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小型机组DCS改造方案探讨 |
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| 小型机组DCS改造方案探讨 |
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作者：佚名 文章来源：技术论文 点击数： 更新时间：2008-10-13 8:56:47  |
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引 言
随着现代化生产的发展，DCS（分散型控制系统）的应用越来越广泛．DCS具有技术先进、功能齐全、可靠性高和安全性好等特点，适用于各种规模的过程控制和管理，可以大大提高经济效益．随着DCS的冗余技术、容错技术不断完善，其系统可靠性远比常规仪表控制系统高得多，设备可利用率高达99．98％，从而保证生产装置长期稳定运行．
系统数据通信技术标准化，可做到资源共享，为企业计算机管理创造了条件．系统硬件、软件标准化，安装使用方便，功能扩展方便，可节省人工，节省备品备件，使维护工作减少，运行费用降低．
1 热控系统的现状和缺陷
热电二站（燃煤）建于80年代末、90年代初，该站内装有4台410t／h锅炉，一台B25背压机组，3台C50单抽机组，一台CC50双抽机组，两台低压除氧器，5台高压除氧器，给泵等辅助设备，采用母管制运行方式，现有装机容量225MW．
热电二站4台410t／h工业锅炉，均采用了DCS控制技术．1988年选型，采用的是德国西门子公司的TELEPRAM M型集散控制系统中的AS235K自动子系统，由大连中德控制系统有限公司总承包．在选型之初，限于DCS在国内电厂的应用水平和实绩（二站是西门子公司DCS产品在中国电厂应用的第一家用户）以及受当时使用外汇的限制，选用的DCS设备很简易，对其功能要求也很简单，仅是作为常规仪表的后备监控手段来使用．
热电二站采用的ASK235K自动子系统，只是DCS中的控制级，严格地说，AS235K自动子系统不能称之为DCS系统，因而存在一定的先天性缺陷．
此外，在热电二站筹建时期，DCS在国内电厂的应用尚未达到一定的水平和应用实绩，国内电力规划院尚无较完整的DCS设计规范，因此，设计院未对该套DCS作系统设计．可以说，AS235K系统是在没有专业设计院参与的情况下，完全通过用户与DCS供应商直接对话建立起来的．因为用户与DCS供应商双方的局限性，不可避免地造成系统设计、软件设计的不完善，致使AS235K系统功能未得到充分开发．
随着科学技术的发展，DCS技术也发生了日新月异的变化，无论从硬件技术还是软件技术来讲，AS235K系统已经属于淘汰产品．从目前了解的信息看，西门子公司已停止生产该系统，这给热控的维护工作带来很多困难，AS235K的淘汰已成为必然趋势．
热电二站汽机部分共装有一台B25背压机组，3台C50单抽机组，一台CC50双抽机组，两台低压除氧器，5台高压除氧器及给水泵等．热控控制系统采用国产的电动组合仪表，自动化水平低，运行、维修不方便．汽机负荷调节采用常规的液压控制系统．
综上所述，应尽快对二站热控系统进行改造，选用较先进的DCS产品，重新作系统设计和软件设计，尽量发挥计算机的优势，使二站的机炉控制水平上一个台阶．
2 系统改造的方向
2．1 改造原则
2．1．1 系统技术
改造后系统应具备管控一体化的DCS技术基本框架．即系统必须满足各类现场实时数据的采集处理和控制能力的同时，还能适应今后发展的需要．
同时，系统应具有较强的数据综合能力和网络结构，还留有与厂级生产调度管理系统的通讯接口，这为今后全厂信息系统的建立、电量竞价上网、电力市场开发提供可持续发展的条件．
2．1．2 系统结构
系统应具备分期扩展且能保持整体先进的能力．其基本要求是：第一台机炉DCS改造时，即能形成上述基本框架．后续机组DCS改造时，能方便地扩展和投运，且能与原系统融为一体，而又不影响整个系统的运行．
这就要求选择一个有持续发展前景的系统，使今后不再有结构性的投入．
2．1．3 工程实施
对系统进行总体改造方案设计，采用一次规划、分步实施的方案，并结合机组大修进行改造．
2．2 DCS改造后应具备的功能
DCS改造后控制系统应具备MCS（模拟量控制系统）、DAS（数据采集系统）、SCS（顺序控制系统）、DEH（汽机电液调节系统）等功能．控制系统改造完后应实现以CRT为主的电厂控制模式，使热电二站的控制水平上一个台阶，并能够投入AGC运行，以满足电网调峰要求．
2．2．1 MCS功能
实现机组正常工况下的闭环控制及机组启停工况下的分段控制，使机组各控制参数达到最佳
要求．MCS至少具备以下控制功能：
1 汽包水位控制；
2 炉膛负压控制；
3 风量（送风、引风、一次风压等）控制；
4 主蒸汽压力控制；
5 主蒸汽温度控制；
6 磨煤机（入口负压、出口风温）控制；
7 高加水位控制；
8 除氧器（水位、压力）控制；
9 轴封汽压控制．
2．2．2 DAS功能
整个数据采集系统可将机组的所有运行参数、输入输出状态、操作信息、异常情况等信息以实时的方式提供给操作人员，同时以各种方式进行记录．
