DCS控制系统在热电站中的应用

2019-10-11 15:13

  DCS是分布式控制系统的英文缩写(DistributedControlSystem),在国内自控行业又称之为集散控制系统。是相对于集中式控制系统而言的一种新型计算机控制系统,它是在集中式控制系统的基础上发展、演变而来的。

  它是一个由过程控制级和过程监控级组成的以通信网络为纽带的多级计算机系统,综合了计算机,通信、显示和控制等4C技术,其基本思想是分散控制、集中操作、分级管理、配置灵活以及组态方便。

  在特殊控制领域,如核电站控制系统,DCS的含义被误叫做数字化控制系统(Digitalcontrolsystem),其实质仍为分布式操作系统。

  金泰热电站为3xl30t/h+Zx25MW火电机组,其热工控制系统以DCS为主要监视和控制手段。DCS系统选型为美国福克斯波罗公司(Foxbor。)的I/Ase-ires分散控制系统,该系统是将Uinx和Window,NT操作系统结合在一起的DCS系统;并且采用了该公司的widnows尖君俞拍秒即口产由N7T0系列处理机,其工程师站为AW70DsC控制系药处理机、操作员站为WP7O处理机。这是可靠逻,上海一福克斯波罗有限公司第一次将者试WindowsNT70系列I/ASeries系统用于亥采分者火电厂生产中。经过一年多的运行实践,做到了危险分散、控制分散、集中监控,在生产中起到了显著的作用。

  DCS控制系统介绍

  概述DCS控制系统包括数据采集和处理(DAS)、模拟量控制(MCS)、JI匝序控制(SCS)、汽轮机事故跳闸(ETS)、炉膛安全保护监视(FSS)S及电气监控系统(EC)S六大系统。同时具有与其他供货商提供的控制系统和设备(电液调速系统DEH、程控吹灰PLC系统、电气综合自动化、化学水处理PLC控制系统等)进行通信的功能,并负责相关的接口工作,以便能通过同一总线传递必要的信息和数据,接受控制系统的统一调度和指挥,形成完整的控制系统。另外,保证设置必要的硬操作控制。

  由于电气继电保护系统保护原理复杂、专业性强,在发电厂中具有非常重要的地位,因而对各种保护的可靠性、灵敏性、速动性及各保护之间的选择性都有很高的要求,不宜由DCS来实现保护功能,因此对110kV、35kV配电装置,10kV母线,发电机的监控由DCS系统完成;其电气保护由微机保护装置实现。

  系统主要特点

  (l)系统是以微处理器为基础的智能分散结构,软硬件的紧密结合使系统能力充分发挥;并将传统的强电手动一对一监控变为微机画面集中监控。

  (2)系统提供Windows中文操作界面,便于运行人员的操作和监控;而组态环境与运行uinx操作系统的50系列I/ASeries相同,并用r0RTR^N和C语言编程组态,增强了系统的可靠性。

  (3)控制器采用冗余配置,提供系统管理软件中诊断至模件级的自诊断功能,使其系统具有高度的可靠性。系统内任何一个组件发生故障,均不会影响整个系统的工作。

  (4)底层连接的网络化、1/0模块的全智能化,热备份的冗余技术,可靠的带电拔插的技术特征。

  (5)系统网络为10M冗余快速以太网,极大加速了网络速度,对将来的扩容和改造留下了充分的余地。

  (6)组态软件功能具有标准的多种组态工具、CAD式的绘图工具及丰富的图形库,可快速绘制出符合用户要求的流程图。

  (7)采用开放、灵活的通信接口支持,将电气综合自动化、化学水处理控制系统等以标准通信RS232和以太网方式纳人DCS系统中,最大限度地做到了信息、资源共享,有利于微机集中监控,又节省了投资。

  系统的划分

  整个DCS系统按整个电厂主要对象划分成七个功能区,它们是:1#锅炉、2#锅炉、3#锅炉、1#汽轮机、2#汽轮机、公用系统、电气。每个功能区内根据工艺系统划分成若干功能组,用于完成每组设备控制及操作。而每一个功能组下划分为若干个子功能组,用于完成每个设备的控制及操作。

