Foxboro I/A’S分散控制系統在300MW機組的應用

一、概述

諫壁發電廠#9機組改造前機組自動調節系統為上海自動化儀表一廠生產的TF-900裝置，裝置已嚴重老化，可靠性差，故障多，部分自動無法投入，無協調控制及AGC功能。DAS系統I/O數據采集站為常規巡測儀表，表計老化，可靠性差。滅火保護系統可靠性差，給機組安全帶來隱患。數據無法與控制保護系統共享。運行人員監控強度大。不能滿足電網對機組的調峰要求以及機組經濟運行要求。

二、DCS系統基本配置及功能

DCS系統為上海FOXBORO公司的I/A’S裝置，系統的硬件配置為：24個現場I/O機柜、2個現場I/O小機柜、3個主機柜，3個固態繼電器柜、26個繼電器柜、四個操作員站（LCD顯示屏）、一臺工程師站，2臺打印機，兩套大屏幕，14對冗余CP。FBM機柜分配為：DAS5個FBM機柜、2個FBM小機柜；SCS及保護10個FBM機柜，CCS5個FBM機柜，FSSS2個FBM機柜。CP分配為：DAS3對、SCS5對、CCS3對、FSSS1對、DEH、MEH各1對、主電源柜一個（由UPS供電，來自保安電源）、副電源柜一個（來自400V-13段）。

整個系統為一個節點，四個操作員站、一臺工程師站、14對冗余CP均掛于冗余的節點總線（NODEBUS）上。

現場級由26個裝有現場總線組件（FBM）的現場機柜組成，采用冗余的現場總線連接方式。另在MIS網上掛PC機一臺，專門處理報表等，配打印機一臺作為網絡打印機公用。

DCS系統的功能有：

.數據采集顯示系統（DAS）
.順序控制系統（SCS）（包括除大機保護以外的所有保護）
.協調控制系統（CCS）
.燃料管理系統（BMS）（包括FSSS系統）
.主機電液調節系統（DEH）
. 汽泵電液調節系統（MEH）

大修改造取消原大機及甲、乙汽泵的同步器馬達控制的液壓調節系統，加裝了上海FOXBORO公司的I/A’S組成的大機電調（DEH）及甲、乙汽泵電調（MEH）系統。

三、 I/A’S系統的軟件結構

.使用工業標準的操作系統Sun Soft Solaris。Solaris操作系統可以更快地處理大量信息，支持附加硬盤，具有先進的開窗口功能，使用OPEN LOOK圖形用戶接口，可以方便地訪問整個I/A Series系統和所連接的信息網絡上的信息，應用軟件可以方便移植，在軟件開發環境中支持C語言等。

.提供了用于整體控制分解的智能控制工具軟件，智能化控制組態程序將連續量，梯形邏輯和順序控制功能結合到智能控制方案中去。

.具有批處理管理，批處理管理自動地產生在一個設備上的控制活動以及提供擴展數據存貯器并檢查與那些活動有關的情況。

.提供組態軟件，具有一系列不同的組態程序，如系統組態程序，允許定義系統網絡，包裝以及軟件等，還有控制組態程序，圖顯示組態程序以及應用組態程序等，這些組態軟件可在PW-C上運行。

.人機接口軟件，包括實時圖顯示管理程序和有關子系統，支持有關圖顯示和組態程序之間的活動，人機接口軟件具有a.實時圖顯示軟件；b.圖顯示建立軟件；c.圖顯示與組顯示組態；d. 詳細的圖顯示程序；e.組顯示組態程序；f.報警子系統；g.系統管理軟件；h.電子文件軟件；I.系統組態程序；j.工作站組態程序；k.圖形實用程序；

.使用菜單和窗口來支持和協調人機接口。

.用相關數據庫進行全系統的信息管理。

.容易的使用系統組態程序，一旦寫入數據，而不用寫程序系統就可運行。

四、系統的主要功能

4.1、數據采集顯示系統（DAS）：

數據采集顯示系統（DAS）分為鍋爐顯示操作系統、汽機顯示操作系統、電氣顯示操作系統，其中：鍋爐顯示畫面53幅，汽機顯示畫面91幅，電氣顯示畫面5幅。

DAS系統還包括歷史及事故追憶。其中：歷史2000多點，按參數重要程度，分辨率為1秒及2秒點，歷史點保存時間為2天。濃縮數據組每小時濃縮一次，具有最大值、最小值、平均值運算，可保留一個月。 事故追憶108點（包括DEH點），數據追憶按故障跳閘前三分鐘后五分鐘記錄，時間分辨率為1秒。順序事件記錄50點，時間分辨率為1ms。

