MACS系統在天鐵空分廠汽輪拖動空壓機一體化上的應用

一、 項目簡介

天鐵集團空分廠兩臺汽輪空壓機NG25/20、ENK/56/60/75是97年投產，汽輪空壓機分別是由杭州汽輪機廠生產的NG25/20(背壓式0.16MW)、ENK50/56/75(抽氣式0.93MW)汽輪機與開封空壓機廠生產的離心式空壓機相配套。汽輪機為變、定轉速背壓式（抽汽式）工業汽輪機。空分裝置容量為15000m³/h，以汽輪機拖動空氣透平壓縮機，采用液氧內壓縮工藝流程，主要用于富氧煉鐵。原調節系統采用液壓調節方式，對空壓機出口的風壓和汽輪機轉速及抽汽實現控制，通過放空閥來維持空壓機出口風壓，以滿足不同工況下進風要求，汽輪機的變轉速范圍為4828~5964r/min，可調抽汽壓力為0.49/0.59Mpa，排氣壓力0.008Mpa。

該系統改造，采用的設備是杭州和利時自動化有限公司的MACS集散控制系統，采用高壓自容式純電調來取代原液壓調節保安系統中的液壓調節系統，原保安系統保留并增加了自動控制電磁閥和相應閥塊。改造的目標是在集控室完成空壓機、壓縮機、空分設備的啟動、停機、正常運行和事故處理及數據上層監控。改造的范圍包括：順序控制系統（SCS）；數據采集系統（DAS）；拖動汽輪機數字電液控制系統（DEH）；拖動汽輪機緊急跳閘系統（ETS）；空分控制系統；與廠管理網(MIS)的通訊系統。改造的物理測點數為500點左右，僅保留以下常規操作和監視設備：緊急停機按鈕、ETS復位按鈕、DEH手操盤。改造時間從2007年11月21日至12月29日，歷時40天。為了做好這次改造，天鐵空分廠的工程技術人員進行了大量細致的工作，并參加了設備選型、測點分站、方案設計、算法組態、動靜態調試等全過程。

二、系統配置及功能

（1）系統硬件配置

·現場控制站3套，其中拖動汽輪機2套，完成空壓機和壓縮機的控制和ETS保護；空分1套，完成空分設備的控制和保護。另有電源控制柜一面，空分擴展柜一面。

·服務器兩臺（冗余配置），完成歷史數據的管理和系統裝載等功能。

·操作員站3臺，其中一臺為空分操作站，兩臺為汽機操作站，畫面可相互轉換。

·通訊站一套（服務器兼），與廠管理網MIS進行通訊。

·液壓部套1套：伺服油動機，供油系統，保安系統。

（2）系統網絡配置

·第一層控制網，在現場控制站內，由PROFIBUS-DP組成，用于站內數據的交換。

·第二層系統網，位于I/O站間及I/O站和服務器間，為100M以太網，用于I/O站間的數據交換及I/O站和服務器的數據交換。

·第三層管理網，位于操作員站（工程師站）和服務器間，為100M以太網，用于操作員站和服務器的數據交換。

（3）測點分站原則
　　這次改造中，測點的分站采用工藝系統和功能兼顧分站的原則，這種分站具有所需測點少、站間引用少的優點。

（4）控制功能實現

▲DAS部分

·完成參數和設備狀態的顯示報警、歷史曲線記錄、事故追憶、報表打印等功能。

▲SCS部分

·完成所有設備的手動操作功能；

· 完成順控設備聯鎖的功能，工作備用的互聯及低參數聯啟備用等功能；

·完成盤車裝置順序啟停控制功能；

▲DEH部分

·完成轉速、送風和放風控制；

·完成超速試驗、閥門活動試驗、閥門嚴密性等試驗；

·完成103％、110％超速保護及風機出口超壓保護功能；

·仿真模擬功能；

·緊急手動功能；

▲ETS部分

·完成拖動汽機危急保護跳閘的功能；

▲空分部分

·預冷系統；

·純化系統；

·膨脹機系統；

·主換熱器系統；

·分餾塔系統；

三、改造特點

● 集控室的布置采用以CRT為操作平臺的環境，取掉原來的金屬盤臺和立屏，取掉大量的常規儀表和操作開關，取掉所有的熱工信號。隨著自動化水平的提高，改造集控室布置，使信息中心化是發展的趨勢；

● 由于MACS系統采用了先進的編譯下裝原理，實現了數據庫、設備組態、報表圖形、控制方案等的無擾下裝。

● 控制效果理想：作為統一的被控對象，系統動態響應快，控制周期最小設置50ms；控制精度高，轉速控制精度<±2rpm/m，解決了大范圍轉速閉環控制問題。

● 液壓部套為分體自容式油動機，EH油站和油動機分開，透平保安系統與自容式液壓部套分離，沒有硬件上的聯系，這樣安裝方便，不用考慮透平油污染造成伺服閥卡澀問題，同時解決了老式油動機提升力不夠反映不靈敏和寄生反饋的問題。

● 人機界面統一：該系統中DEH、ETS、空分控制功能相對獨立，但集中控制，其上層畫面可相互切換，畫面風格統一。數據共享方便：底層數據可以互相引用，節省了部分物理點，對站間引用免去了硬接線連接。

●基于和利時公司新一代DCS系統產品整合起來的一體化系統還具有如下特點：采用PROFIBUS－DP總線技術，全方位的冗余技術:主控單元冗余、系統電源冗余、I/O模塊可冗余、網絡冗余、服務器冗余、測速模塊三取二冗余、LVDT冗余，主控單元、I/O模塊均可帶電插拔，模塊智能化、小型化，液壓系統采用的電液轉換器具有抗污染能力強、無卡澀、運行穩定的性能，具有針對空分行業的圖庫以及標準功能塊，具有在線調試與仿真功能、強大的趨勢、報表和日志管理功能。

四、改造后主要技術指標

·轉速控制范圍：60~6363r/min（小機60~14100r/min）

·轉速控制精度：≤+2r/m

·轉速不等率：3%~6%范圍內在線可調

·空壓機出口壓力精度：≤+0.01MPa

·升速率控制精度：+0.1%

·控制系統不靈敏度：<0.06%

·DEH裝置MTBF：≥20000小時

·系統可用率：≥99.9%

五、經濟分析

機組控制室盤臺的改造，取消了沿用10年的國外老系統，監視運算設備全面升級，提高了性能，節約了許多備品備件費用。由于MACSV系統所用的模塊都可帶電插拔，這大大縮短了消缺時間，及時消除安全隱患，為機組安全、穩定發電提供了保障。拖動汽輪機調速系統改為數字式電液調節系統（DEH），提高了汽機運行的安全性和穩定性，減少了機組的非計劃停機次數，經濟效益大為提高。