DCS實現火電機組全廠控制一體化的應用

　　分散控制系統DCS作為技術上成熟可靠的控制系統，在國內發電廠單元機組及重要輔助系統的控制上已得到了廣泛的應用。隨著DCS價格的持續降低，DCS的控制范圍已經擴展到了常規使用的可編程邏輯控制器PLC（Programmable Logic Controller）進行控制的水、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劣，已引發廣泛討論。本文以廣西電力工業勘察設計研究院設計的一個已投產工程為實例，對該工程全廠控制DCS一體化的特點及設計經驗做簡單介紹。
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目”配套電廠是廣西電力工業勘察設計研究院設計的第一個實現全廠控制系統DCS一體化的工程，已于2008年3月全部建成投運。本工程建設1臺170 t／h燃煤高壓循環流化床鍋爐和1臺30MW抽汽凝汽式汽輪發電機組及其配套設施，鍋爐由濟南鍋爐集團有限公司供貨，汽機和發電機均由南京汽輪電機（集團）有限責任公司供貨。
　　本工程采用機、爐、電及輔助車間集中控制方式，其自動化水平以保證機組的安全和經濟運行為目標，以分散控制系統DCS作為機組監視和控制的核心，構成1套完整的自動化控制系統，完成對鍋爐、汽機、發電機一變壓器組、廠用電系統及輔助車間的控制與監視。
2 控制系統配置
2．1 全廠控制系統結構
　　DCS為上海新華控制工程有限公司提供的XDPS一400e系統，汽機數字電液控制系統DEH（Digital Electro—Hydraulic Control System）、汽機緊急跳閘系統ETS（Emergency Trip System）及化水、除灰、輸煤控制系統均采用與DCS一致的硬件和軟件。XDPS一400e系統的網絡分為以下兩部份：
　?、賀TFNET。100Mbps冗余、容錯高速實時網，是系統的實時通信主干網，把分散處理單元DPU（Distributed Proeess Unit）、人機接口站等設備連接在一起的實時數據網。整個系統實時網在容錯的基礎上采取冗余技術，2條高速公路（A網、B網）同時工作，互為熱備用。
　　實時通信主干網配置冗余的工業級交換機，通過網線把機爐電子間、工程師室、集控室、輔助車間的各控制設備構成一個完整的分布式控制系統。所有站點通過交換機直接上網。
　　②INFNET。100Mbps實時信息網，把系統上所有的人機接口站構成一個實時總線網（C網），實現整個系統信息資源數據共享。全廠控制系統結構如圖1所示。

2．2 DCS配置
　　DCS完成數據采集DAS（Data Acquisition System）、模擬量控制MCS（Modulating Control System）、順序控制SCS（Sequence Control System）、鍋爐爐膛安全監控FSSS Furnace Safeguard Supervisory system）、汽機數字電液控制（DEH）、汽機緊急跳閘（ETS）、電氣控制系統ECS（Electric Control System）、輔助車間控制等系統功能，并滿足各種運行工況的要求，確保機組安全、高效運行。
　　①本工程ECS的I／O點數為3383點（不含備用點），具體配置見表1所示。主機DCS（含DEll，ETS）機柜布置在主廠房機爐電子設備間，共配置了9對處理器控制單元（DPU）。輔助車間遠程站機柜布置在相應車間的電子設備間或電氣配電間，每個遠程站配置1對DPU。機組集中控制室內布置有6臺互為備用的操作員站，供單元機組以及輔助車間使用。

