XDPS－400分散控制系統(tǒng)在納雍電廠＃3機(jī)組的應(yīng)用

一、概述
納雍電廠系新建電廠，一期建設(shè)規(guī)模為4×300MW燃煤發(fā)電機(jī)組，規(guī)劃容量為4×300MW。#1、#2主機(jī)由哈爾濱三大動(dòng)力廠提供，#3、#4主機(jī)由上海三大動(dòng)力廠提供。＃1、#2機(jī)組DCS系統(tǒng)采用FOXBORO公司的產(chǎn)品；＃3、#4機(jī)組DCS系統(tǒng)采用新華控制工程有限公司的 XDPS－ 400 分散控制系統(tǒng)。本文著重講述＃3機(jī)組XDPS－400系統(tǒng)的應(yīng)用情況。
＃3機(jī)組機(jī)、爐、電主設(shè)備的配置如下：
鍋爐型號(hào)為SG1025／17.44－M859；系亞臨界、自然循環(huán)汽包爐，單爐膛、一次中間再熱、半露天布置、全鋼構(gòu)架，四角切圓燃燒、平衡通風(fēng)、固態(tài)排渣燃煤鍋爐；爐四角煤燃燒器分6層，油燃燒器分3層；鍋爐點(diǎn)火采用高能點(diǎn)火器點(diǎn)燃輕柴油，再點(diǎn)燃煤粉的二級(jí)點(diǎn)火方式。過熱汽采用二級(jí)噴水減溫方式，再熱汽采用尾部煙氣擋板調(diào)溫并輔以事故噴水。
汽輪機(jī)型號(hào)為 N300－16.7/537/537；系亞臨界、中間再熱、高中壓合缸、單軸、雙缸、雙排汽、凝汽式、全電調(diào)型；高壓缸啟動(dòng)。
發(fā)電機(jī)型號(hào)為QFSN－300－2型；勵(lì)磁方式采用自并勵(lì)靜止勵(lì)磁方式。
DCS按照功能分散的原則設(shè)計(jì)。DCS的功能包括數(shù)據(jù)采集（DAS）、模擬量控制（MCS）、順序控制（SCS）、鍋爐爐膛安全監(jiān)控（FSSS）、旁路控制系統(tǒng)（BPS）、電氣控制系統(tǒng) ( ECS) DCS設(shè)置公用網(wǎng)絡(luò)，循環(huán)水泵房（遠(yuǎn)程IO）、空壓機(jī)站（PLC控制）和廠用電公用部分等輔助公用系統(tǒng)納入公用網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控，可由單元機(jī)組DCS操作員站進(jìn)行監(jiān)控。
另外，采用XDPS系統(tǒng)一體化的汽機(jī)電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)DEH - ⅢA 系統(tǒng)和小汽機(jī)電液調(diào)節(jié)系統(tǒng) (MEH)。
二、各系統(tǒng)的IO點(diǎn)數(shù)
I/ O 總點(diǎn)數(shù)3、4號(hào)單元機(jī)組 I/ O 總點(diǎn)數(shù)達(dá)到 4703 點(diǎn) ,2 臺(tái)機(jī)組公用部分為 530 點(diǎn)。通訊總點(diǎn)數(shù)為1605點(diǎn)。
具體點(diǎn)數(shù)分布如表 1 、表 2和表3 。

三、XDPS - 400在納雍3號(hào)機(jī)組中的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及系統(tǒng)硬件配置
XDPS - 400系 統(tǒng) 的 一 體 化 結(jié) 構(gòu) 中，DEH、MEH 與ECS、FSSS、SCS、MCS、DAS 等子系統(tǒng)都只是整個(gè) DCS 系統(tǒng)的一個(gè)個(gè)子站，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)見圖 1。A網(wǎng)和 B 網(wǎng)是互為冗用的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)網(wǎng)，C 網(wǎng)是上位機(jī)管理網(wǎng)，實(shí)現(xiàn) MMI 站之間的文件和設(shè)備資源的傳遞與共享。