实现机组安全经济运行，一旦机组发生任何异常情况，就及时报警，以确保机组安全．整个数据系统包括以下功能：
1 CRT显示，包括操作显示，成组显示，棒状图显示，趋势显示，报警显示等；
2 记录，包括定期记录，运行人员操作记录，事故顺序记录，跳闸记录，操作员记录，设备运行记录等；
3 历史数据储存和再现、事故追忆等．
2．2．3 SOE功能
事故顺序记录处理器的分辨率应小于或等于1ms，采集和处理后的信号经过格式化处理后存入实时数据库．SOE应该有专门的SOE卡来记录．
2．2．4 SCS功能
应能满足机、炉、给泵、除氧等各自的子功能，具有手动（在CRT上操作软开关）、自动顺序控制功能，使设备按预定顺序自动启停，从而达到提高自动化水平的目的．如：风机、泵、阀门等进行操作与监视．
2．2．5 DEH功能
应能自动调节电负荷和热负荷，能接收自动负荷控制指令，DEH具有在线故障自诊断、OPC超速保护、监视、报警、追忆和打印等功能．应用DEH后能够投入AGC运行，满足电网调峰要求，提高机组整体控制水平．
2．2．6 FSSS功能
主要包括炉膛吹扫、主燃料跳闸MTF、首次跳闸原因显示及追忆、火焰检测、油枪管理、火检探头冷却、风机管理、联锁报警等功能．
2．2．7 SIS功能
随着电力市场逐步开放，竞价上网的实行，对系统的优化控制就显得越来越重要．如果系统具有优化控制功能，系统就可以对全厂机组实时监控和调度，从而为发电成本分析、全厂负荷优化分配、成本预测和报价提供准确依据，为企业降低成本提高经济效益提供可靠手段．
2．3 DCS改造后的机组控制方式
由原来就地分散控制方式，即设有锅炉控制室、汽机控制室、除氧给水控制室的方式变为机、炉集中控制的方式，即将机、炉的控制集中于一个控制室内．
采用机、炉集中控制后，可减少运行人员，便于机、炉间的协调管理．
改造后的4炉5机控制设两个机、炉集中控制室：原1＃、2＃锅炉控制室改造为1＃、2＃炉及0＃、1＃、2＃机控制室．原3＃、4＃锅炉控制室改造为3＃、4＃炉及3＃、4＃机控制室．原0＃、1＃、2＃、3＃、4＃汽机控制室改造为相应的汽机热控装置室．
2．4 DCS改造后的控制室布置
原锅炉热工控制室和辅助盘平面位置不变，拆除1＃、2＃锅炉控制操作盘、台，用于布置1＃、2＃锅炉，0＃、1＃、2＃汽机控制盘及DCS操作员站．
改造原电源切换盘及配电箱室，将原盘拆除，布置DCS机柜和工程师站，将原盘箱移至新设的UPS小室内或就地布置．
拆除配电箱墙，与辅助盘合为一室．
除氧给水系统控制室按原设计，单独设置于控制室内，并保持原位置不变，其中1＃、4＃、0＃、1＃机控制室平面布置图如图1所示．
2．5 4炉5机DCS组态
从机组安全运行出发，为确保热负荷供给，每台锅炉、汽机及除氧给水的控制系统就应自成系统，独立进行控制．各系统信息可共享，DCS留有全厂监控信息管理（SIS）的接口．
发电机线圈、铁芯温度，汽机缸壁温度可采用远程I／O，其他重要参数均进DCS机柜．
上海新华控制工程有限公司提供的XDPS－400分散控制系统，通过高速实时网络分别对锅炉、汽机、除氧给水系统进行控制，通过以太网与其他信息网络连接，从而完成了对生产过程的控制、测量，实现生产管理信息一体化．
霍尼韦尔有限公司提供一体化方案的开放体系（TPS），将4炉5机的信息和控制有效结合起来，使全厂的生产管理、过程控制和信息系统统一成一个整体．见图3．
图3中，采用2套TPS系统，分别实现对1＃～4＃锅炉和0＃～4＃汽机的控制（包括0＃～4＃汽机的DEH）、除氧给水系统控制．至于采用哪套方案，要根据设备的价格性能比及投资的额度来确定．
3 结论与建议
1 热电二站进行4炉5机DCS改造后，将提高机组的自动化控制水平及机组的运行效率，降低控制系统的故障率，使机组的可利用率大大提高，为热电二站的安全、可靠、经济运行提供了保障，同时可减少操作人员的劳动强度和工作量，为企业实现减员增效创造条件，因此，本改造工程是必要的、可行的，也是经济的．
2 由于热电二站的送风机、引风机均采用离心风机，风量调节利用进口导向挡板，调节效果差、精度低、运行效率低，特别在锅炉低负荷时尤为明显，建议增加液力藕合器，以提高风机运行效率及调节精度和灵敏度，以便于与燃烧自动控制相匹配，进一步提高机组运行效率，降低厂用电量．
3 进一步落实原有的重要调节阀及执行机构，以确保其调节精度、调节速度与DCS控制要求相匹配．
4 配合DCS系统改造的电气设备（指开关设备等）已使用多年，由于DCS的功能较全、运行速度快，有可能出现这样的情况：由操作人员在DCS操作键盘上发出某辅机分、合闸的指令后，要经过“较长”时间才能在CRT上反映出指令是否完成的信息．
参考文献
［1］ 火力发电厂设备手册．第八册．仪表及自动控制［M］．北京：中国电力出版社，1998．
［2］ 周 洪，刘胜荣，胡效雷．国产DCS的性能分析［J］．自动化仪表，1999，（1）：
［3］ 姚 峻，沈丛奇．DCS系统的设计思想及组态方法的探讨［J］．华东电力，2002，（1）：
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