　　② 機爐電子設備間設置一面DCS電源柜，為電子設備間的DCS機柜和集控室的工作站供電，MFT（Main Fue1 Trip）專用跳閘板布置于電源柜內。輔助車間遠程站自帶UPS電源。所有的機柜和工作站均為雙回路供電。
　?、蹤C爐電子設備間的DCS機柜為2個站組，每個站組實行單點接地。站組內各站接地點分別匯接到站組接地點。XDPS的DPU機柜內有2種接地，即機柜接地點CG（Cabinet Ground）和邏輯接地PG（Digital Power Ground）。各個站的CG按串形連接方式匯接到站組接地點，PG按星形方式匯接到站組接地點。站組的接地點匯接到XDPS系統接地銅板（布置于DCS網絡柜內），從接地銅板接至廠用接地網的DCS系統專用接地樁。輔助車間遠程站采用就近接地方式。
2．3 汽機數字電液控制系統/汽機緊急跳閘系統
　　汽機數字電液控制系統（DEH）的液壓部分由汽機廠配套供應，控制部分采用與DCS一致的硬件和軟件，隨DCS供貨。DEH作為DCS的一個站直接掛在DCS主干網上，實現了與DCS的無縫連接。
　　汽機緊急跳閘系統（ETS）采用與DCS一致的硬件和軟件，隨DCs供貨。ETS做為DCS的一個站直接掛在DCS主干網上。ETS采用新華公司生產的專用邏輯保護卡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、轉速傳感器等完成汽機危急停機保護功能。ETS功能是靠硬件實現的，響應快速、可靠，動作速度V<20ms。ETS設置有1對冗余DPU，DPU僅監視ETS的狀態，不參與控制。所有進人ETS的信號和ETS輸出的信號都可以在操作員站的LCD上顯示，并實現SOE記錄，OE分辨率為1ms。
2．4 輔助車間控制系統
　　輔助車間包括鍋爐補給水處理系統、水汽取樣及爐內加藥系統、循環冷卻水處理系統、氣力除灰系統、布袋除塵系統、機械除渣系統、循環水泵房系統、燃油系統、壓縮空氣系統、輸煤系統，根據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。

　　水汽取樣及爐內加藥系統采用硬接線方式直接接人布置于機組機爐電子設備間的主機DCS系統。布袋除塵器由設備廠家自帶PLC控制系統，以通信方式接入DCS。所有的遠程站均采用與主機DCS一致的硬件，通過冗余光纜接人DCS主干網。為調試及維護方便，每個遠程站均帶有1對DPU。
3 系統特點與不足
　?、俦O控平臺統一。針對本工程規模較小、系統齊全的特點，全廠控制以設置在機組集中控制室的DCS操作員站為監控中心，實現了常規的機、爐、電集中控制，同時還把輔助車間納入DCS監控范圍，所有車間均已實現無人值班，達到了減員增效的目的。
　　②控制系統軟硬件統一。全廠控制DCS一體化的實現避免了DCS系統與多種硬件設備接口的麻煩，減少了備品備件種類，簡化了運行人員的培訓。
　　③由于各種原因，爐后布袋除塵器的控制采用PLC實現，以通信方式接入DCS，鍋爐MFT、鍋爐投油等少數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聯系更為密切，使用與DCS一致的硬件和軟件直接納入單元機組DCS更有利于全廠自動化控制水平的提高。
4 結語
　　本工程在電廠投運至今，未發生一起因DCS故障造成的機組停運事故，該DCS規模雖小，但由于具備一定代表性，為今后全廠控制DCS一體化的設計及實現提供了一些可供借鑒的經驗：
　?、偃珡S控制DCS一體化的前提應是選用國產DCS，進口D（ 由于價格居高不下，全廠的輔助車間均采用DCS控制時成本還是偏高。
　?、贒EH與DCS一體化在當前已經成為首選方案，而由于國產DCS在300 MW 以上機組中較少用于ETS，所以在設計選型時應注意所選擇的國產DCS是否能滿足汽機緊急跳閘保護的快速要求。
　?、蹏鴥菵CS廠家在化水、輸煤、除灰控制邏輯設計方面往往經驗不足，在確定采用全廠控制DCS一體化方案后，建議在DCS招標時明確要求將輔助車間組態工作交給更有經驗的常規輔網程控廠家，DCS廠家僅提供控制硬件和軟件。
　?、懿糠殖Ｒ庪S著程控系統配置的設備如化水電磁閥箱、輸煤系統傳感器等，由于DCS廠家幾乎沒有設計和選型經驗，建議這部分設備單獨招標。