XDPS-400系統(tǒng)共包括34個(gè)機(jī)柜，23對(duì)冗余DPU、5個(gè)操作員站、2個(gè)工程師站、1個(gè)SIS接口站、1個(gè)歷史數(shù)據(jù)站和 1 套大屏幕系統(tǒng)。其中 DAS2、DAS4、MCS2、MCS4、FSSS2、FSSS4、SCS2、SCS5、ECS2、C0M2 、RM1(遠(yuǎn)程控制柜)機(jī)柜為控制柜，DAS1、DAS3、DAS5、MCS1、MCS3、MCS5、FSSS1、FSSS3、FSSS5、SCS1、SCS3、SCS4、SCS6、ECS1、ECS3、C0M1、C0M3、 RM2(遠(yuǎn)程端子柜)機(jī)柜為端子柜，DCS1_HB機(jī)柜為交換機(jī)柜，DCS2_PR機(jī)柜為電源柜，DCS3_MC機(jī)柜為熱工繼電器混裝柜，DCS4_RC機(jī)柜為電氣繼電器擴(kuò)展柜，COM4_RC機(jī)柜為公用系統(tǒng)繼電器擴(kuò)展柜。
DPU1/21、DPU2/22是DAS系統(tǒng)；
DPU3/23、DPU4/24、DPU5/25是MCS系統(tǒng)；
DPU6/26、DPU7/27、DPU8/28、DPU9/29是SCS系統(tǒng)；
DPU16/36、DPU17/37、DPU18/38是FSSS系統(tǒng)；
DPU19/39、DPU20/40是ECS系統(tǒng)。
DPU11/31、DPU12/32是DEH系統(tǒng)。
DPU14/34、DPU15/35是MEH系統(tǒng)。
DPU64/84、DPU65/85、DPU66/86是公用系統(tǒng)；其中DPU64/84是循環(huán)水泵房遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)，DPU65/85是熱工公用系統(tǒng)，DPU66/86是電氣公用系統(tǒng)。
DPU61/DPU81、DPU63/83與其他系統(tǒng)通訊用的DPU。DPU61/81是與華東電站的IDAS系統(tǒng)通訊， DPU63/83是與南京東大公司的廠用電監(jiān)控系統(tǒng)通訊。
各子系統(tǒng)的IO卡件的分布表如表4所示:

四、XDPS 系統(tǒng)的軟件及其監(jiān)控功能
操作系統(tǒng)采用WINDOWS NT4.0，DCS、DEH均采用XDPS2.05SP+軟件，軟件體系分為人機(jī)接口、DPU站的過程控制軟件和GTW軟件三大部分,通過系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)與I/O網(wǎng)絡(luò)的通訊軟件融為一體，完成生產(chǎn)過程的實(shí)時(shí)控制、監(jiān)視和操作。
由于XDPS系統(tǒng)的組態(tài)采用圖形方式，符合IEC-1131-3標(biāo)準(zhǔn)，具有極強(qiáng)的在線組態(tài)、系統(tǒng)仿真和調(diào)試能力。同時(shí)編輯、生成系統(tǒng)軟件采用全中文，十分符合國人的習(xí)慣，技術(shù)工作人員依據(jù)此強(qiáng)大的功能，較容易出色地完成技術(shù)協(xié)議書上地各項(xiàng)技術(shù)控制要求。
XDPS - 400 DPU組態(tài)軟件有許多獨(dú)特且較常用的功能塊，略作介紹供參考 。
(1) 查表式模糊控制器 FTAB 。此功能塊主要用于一些對(duì)象輸入－輸出關(guān)系不確定的系統(tǒng)；也可適用與大延遲、大慣性對(duì)象特性的系統(tǒng)。如制粉系統(tǒng)或汽溫系統(tǒng)的自動(dòng)控制，它有 5 個(gè)輸入 3 個(gè)輸出 。5 個(gè)輸入中 E 和 EC 分別是測量值與給定值的偏差和偏差的變化率 ,其他 3 個(gè)信號(hào)實(shí)現(xiàn)跟蹤切換和比例調(diào)節(jié)作用，在自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，利用此功能塊，根據(jù)輸入偏差和偏差變化率的大小查根據(jù)經(jīng)驗(yàn)輸入的模糊控制表，可方便地實(shí)現(xiàn)智能化控制。

