂控制DCS一体化的特点及设计经验做简单介绍。

1 工程概况

  广州造纸股份有限公司广纸异地迁建林纸一体化项目配套电厂是广西电力工业勘察设计研究院设计的第一个实现全厂控制系统DCS一体化的工程,已于2008年3月全部建成投运。本工程建设1台170 t/h燃煤高压循环流化床锅炉和1台30MW抽汽凝汽式汽轮发电机组及其配套设施,锅炉由济南锅炉集团有限公司供货,汽机和发电机均由南京汽轮电机(集团)有限责任公司供货。

 本工程采用机、炉、电及辅助车间集中控制方式,其自动化水平以保证机组的安全和经济运行为目标,以分散控制系统DCS作为机组监视和控制的核心,构成1套完整的自动化控制系统,完成对锅炉、汽机、发电机一变压器组、厂用电系统及辅助车间的控制与监视。

2 控制系统配置

 2.1 全厂控制系统结构

  DCS为上海新华控制工程有限公司提供的XDPS一400e系统,汽机数字电液控制系统DEH(Digital ElectroHydraulic Control System)、汽机紧急跳闸系统ETS(Emergency Trip System)及化水、除灰、输煤控制系统均采用与DCS一致的硬件和软件。XDPS一400e系统的网络分为以下两部份:

  ①RTFNET。100Mbps冗余、容错高速实时网,是系统的实时通信主干网,把分散处理单元DPU(Distributed Proeess Unit)、人机接口站等设备连接在一起的实时数据网。整个系统实时网在容错的基础上采取冗余技术,2条高速公路(A网、B网)同时工作,互为热备用。

  实时通信主干网配置冗余的工业级交换机,通过网线把机炉电子间、工程师室、集控室、辅助车间的各控制设备构成一个完整的分布式控制系统。所有站点通过交换机直接上网。

  ②INFNET。100Mbps实时信息网,把系统上所有的人机接口站构成一个实时总线网(C网),实现整个系统信息资源数据共享。全厂控制系统结构如图1所示。

  2.2 DCS配置

DCS完成数据采集DAS(Data Acquisition System)、模拟量控制MCS(Modulating Control System)、顺序控制SCS(Sequence Control System)、锅炉炉膛安全监控FSSS Furnace Safeguard Supervisory system)、汽机数字电液控制(DEH)、汽机紧急跳闸(ETS)、电气控制系统ECS(Electric Control System)、辅助车间控制等系统功能,并满足各种运行工况的要求,确保机组安全、高效运行。

①本工程ECS的I/O点数为3383点(不含备用点),具体配置见表1所示。主机DCS(含DEll,ETS)机柜布置在主厂房机炉电子设备间,共配置了9对处理器控制单元(DPU)。辅助车间远程站机柜布置在相应车间的电子设备间或电气配电间,每个远程站配置1对DPU。机组集中控制室内布置有6台互为备用的操作员站,供单元机组以及辅助车间使用。

  ② 机炉电子设备间设置一面DCS电源柜,为电子设备间的DCS机柜和集控室的工作站供电,MFT(Main Fue1 Trip)专用跳闸板布置于电源柜内。辅助车间远程站自带UPS电源。所有的机柜和工作站均为双回路供电。

③机炉电子设备间的DCS机柜为2个站组,每个站组实行单点接地。站组内各站接地点分别汇接到站组接地点。XDPS的DPU机柜内有2种接地,即机柜接地点CG(Cabinet Ground)和逻辑接地PG(Digital Power Ground)。各个站的CG按串形连接方式汇接到站组接地点,PG按星形方式汇接到站组接地点。站组的接地点汇接到XDPS系统接地铜板(布置于DCS网络柜内),从接地铜板接至厂用接地网的DCS系统专用接地桩。辅助车间远程站采用就近接地方式。

 2.3 汽机数字电液控制系统/汽机紧急跳闸系统

  汽机数字电液控制系统(DEH)的液压部分由汽机厂配套供应,控制部分采用与DCS一致的硬件和软件,随DCS供货。DEH作为DCS的一个站直接挂在DCS主干网上,实现了与DCS的无缝连接。

  汽机紧急跳闸系统(ETS)采用与DCS一致的硬件和软件,随DCs供货。ETS做为DCS的一个站直接挂在DCS主干网上。ETS采用新华公司生产的专用逻辑保护卡LPC(LoacProtectionCard)卡完成硬件逻辑,LPC卡完成一系列所需的遮断逻辑判断,配合遮断电磁阀、转速传感器等完成汽机危急停机保护功能。ETS功能是靠硬件实现的,响应快速、可靠,动作速度V20ms。ETS设置有1对冗余DPU,DPU仅监视ETS的状态,不参与控制。所有进人ETS的信号和ETS输出的信号都可以在操作员站的LCD上显示,并实现SOE记录,OE分辨率为1ms。

  2.4 辅助车间控制系统

  辅助车间包括锅炉补给水处理系统、水汽取样及炉内加药系统、循环冷却水处理系统、气力除灰系统、布袋除尘系统、机械除渣系统、循环水泵房系统、燃油系统、压缩空气系统、输煤系统,根据车间的位置分布采用不同的控制方式,各辅助车间的控制方式见表2所示。

  水汽取样及炉内加药系统采用硬接线方式直接接人布置于机组机炉电子设备间的主机DCS系统。布袋除尘器由设备厂家自带PLC控制系统,以通信方式接入DCS。所有的远程站均采用与主机DCS一致的硬件,通过冗余光缆接人DCS主干网。为调试及维护方便,每个远程站均带有1对DPU。



3 系统特点与不足

  ①监控平台统一。针对本工程规模较小、系统齐全的特点,全厂控制以设置在机组集中控制室的DCS操作员站为监控中心,实现了常规的机、炉、电集中控制,同时还把辅助车间纳入DCS监控范围,所有车间均已实现无人值班,达到了减员增效的目的。

  ②控制系统软硬件统一。全厂控制DCS一体化的实现避免了DCS系统与多种硬件设备接口的麻烦,减少了备品备件种类,简化了运行人员的培训。

  ③由于各种原因,炉后布袋除尘器的控制采用PLC实现,以通信方式接入DCS,锅炉MFT、锅炉投油等少数重要信号通过硬接线传送。而相对于静电除尘器,布袋除尘器于锅炉的联系更为密切,使用与DCS一致的硬件和软件直接纳入单元机组DCS更有利于全厂自动化控制水平的提高。

4 结语

 本工程在电厂投运至今,未发生一起因DCS故障造成的机组停运事故,该DCS规模虽小,但由于具备一定代表性,为今后全厂控制DCS一体化的设计及实现提供了一些可供借鉴的经验:

  ①全厂控制DCS一体化的前提应是选用国产DCS,进口D( 由于价格居高不下,全厂的辅助车间均采用DCS控制时成本还是偏高。

 ②DEH与DCS一体化在当前已经成为首选方案,而由于国产DCS在300 MW 以上机组中较少用于ETS,所以在设计选型时应注意所选择的国产DCS是否能满足汽机紧急跳闸保护的快速要求。

  ③国内DCS厂家在化水、输煤、除灰控制逻辑设计方面往往经验不足,在确定采用全厂控制DCS一体化方案后,建议在DCS招标时明确要求将辅助车间组态工作交给更有经验的常规辅网程控厂家,DCS厂家仅提供控制硬件和软件。

  ④部分常规随着程控系统配置的设备如化水电磁阀箱、输煤系统传感器等,由于DCS厂家几乎没有设计和选型经验,建议这部分设备单独招标。

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