系統具有四個操作環境：初始化環境、工程師環境、鍋爐環境、汽機環境。

系統具有流程畫面檢查、組畫面檢查、報警畫面檢查、事件順序記錄SOE過程檢查、事故追憶檢查、歷史數據庫檢查、實時趨勢和歷史趨勢檢查功能。

通過DAS畫面，使用球標可對各輔機、風門擋板、調門及電動門等進行操作。為防止誤操作，設有禁操畫面。DAS還具有過程報警、歷史報警功能，日報表及月報表。

4.2、閉環控制系統（MCS）功能

（1）機爐協調控制功能

機爐協調控制有兩種方式，一種是爐跟機為基礎的協調控制方式，另一種是機跟爐為基礎的協調控制方式。為提高機組的穩定性和相應性，在正常情況下，采用以爐跟機為基礎的協調控制方式。在鍋爐輔機出現故障影響機組出力、機組在從定壓控制轉換到滑壓控制方式以及機組出現RUNBACK運行工況，協調控制系統應切換到機跟爐為基礎的協調控制方式。

爐跟機為基礎的協調控制系統采用的是以鍋爐控制壓力，汽機控制負荷的運行方式，為了提高鍋爐的響應性，穩定控制鍋爐主汽壓力，保證汽機對負荷的響應性，選用汽機調速級壓力（P1）與汽機自動主汽門前壓力（Pt）之比乘以機前壓力定值（Ps）作為汽機對鍋爐的能量需求（P1＊Ps/Pt），該信號以動態前饋的形式控制鍋爐的燃料量，這種控制方式加快了鍋爐對汽機能量需求的響應性，穩定了鍋爐的壓力和燃燒，能保證鍋爐控制的響應性和穩定性。

改變壓力設定值Ps即改變了鍋爐的燃料指令，從而達到了控制負荷的目的，直接能量平衡信號不但適用與定壓控制方式，而且適用與滑壓運行方式。

采用直接能量平衡信號，降低了汽機調門動作對鍋爐出口壓力的動態影響，提高了在變負荷工況下機組對負荷的響應性。

機跟爐為基礎的協調控制系統采用的是汽機控壓力，鍋爐控負荷的運行方式，這種控制方式由于充分利用了汽機調門動作對壓力響應快的特點，因此能很好地控制機組壓力，但由于鍋爐的燃燒特性比較慢，因此對負荷的響應比較慢，為提高鍋爐的響應性，將機組指令以前饋和反饋的方式作用到鍋爐控制，以加大前饋量的方式提高鍋爐對負荷的響應性。

鍋爐協調主要考慮風、水、煤的協調，以直接能量平衡信號（P1＊Ps/Pt）作為燃料指令信號。送風控制跟隨負荷指令，同時用氧量進行修正，引風控制爐膛負壓，給水控制汽包水位。

汽包水位的控制有單、三沖量兩種控制方式。在低負荷時（負荷小于30%）采用單沖量方式，控制給水調節閥。在高負荷時采用三沖量控制方式，汽包水位作為動態修正信號，維持給水流量與主汽流量的平衡，保證汽包水位的穩定。

給水控制具有控給水閥和汽動給水泵兩種方式。當投運給水閥控制時，汽動給水泵在手動控制方式，不能投自動。當投運汽動給水泵時，給水閥在手動控制方式。

燃燒控制以P1＊Ps/Pt作為燃料的指令信號，熱量信號（P1+dPd/dt）作為燃料的反饋信號。從而控制主汽壓力。

送風控制主要控制爐膛氧量，保證鍋爐的穩定經濟燃燒。系統中將負荷指令作為送風控制系統的指令，氧量作為修正，同時考慮風煤指令的交叉聯鎖，升負荷時先加風，減負荷時先減煤。

在送風機跳閘發生RUNBACK時，協調控制系統關跳閘送風機的動調，同時自動開運行送風機的動調。

引風機控制系統控制爐膛負壓。以爐膛負壓作為主控信號，同時接受送風機動調指令的前饋信號，當送風機系統調節時，引風機動調跟隨動作。穩定爐膛負壓。引風機控制系統具有方向閉鎖的控制功能，在爐膛壓力高時，閉鎖減。在爐膛壓力低時，閉鎖加。

