發(fā)電廠(chǎng)DCS控制系統解決方案

　　1  300MW循環(huán)流化床機組

　　1.1    機組特點(diǎn)

　　循環(huán)流化床鍋爐是被國際公認的高效、低污染的清潔燃燒技術(shù)，是國家重點(diǎn)鼓勵和發(fā)展的環(huán)保節能項目。該鍋爐具有燃燒效率高，負荷調節范圍大，無(wú)需加裝脫硫、脫硝裝置即可實(shí)現90%脫硫率，滿(mǎn)足環(huán)保要求，以經(jīng)濟的方式解決大氣污染問(wèn)題，而且煤種適應性廣，排出的灰渣活性好，容易實(shí)現綜合利用。目前國內300MW等級循環(huán)流化床鍋爐消化引進(jìn)阿爾斯通技術(shù)，和常規煤粉鍋爐相比主要在燃燒系統方面存在差異其具有如下特點(diǎn)：

　　通常鍋爐四角分別布置4個(gè)返料器和4個(gè)外置流化床，外置床中布置了中溫過(guò)熱器，低溫過(guò)熱器和高溫再熱器等鍋爐受熱面。

　　鍋爐左右兩側配有風(fēng)道燃燒器，每側風(fēng)道燃燒器含有兩支油槍?zhuān)采献笥覂蓚雀髋溆?支床上油槍。

　　風(fēng)煙系統中一次風(fēng)作為主要流化風(fēng)，二次風(fēng)分上中下分級送風(fēng)助燃，多路流化風(fēng)對返料器、外置床等受熱室起到流化作用。

　　風(fēng)煙系統中灰循環(huán)的合理建立是鍋爐穩定燃燒的重要前提，也是控制床溫、再熱汽溫的基礎。

　　由于循環(huán)流化床鍋爐的復雜性，鍋爐爐膛安全監測系統和常規煤粉爐有較大差別，包含鍋爐跳閘BT、送風(fēng)跳閘AT和主燃料跳閘MFT三個(gè)主要跳閘信號。

　　由于循環(huán)流化床鍋爐的大滯后特性，自動(dòng)控制難點(diǎn)在協(xié)調控制，床溫控制、床壓控制、過(guò)熱汽溫控制和再熱汽溫控制。

　　對于循環(huán)配套直接空冷系統，直接空冷的控制關(guān)鍵在于風(fēng)機轉速主指令控制，即如何設定好背壓是一個(gè)關(guān)鍵，既能夠考慮到汽輪機效率，又能考慮到風(fēng)機電耗率，達到一個(gè)最佳經(jīng)濟性指標，同時(shí)兼顧到低溫防凍保護。

圖 1-1    循環(huán)流化床機組示意圖

　　1.2    配置方案

　　蒙西DCS項目由DAS、FSSS、SCS、MCS、DEH、ECS、ACC等部分組成，總點(diǎn)數約20000點(diǎn)，采用TPS系統，總配置單元機組配置控制器18×2對,公用系統配置控制器2對，ACC配置控制器2×2對，操作員站6×2臺，工程師站2×2臺，OPC接口服務(wù)器1×2臺。單元機組系統配置如下圖所示。

圖 1-2    循環(huán)流化床機組配置方案圖

　　2  輔機一體化

　　2.1    工藝特點(diǎn)

　　火力發(fā)電站的傳統輔控系統具有以下特點(diǎn)：

　　按照工藝系統的劃分，形成了多個(gè)相互獨立信息孤島

　　各個(gè)輔助控制系統物理位置上較為分散

　　各個(gè)輔助控制系統不能實(shí)現統一監控，運行人員配置多

　　系統種類(lèi)多，維護困難

　　與電廠(chǎng)主機DCS系統、SIS系統、MIS系統的信息共享困難

　　因為傳統輔控系統表現出來(lái)的以上問(wèn)題，在信息化技術(shù)和控制技術(shù)日益成熟今天，輔控系統的一體化設計已經(jīng)成為電站輔控系統的發(fā)展趨勢。輔機一體化系統與傳統系統相比具有以下特點(diǎn)：

