发电厂DCS控制系统解决方案

　　1  300MW循环流化床机组

　　1.1    机组特点

　　循环流化床锅炉是被国际公认的高效、低污染的清洁燃烧技术，是国家重点鼓励和发展的环保节能项目。该锅炉具有燃烧效率高，负荷调节范围大，无需加装脱硫、脱硝装置即可实现90%脱硫率，满足环保要求，以经济的方式解决大气污染问题，而且煤种适应性广，排出的灰渣活性好，容易实现综合利用。目前国内300MW等级循环流化床锅炉消化引进阿尔斯通技术，和常规煤粉锅炉相比主要在燃烧系统方面存在差异其具有如下特点：

　　通常锅炉四角分别布置4个返料器和4个外置流化床，外置床中布置了中温过热器，低温过热器和高温再热器等锅炉受热面。

　　锅炉左右两侧配有风道燃烧器，每侧风道燃烧器含有两支油枪，床上左右两侧各配有4支床上油枪。

　　风烟系统中一次风作为主要流化风，二次风分上中下分级送风助燃，多路流化风对返料器、外置床等受热室起到流化作用。

　　风烟系统中灰循环的合理建立是锅炉稳定燃烧的重要前提，也是控制床温、再热汽温的基础。

　　由于循环流化床锅炉的复杂性，锅炉炉膛安全监测系统和常规煤粉炉有较大差别，包含锅炉跳闸BT、送风跳闸AT和主燃料跳闸MFT三个主要跳闸信号。

　　由于循环流化床锅炉的大滞后特性，自动控制难点在协调控制，床温控制、床压控制、过热汽温控制和再热汽温控制。

　　对于循环配套直接空冷系统，直接空冷的控制关键在于风机转速主指令控制，即如何设定好背压是一个关键，既能够考虑到汽轮机效率，又能考虑到风机电耗率，达到一个最佳经济性指标，同时兼顾到低温防冻保护。

图 1-1    循环流化床机组示意图

　　1.2    配置方案

　　蒙西DCS项目由DAS、FSSS、SCS、MCS、DEH、ECS、ACC等部分组成，总点数约20000点，采用TPS系统，总配置单元机组配置控制器18×2对,公用系统配置控制器2对，ACC配置控制器2×2对，操作员站6×2台，工程师站2×2台，OPC接口服务器1×2台。单元机组系统配置如下图所示。

图 1-2    循环流化床机组配置方案图

　　2  辅机一体化

　　2.1    工艺特点

　　火力发电站的传统辅控系统具有以下特点：

　　按照工艺系统的划分，形成了多个相互独立信息孤岛

　　各个辅助控制系统物理位置上较为分散

　　各个辅助控制系统不能实现统一监控，运行人员配置多

　　系统种类多，维护困难

　　与电厂主机DCS系统、SIS系统、MIS系统的信息共享困难

　　因为传统辅控系统表现出来的以上问题，在信息化技术和控制技术日益成熟今天，辅控系统的一体化设计已经成为电站辅控系统的发展趋势。辅机一体化系统与传统系统相比具有以下特点：

　　各分系统通过高速网络相连，信息共享便捷，便于系统间协调配合

　　集控运行统一布置，运行人员配置少，减员增效明显

　　各系统的一体化选型和设置大大减少了热工人员的维护工作量

　　可以通过单一接口与DCS、SIS等系统相连，接口配置大大简化，减少了投资

　　辅网一体化为将来的主机辅网一体化奠定了基础

　　2.2  配置方案

　　以一套2X600MW机组的典型辅机一体化系统为例，其推荐配置方案如下图。该系统初步包括了输煤系统、水务系统和除灰除渣系统。根据不同电厂的要求，脱硫系统、制氢系统等也可以并入系统。该辅机一体化系统配置了一台全局工程师站、三台分系统工程师站、四台操作员站。网络系统采用容错工业交换机实现，为两条冗余100Mbps工业以太网。根据物理距离的远近，通讯介质可以灵活采用屏蔽双绞线、光纤或者是光纤与双绞线的混合配置。系统对外提供了统一的接口服务器，采用OPC规范。同时，在系统融合了闭路电视系统，可以实现生产运行数据和现场生产视频情况的同步监测。