(2) 慢信號(hào)保護(hù)模塊 SAIPRO。在DCS 改造前的常規(guī)儀表控制時(shí)，由于輔機(jī)軸承溫度信號(hào)異常而引起保護(hù)誤動(dòng)，引發(fā)事故較多 。利用 XDPS -400系統(tǒng)實(shí)現(xiàn) DCS 控制后，可利用此慢信號(hào)保護(hù)模塊，檢測輸入信號(hào)的變化度，不但可以實(shí)現(xiàn)斷信號(hào)保護(hù)，而且可以剔除熱電阻由于接觸不良而引起限值升高時(shí)的壞信號(hào)，極大地減少了輔機(jī)軸承溫度高保護(hù)誤動(dòng)的可能性 。
(3) 數(shù)字手操器 DEVICE。該模 塊 是XDPS -400系統(tǒng)SCS邏輯組態(tài)軟件中最常用的塊 。DEVICE 塊可以接受上一級(jí)順控指令或由操作人員 CRT上的操作指令完成不同類型設(shè)備基本的控制和聯(lián)鎖保護(hù)邏輯，包括：6 kV/ 400 V 單向電動(dòng)機(jī)，雙向電動(dòng)機(jī)，單線圈電磁閥，雙線圈電磁閥等 。不同類型的設(shè)備因聯(lián)鎖保護(hù)條件不同而組態(tài)略有不同，但只要理解了 DEVICE 塊各輸入輸出口的作用就理解各種不同類型設(shè)備的組態(tài) 。
(4) 開關(guān)首出序號(hào)指示模塊 FIRST, 該功能塊從 16 個(gè)輸入中計(jì)算出第一個(gè)從 0 變?yōu)?1 的開關(guān)量的序號(hào)，大大簡化了動(dòng)作條件復(fù)雜時(shí)的首出記憶組態(tài)，同時(shí)很直觀地將首出信息反映在CRT畫面上，在系統(tǒng)自動(dòng)切手動(dòng)原因、主輔機(jī)設(shè)備保護(hù)動(dòng)作、跳閘首出原因及聯(lián)鎖保護(hù)條件滿足與否組態(tài)邏輯中應(yīng)用。
(5) 預(yù)估控制模塊Smith是克服被控對(duì)象大慣性、大滯后特性的有效方法。但其特點(diǎn)是抗干擾能力差，模型失配適應(yīng)能力差，是制約該模塊應(yīng)用的主要因素。一般和其他模塊如PID、模糊控制塊結(jié)合起來一起使用。XDPS系統(tǒng)將Smith等效成PID控制的形式，便于在實(shí)踐中使用；在本工程項(xiàng)目中，主汽溫度控制使用PID和Smith串級(jí)控制取得比常規(guī)PID串級(jí)調(diào)節(jié)更好的控制效果。
因?yàn)?XDPS - 400 系統(tǒng)DPU 組態(tài)軟件有許多集成較好的預(yù)定義功能塊，所以 XDPS - 400系統(tǒng)DPU 組態(tài)文件看起來簡單明了，外部設(shè)備雖不同，但其組態(tài)文件卻有很大程度的通用性，一般熱工人員只要看懂了一種設(shè)備的組態(tài)方法，就能舉一反三理解其他設(shè)備的組態(tài)原理 。
XDPS－400型 DCS 系統(tǒng)組態(tài)靈活方便，均可在線進(jìn)行的優(yōu)點(diǎn)給熱控系統(tǒng)調(diào)試及維護(hù)工作帶來了極大方便 。
五、與其他系統(tǒng)的通訊接口
XDPS系統(tǒng)具有良好的通訊接口能力。與其他的系統(tǒng)的接口方便、可靠；同時(shí)又能保證信號(hào)的實(shí)時(shí)性。在納雍＃3機(jī)組中與其他系統(tǒng)的接口主要有：與華東電站的IDAS系統(tǒng)、東大公司的廠用電監(jiān)控系統(tǒng)、和ABB公司的SIS系統(tǒng)通訊。與IDAS、廠用電監(jiān)控系統(tǒng)的通訊采用雙網(wǎng)絡(luò)、冗余硬件配置結(jié)構(gòu)，采用485物理接口、Mobus通訊協(xié)議；與SIS系統(tǒng)通訊采用以太網(wǎng)TCP/IP的UDP數(shù)據(jù)包方式進(jìn)行接口通訊。
由于與廠用電監(jiān)控系統(tǒng)的通訊量很大，通訊內(nèi)容有:
●6KV部分每臺(tái)保護(hù)裝置（WDZ-410、WDZ-430、WDZ-440等）上送信息如下：
模擬量：電流1個(gè)，有功功率1個(gè)，每段公共母線送電壓量3個(gè)；
開關(guān)量：①保護(hù)動(dòng)作\告警總信號(hào) ②控制回路斷線信號(hào) ③遠(yuǎn)方\就地信號(hào) ④工作位信號(hào) ⑤試驗(yàn)位信號(hào) ⑥裝置異常信號(hào) ⑦通訊狀態(tài)信號(hào) ⑧彈簧未儲(chǔ)能信號(hào)