　　各分系統通過(guò)高速網(wǎng)絡(luò )相連，信息共享便捷，便于系統間協(xié)調配合

　　集控運行統一布置，運行人員配置少，減員增效明顯

　　各系統的一體化選型和設置大大減少了熱工人員的維護工作量

　　可以通過(guò)單一接口與DCS、SIS等系統相連，接口配置大大簡(jiǎn)化，減少了投資

　　輔網(wǎng)一體化為將來(lái)的主機輔網(wǎng)一體化奠定了基礎

　　2.2  配置方案

　　以一套2X600MW機組的典型輔機一體化系統為例，其推薦配置方案如下圖。該系統初步包括了輸煤系統、水務(wù)系統和除灰除渣系統。根據不同電廠(chǎng)的要求，脫硫系統、制氫系統等也可以并入系統。該輔機一體化系統配置了一臺全局工程師站、三臺分系統工程師站、四臺操作員站。網(wǎng)絡(luò )系統采用容錯工業(yè)交換機實(shí)現，為兩條冗余100Mbps工業(yè)以太網(wǎng)。根據物理距離的遠近，通訊介質(zhì)可以靈活采用屏蔽雙絞線(xiàn)、光纖或者是光纖與雙絞線(xiàn)的混合配置。系統對外提供了統一的接口服務(wù)器，采用OPC規范。同時(shí)，在系統融合了閉路電視系統，可以實(shí)現生產(chǎn)運行數據和現場(chǎng)生產(chǎn)視頻情況的同步監測。

圖 2-1    輔機一體化系統配置方案圖

　　3 輸煤控制

　　3.1    工藝特點(diǎn)

　　系統基本工藝流程是將煤場(chǎng)的煤經(jīng)輸煤皮帶和碎煤樓輸送至各原煤倉。

　　系統控制設備較多，控制分散，覆蓋距離遠。主要設備包括給料機，除鐵器，碎煤機，三通分料器，犁煤器和速度，跑偏，拉繩等就地保護設備，設備間具有一定的聯(lián)鎖保護關(guān)系。

　　輸煤流程具有順序性特點(diǎn)。系統啟動(dòng)時(shí)，按照逆煤流方向逐臺進(jìn)行；系統停止時(shí)，按照順煤流方向逐臺進(jìn)行。

　　輸煤系統具有順序輸煤功能，自動(dòng)配煤功能和余煤配煤功能。

　　考慮到電廠(chǎng)的輸煤程控控制對象較分散，在離控制室較遠的皮帶和煤倉附近設置遠程IO站。

　　3.2  配置方案

　　根據輸煤程控自身特點(diǎn)，以?xún)让晒盘髅杭瘓F長(cháng)山自備電廠(chǎng)輸煤工程應用為例，采用SIEMENS S7-300系列控制系統，采用雙機熱備配置，主備采用完全相同的配置，即雙機架、雙電源、雙CPU、雙通訊模塊，雙機做到無(wú)擾切換；控制層通訊采用PROFIBUS-DP通訊，監控層采用工業(yè)以太網(wǎng)通訊，控制器冗余采用西門(mén)子軟冗余方式，控制系統配置UPS電源的雙供電系統，確保系統的穩定運行，上位機配置兩臺研華工控機，完成系統的操作任務(wù)。

　　控制柜包括一個(gè)PROFIBUS-DP主站和一個(gè)ET200M從站，兩個(gè)ET200M從站遠程柜布置在遠程就地設備附近；安裝了WINCC的上位機通過(guò)以太網(wǎng)與西門(mén)子通訊卡件CP343相連，實(shí)現監控層的通訊。上位機還通過(guò)WINCC的OPC接口與電廠(chǎng)SIS系統互聯(lián)。

圖 3-1  輸煤控制系統配置方案圖

　　4   空冷控制

　　4.1    工藝特點(diǎn)