图 2-1    辅机一体化系统配置方案图

　　3 输煤控制

　　3.1    工艺特点

　　系统基本工艺流程是将煤场的煤经输煤皮带和碎煤楼输送至各原煤仓。

　　系统控制设备较多，控制分散，覆盖距离远。主要设备包括给料机，除铁器，碎煤机，三通分料器，犁煤器和速度，跑偏，拉绳等就地保护设备，设备间具有一定的联锁保护关系。

　　输煤流程具有顺序性特点。系统启动时，按照逆煤流方向逐台进行；系统停止时，按照顺煤流方向逐台进行。

　　输煤系统具有顺序输煤功能，自动配煤功能和余煤配煤功能。

　　考虑到电厂的输煤程控控制对象较分散，在离控制室较远的皮带和煤仓附近设置远程IO站。

　　3.2  配置方案

　　根据输煤程控自身特点，以内蒙古太西煤集团长山自备电厂输煤工程应用为例，采用SIEMENS S7-300系列控制系统，采用双机热备配置，主备采用完全相同的配置，即双机架、双电源、双CPU、双通讯模块，双机做到无扰切换；控制层通讯采用PROFIBUS-DP通讯，监控层采用工业以太网通讯，控制器冗余采用西门子软冗余方式，控制系统配置UPS电源的双供电系统，确保系统的稳定运行，上位机配置两台研华工控机，完成系统的操作任务。

　　控制柜包括一个PROFIBUS-DP主站和一个ET200M从站，两个ET200M从站远程柜布置在远程就地设备附近；安装了WINCC的上位机通过以太网与西门子通讯卡件CP343相连，实现监控层的通讯。上位机还通过WINCC的OPC接口与电厂SIS系统互联。

图 3-1  输煤控制系统配置方案图

　　4   空冷控制

　　4.1    工艺特点

　　空冷（ACC）主要将汽轮机排汽用空气冷却成水，达到保证生产同时节约水资源目的。该空冷控制系统包括顺流风机、逆流风机、冷凝水排水阀、竖管阀、抽空阀、抽空泵、抽空泵进口阀、抽空泵给水电磁阀和旁路抽空阀等设备，以及油压开关、振动开关、电机电流等信号采集装置，要求一键启动且所有风机和阀门自动控制来实现背压稳定，系统具有如下特点：

　　控制对象为风机和阀门，虽然数量较少，但是内部逻辑很精细，要求一键启动且全设备全部自动控制

　　且控制回路较简单，闭环控制较少，开环控制较多，实时性要求不太高

　　控制对象较分散

　　控制使用的PID 较少，顺控较多，而且大部分顺控要求循环控制，即一直在运行

　　保护要求不多但是各个设备连锁密切

　　因此，空冷控制系统是一个以开关量为主，模拟量为辅并伴有少量调节回路的系统，属于典型的混合控制系统

图 4-1 空冷控制系统操作平台

　　4.2    配置方案

　　以蒙西发电厂2X300MW机组脱硫岛为例，控制系统采用Honeywell公司TPS系统。单元机组空冷岛控制系统采用1面电源分配柜，1面系统节点柜，2面HPM控制器柜，配置2面继电器柜。同时单元机组空冷岛控制系统配置1台工程师站，2台操作员站，1台OPC服务接口站

图 4-2    单元机组空冷控制系统配置方案图

　　5    脱硫控制

　　5.1     工艺特点

　　电厂脱硫是将燃煤机组烟气中的含硫化合物降低到符合国家排放标准的一种工艺，目前常应用比较广的是湿法脱硫工艺。该工艺主要包括工艺水系统，石灰石浆液制备、输送系统，吸收塔系统，石膏脱水系统，烟气系统等子工艺系统。主要设备有湿式球磨机、浆液输送泵、氧化风机、浆液循环泵以及增压风机等。就其控制系统而言，湿法脱硫工艺一般具有以下特点：

　　烟气脱硫的控制对象比较特殊但数量较少

　　控制对象较分散

　　控制使用的PID 较少，控制回路较简单；闭环控制较少，开环控制较多，实时性要求不太高。另外，顺控较多

　　注重的是时间控制，保护要求不多

　　因此，脱硫控制系统是一个以开关量为主，模拟量为辅并伴有少量调节回路的系统，属于典型的混合控制系统，其控制I/O点数约3000点。

　　5.2   配置方案

　　以贵州黔东发电厂2X600MW机组脱硫控制系统为例，其采用的配置方案如下图所示。该方案以AB ControlLogix系列控制器为硬件平台，采用RSLogix系列下位机编程软件和RSView32上位机组态软件实现系统组态。

　　系统共配置三对ControlLogix冗余控制器，采用1794系列分布式I/O。分布式I/O采用冗余通讯的ControlNet网络。控制器与操作站的通讯采用冗余的100M以太网。配置两台就地操作站，两台集控室操作站，一台历史站和工程师站。另外配置一台A3和A4网络打印机。SOE如需要，可单独配置控制器实现。

图 5-1    脱硫控制系统配置方案