●380V部分每臺(tái)測控裝置（WDZ-486）上送信息如下
模擬量：電流2個(gè)，有功功率2個(gè)，每段送電壓量3個(gè)；
開關(guān)量：有控制部分送 ①工作位置信號(hào) ②合閘位置信號(hào) ③遠(yuǎn)方\就地信號(hào)④裝置異常信號(hào) ⑤通訊狀態(tài)信號(hào) ⑥控制回路短線信號(hào)。○7無控制部分僅送合閘位置信號(hào)
●其它智能設(shè)備（發(fā)變組、快切、直流屏等）參照#1#2機(jī)形式作相應(yīng)簡化修改。
上述部分通訊點(diǎn)（ECS系統(tǒng)中沒有設(shè)計(jì)用硬接線方式）直接參與ECS系統(tǒng)的邏輯控制；由于在納雍電廠＃1、2機(jī)組這部分通訊存在通訊不暢、接口通訊困難等原因，在納雍＃3機(jī)組電廠曾一度擔(dān)心這方面的通訊的問題，新華和東大公司在出廠前就在新華公司討論技術(shù)要求和實(shí)施方案，并進(jìn)行系統(tǒng)聯(lián)調(diào)，在現(xiàn)場通訊結(jié)果取得一次成功，應(yīng)用上達(dá)到理想的無縫連接效果。
具體實(shí)施方案如下：
單元機(jī)組DCS各提供一對(duì)DPU分別與通訊服務(wù)器以太網(wǎng)RJ45口相連，每個(gè)通訊服務(wù)器提供四個(gè)串口分別與東大廠用電系統(tǒng)6KV、380V、公用系統(tǒng)、智能設(shè)備4個(gè)485接口通訊。通訊服務(wù)器代替原技術(shù)協(xié)議方案中的四串口卡，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)稍做改變，比較起來，這種方案更加合理，系統(tǒng)維護(hù)方便、靈活。
六、系統(tǒng)的調(diào)試及投運(yùn)
納雍電廠＃3機(jī)組從2003年11月份系統(tǒng)上電以來，就已進(jìn)入系統(tǒng)的調(diào)試。在貴州電力試驗(yàn)研究院、納雍發(fā)電總廠、貴州電建一公司和新華控制工程有限公司的共同努力下，保質(zhì)保量地完成＃3機(jī)組的調(diào)試工作并順利移交生產(chǎn)。在系統(tǒng)分步試運(yùn)轉(zhuǎn)調(diào)試階段，完成DAS、 FSSS、SCS、ECS系統(tǒng)的功能調(diào)試；同時(shí)，利用一切可能的機(jī)會(huì)，進(jìn)行MCS系統(tǒng)的模擬仿真試驗(yàn)和動(dòng)態(tài)對(duì)象的擾動(dòng)測試試驗(yàn)工作；終于在168開始進(jìn)行時(shí)，就達(dá)到熱工保護(hù)投入率、自動(dòng)投入率100％；4月16日在機(jī)爐協(xié)調(diào)方式下，將負(fù)荷從220MW以4MW/Min的速率直接帶到滿負(fù)荷；之后在CCS協(xié)調(diào)控制方式下穩(wěn)定、高品質(zhì)地完成以下168小時(shí)的考核工作；創(chuàng)下貴州省新建300MW機(jī)組168小時(shí)考核階段最好的運(yùn)行記錄。
協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)是將汽機(jī)、鍋爐作為整體考慮,連續(xù)控制、聯(lián)鎖保護(hù)、邏輯控制、報(bào)警顯示、監(jiān)控管理、數(shù)據(jù)通訊等方面的設(shè)計(jì)上均考慮到這一點(diǎn)。在能量平衡控制策略基礎(chǔ)上，通過前饋/反饋、連續(xù)/斷續(xù)、非線性、方向控制等控制機(jī)理的有機(jī)結(jié)合，來協(xié)調(diào)控制機(jī)組功率與機(jī)前壓力，協(xié)調(diào)處理負(fù)荷要求與實(shí)際能力的平衡。在保證機(jī)組具備快速負(fù)荷響應(yīng)能力的同時(shí)，維持機(jī)組主要運(yùn)行參數(shù)的穩(wěn)定。當(dāng)機(jī)組出現(xiàn)輔機(jī)故障時(shí), 還設(shè)計(jì)有 RB /RU /RD 等故障處理邏輯。 各子控制系統(tǒng)均具有自動(dòng)/手動(dòng)自動(dòng)切換和參數(shù)越限報(bào)警功能。 因此, 提高了機(jī)組運(yùn)行的安全可靠性。