　　空冷（ACC）主要將汽輪機排汽用空氣冷卻成水，達到保證生產(chǎn)同時(shí)節約水資源目的。該空冷控制系統包括順流風(fēng)機、逆流風(fēng)機、冷凝水排水閥、豎管閥、抽空閥、抽空泵、抽空泵進(jìn)口閥、抽空泵給水電磁閥和旁路抽空閥等設備，以及油壓開(kāi)關(guān)、振動(dòng)開(kāi)關(guān)、電機電流等信號采集裝置，要求一鍵啟動(dòng)且所有風(fēng)機和閥門(mén)自動(dòng)控制來(lái)實(shí)現背壓穩定，系統具有如下特點(diǎn)：

　　控制對象為風(fēng)機和閥門(mén)，雖然數量較少，但是內部邏輯很精細，要求一鍵啟動(dòng)且全設備全部自動(dòng)控制

　　且控制回路較簡(jiǎn)單，閉環(huán)控制較少，開(kāi)環(huán)控制較多，實(shí)時(shí)性要求不太高

　　控制對象較分散

　　控制使用的PID 較少，順控較多，而且大部分順控要求循環(huán)控制，即一直在運行

　　保護要求不多但是各個(gè)設備連鎖密切

　　因此，空冷控制系統是一個(gè)以開(kāi)關(guān)量為主，模擬量為輔并伴有少量調節回路的系統，屬于典型的混合控制系統

圖 4-1 空冷控制系統操作平臺

　　4.2    配置方案

　　以蒙西發(fā)電廠(chǎng)2X300MW機組脫硫島為例，控制系統采用Honeywell公司TPS系統。單元機組空冷島控制系統采用1面電源分配柜，1面系統節點(diǎn)柜，2面HPM控制器柜，配置2面繼電器柜。同時(shí)單元機組空冷島控制系統配置1臺工程師站，2臺操作員站，1臺OPC服務(wù)接口站

圖 4-2    單元機組空冷控制系統配置方案圖

　　5    脫硫控制

　　5.1     工藝特點(diǎn)

　　電廠(chǎng)脫硫是將燃煤機組煙氣中的含硫化合物降低到符合國家排放標準的一種工藝，目前常應用比較廣的是濕法脫硫工藝。該工藝主要包括工藝水系統，石灰石漿液制備、輸送系統，吸收塔系統，石膏脫水系統，煙氣系統等子工藝系統。主要設備有濕式球磨機、漿液輸送泵、氧化風(fēng)機、漿液循環(huán)泵以及增壓風(fēng)機等。就其控制系統而言，濕法脫硫工藝一般具有以下特點(diǎn)：

　　煙氣脫硫的控制對象比較特殊但數量較少

　　控制對象較分散

　　控制使用的PID 較少，控制回路較簡(jiǎn)單；閉環(huán)控制較少，開(kāi)環(huán)控制較多，實(shí)時(shí)性要求不太高。另外，順控較多

　　注重的是時(shí)間控制，保護要求不多

　　因此，脫硫控制系統是一個(gè)以開(kāi)關(guān)量為主，模擬量為輔并伴有少量調節回路的系統，屬于典型的混合控制系統，其控制I/O點(diǎn)數約3000點(diǎn)。

　　5.2   配置方案

　　以貴州黔東發(fā)電廠(chǎng)2X600MW機組脫硫控制系統為例，其采用的配置方案如下圖所示。該方案以AB ControlLogix系列控制器為硬件平臺，采用RSLogix系列下位機編程軟件和RSView32上位機組態(tài)軟件實(shí)現系統組態(tài)。

　　系統共配置三對ControlLogix冗余控制器，采用1794系列分布式I/O。分布式I/O采用冗余通訊的ControlNet網(wǎng)絡(luò )?？刂破髋c操作站的通訊采用冗余的100M以太網(wǎng)。配置兩臺就地操作站，兩臺集控室操作站，一臺歷史站和工程師站。另外配置一臺A3和A4網(wǎng)絡(luò )打印機。SOE如需要，可單獨配置控制器實(shí)現。

圖 5-1    脫硫控制系統配置方案