當引風機跳閘發生RUNBACK時，協調控制系統關跳閘風機動調，同時自動開運行風機的動調。

（2）協調控制系統的聯鎖保護與控制保護：

.聯鎖保護：協調控制系統在機組運行中，實時監視機組輔機的處理能力，以確保機組輔機出力受限制的情況下，實行最高負荷和最低負荷限制，實現機組的能量平衡。控制系統實時監視以下設備的運行情況，實行方向閉鎖：
1）給粉機控制指令達上限或下限
2）送風機控制指令達上限或下限
3）機組負荷達到控制系統允許的上限或下限
4）風量小于煤量
5）爐膛負壓達上限或下限

.鍋爐輔機設備故障快速甩負荷：在下列輔機設備故障時，協調控制系統快速甩負荷：
1）一臺送風機在運行中跳閘
2）一臺引風機在運行中跳閘
3）一臺空預器在運行中跳閘
4）兩臺汽泵運行中一臺跳閘且電泵在2秒內沒有聯動上來。
5）一臺汽泵和電泵運行中一臺跳閘
6）三臺爐水泵有兩臺在運行中跳閘
7）二臺排粉機跳閘

在機組執行RUNBACK時，協調控制系統以與RUNBACK要求相應的負荷變化率減負荷，減到相應的機組負荷值。系統自動切換到機跟爐方式。同時切除丁排粉機，并投油助燃。

（3） 一次調頻控制

一次調頻控制方式有三種，1、當CCS系統解列，DEH中的功率回路投入控制，一次調頻回路投入，負荷在閉環控制；2、當CCS系統爐跟機方式，DEH中的功率回路解列，一次調頻回路不投入，DEH開環控制，由CCS獨立完成一次調頻功能；3、當CCS系統爐跟機方式，DEH中的功率回路解列，一次調頻回路投入，DEH開環控制，由CCS和DEH共同完成一次調頻功能。

一次調頻控制第一種方式是必須具備的，第二種方式能夠保證機組安全穩定地使機組響應電網周波的變化，風、煤、水和汽機調門能夠協調工作，第三種方式是當電網周波變化超過死區時，通過DEH將汽機調門直接開啟或關閉，使機組功率迅速變化，同時CCS利用與DEH同一根頻差與負荷的變化曲線，使風、水、煤響應調頻造成的負荷變化。

（4）AGC控制

為適應現代大電網運行管理的需要，機組實現AGC控制。AGC方式通過一個遙調信號、二個遙控信號、三個遙信信號實現省調的AGC控制。

（5）磨煤機控制系統:

磨煤機控制系統包括:
.磨煤機運行時磨煤機出口溫度控制系統、磨煤機入口負壓控制系統、磨煤機負荷控制系統、排粉機出口壓力控制系統、排粉機入口溫度控制系統。
.磨煤機停運時排粉機出口壓力控制系統、排粉機入口溫度控制系統。
.磨煤機啟動時排粉機出口壓力控制系統、磨煤機倒風控制。
.磨煤機停運時排粉機出口壓力控制系統、磨煤機倒風控制。

4.3、順序控制系統（SCS）功能

順序控制系統實現機組各控制系統及設備的順序投運、啟停與保護，各設備的手動遙控操作。

順序控制系統結構:

.設備控制級：包括順序控制邏輯，聯動控制邏輯，和手動操作邏輯。作用于設備驅動級上。

.設備驅動級：直接向控制設備發出指令。

順序控制系統包括風煙系統順序控制、預熱器順序控制、送吸風機順序控制、凝泵順序控制、凝升泵順序控制、空冷泵順序控制系統等34套。


4.4、燃燒器管理系統（BMS）功能

BMS包括鍋爐爐膛安全保護、輕重油管理兩部分。

鍋爐爐膛安全保護內容包括雙送均停、雙吸均停、雙預均停、失去燃料、爐膛負壓高、爐膛負壓低、汽包水位高、汽包水位低、任一爐膛滅火、爐水泵均停及汽機跳閘橫向保護，手動緊急停爐在外回路實現。

輕重油管理包括自動/程控點火、自動投油、OFT及探頭冷卻風機控制等功能。

五、系統運行情況及結論

I/A’S分散控制系統在諫壁電廠的應用是成功的， DCS的鍋爐、汽機各子系統運行情況良好，機組協調控制、AGC及一次調頻全部投入運行。設備的可靠性、安全性及機組自動化水平有了極大提高，確保機組長期經濟安全穩定經濟運行，取得了連續安全經濟運行三百天好成績，創造了諫壁電廠連續運行的最好記錄。