投入?yún)f(xié)調(diào)控制系統(tǒng), 增加了機(jī)組主要運(yùn)行參數(shù)的穩(wěn)定性, 能夠?qū)崿F(xiàn)鍋爐優(yōu)化燃燒, 并可使機(jī)組選擇更為合理的運(yùn)行方式, 明顯提高了機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性, 168運(yùn)行后的熱效率試驗(yàn)結(jié)果表明, 協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)可綜合降低煤耗 2g/(kW h)，僅此一項(xiàng)，每年可創(chuàng)造可觀的經(jīng)濟(jì)效益；另外，還可減少運(yùn)行誤操引起鍋爐熄火或汽機(jī)跳閘帶來的間接損失。協(xié)調(diào)控制的投入, 機(jī)組的自動(dòng)投入率達(dá)到100％, 機(jī)組的自動(dòng)化水平之高, 降低運(yùn)行勞動(dòng)工作強(qiáng)度，為電廠減員增效、實(shí)現(xiàn)全能值班創(chuàng)造了條件。協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)提高了機(jī)組的負(fù)荷控制精度, 增強(qiáng)了機(jī)組的頂尖峰、壓低谷、壓直線運(yùn)行的能力, 并可接受調(diào)度的 ADS 指令, 為最終實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的 AGC控制打下基礎(chǔ), 為電廠的競價(jià)上網(wǎng)創(chuàng)造了條件。
系統(tǒng)調(diào)試運(yùn)行期間出現(xiàn)的問題及解決的辦法：
●按照系統(tǒng)接地要求，DCS系統(tǒng)單點(diǎn)接地。由于DCS機(jī)柜在安裝開始，沒有注意機(jī)柜的接地問題，等機(jī)柜準(zhǔn)備上電驗(yàn)收系統(tǒng)接地情況時(shí)發(fā)現(xiàn)部分機(jī)柜直接接地，電建公司又重新排查每排機(jī)柜接地故障，直至所有的機(jī)柜浮空，再將機(jī)柜的數(shù)字、模擬地匯總最終接到總的接地點(diǎn)。
●從機(jī)組上電調(diào)試一直到現(xiàn)在，XDPS系統(tǒng)硬件故障率較低。無一卡件上電受損，現(xiàn)場有三塊Pt100端子板DC-DC穩(wěn)壓模塊電壓偏高，引起溫度信號(hào)精度偏差過大，及時(shí)給予跟換；另外，一塊DI卡件在上電初時(shí)芯片程序丟失重新燒制程序。
●MCS系統(tǒng)兩對(duì)DPU放在一個(gè)控制機(jī)柜，由于一個(gè)DPU中一個(gè)IO站點(diǎn)配置重復(fù)，導(dǎo)致相應(yīng)的AO端子信號(hào)跳動(dòng)，重新設(shè)置軟件配置，恢復(fù)正常。
●在168期間和移交生產(chǎn)后，多塊AI卡件出現(xiàn)信號(hào)抖動(dòng)現(xiàn)象，主要是這批AI卡生產(chǎn)比較早，一塊芯片是分立插拔時(shí)，由于長途運(yùn)輸、震動(dòng)等引起芯片管腳接觸不良引起，按照電廠的提出的方案，換成新華公司全部是焊接工藝的AI卡件，消除了AI信號(hào)抖動(dòng)的現(xiàn)象。

總之，XDPS系統(tǒng)在各單位的共同努力下，順利的完成168及生產(chǎn)移交工作。納雍＃3機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定、調(diào)節(jié)品質(zhì)優(yōu)良、各項(xiàng)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)完成良好；也是貴州省300MW新建機(jī)組的首次應(yīng)用，得到電建施工單位、貴州中試所及電廠用戶充分的肯定和貴州省局一致好評(píng)。