  (l)每个锅炉功能区划分5个功能组,它们是:锅炉汽水功能组、送引风功能组、烟气系统功能组、燃油系统功能组、制粉系统功能组。

  (2)每个汽轮机功能区划分为3个功能组,它们是:汽水、回热系统功能组;循环水及抽汽系统功能组;保安油系统功能组。

  (3)除氧及减温减压功能区划分为3个功能组,它们是:除氧器、给水泵功能组;减温减压功能组;疏水、回水、工业水功能组。

  (4)电气监控功能区划分为5个功能组:发电机功能组、厂用10kV功能组、厂用380V/220V功能组、变压器功能组、升压站功能组(110kV、35kV、10kV)。

  系统硬件配置及网络

  3台锅炉、2台汽轮机、电气及公用系统采用一套DCS分散控制系统,主要由工程师站、操作员站、现场控制站(1/0站)组成,每台锅炉、每台汽轮机、公用系统和电气控制在不同的控制站中实现。控制系统电源采用uPSAc220v供电,并考虑了冗余配电。整个DCS系统由7个控制单元(集中放在1个控制柜中)、13个1/0机柜、6个的继电器柜、1个电源分配柜、1个工程师站、8个操作员站构成。

  1工程师站

  设工程师站一个为AW7001,对整个系统进行集中控制和管理,主要用于对汽轮机、锅炉DCS系统的程序开发、系统诊断、控制系统组态、数据库和画面的编辑及修改。而电气DCS的组态在Aw7002(电气工程师站兼操作员站)上。工程师站设置软件保护密码,以防一般人员擅自改变控制策略、使用程序和系统数据库。其基本配置如下:

  (l)主机:PENTIUMW/2。SGH:、512MB内存、soG硬盘、3。5英寸软驱、节点总线接口卡、101标准键盘、鼠标、可读写光驱。

  (2)显示器:21英寸CRT、256种颜色、l600x1280像素、点距鉴0。26;刷新频率)85H:;具有防眩、抗静电、低辐射的功能。

  (3)系统软件:WindowsXP操作系统。

  (4)报警记录打印机4台、彩色激光打印机1之执口0

  操作员站

  设操作员站8个,其中锅炉3个(W7P001、WA7002、WP7007),汽轮机2个(WP7004、WP7005),公用l个WP7O03,电气2个(W7P06、AW7002)。其任务是在标准画面和用户组态画面上,汇集和显示有关的运行信息,供运行人员据此对机组的运行工况进行监视和控制。为了防止操作员站对于控制程序进行修改,系统设有进人工程师环境的保护密码。其基本配置如下:

  (l)操作员主机:PENTIUMW/2。SGHz、256MB内存、SOG硬盘、节点总线接口卡、专用键盘或101标准键盘、球标。

  (2)显示器:21英寸CRT、256种颜色、l600x1280像素、点距落0。26;刷新频率)85H:;具有防眩、抗静电、低辐射的功能。

  (3)系统软件:Window,XP操作系统平台及操作员软件。

  现场控制站(1/0站)

  现场控制站由主控单元、智能1/0单元、电源单元、现场总线和专用机柜组成,采用分布式结构,扩展性强。其中主控单元运行工程师站所下载的控制程序,进行工程单位变换、控制运算,并通过节点总线与工程师站和操作员站进行通信,完成数据交换。现场总线为主控单元和1/0单元之间进行数据交换提供通信链路。

  现场控制站按单炉、单机分开设置,即3台锅炉分设3个现场控制站(3对冗余控制器C6P0),分别为CP6001、CP6002、CP6003;2台汽轮机设2个现场控制站(2对冗余控制器CP60),分别为Cp60o4、cp6005;公用系统设l个现场控制站为CP6006(l对冗余控制器CP60);电气设1个现场控制站为CP6007(l对冗余控制器CP60)。

  通信网络

  DCS系统设有冗余通信网络一套,由两个网络层次组成即监控网络和控制网络。监控网络采用节点总线,主要用于工程师站、操作员站、现场控制站的通信连接;控制网络存在于各个现场控制站的内部,采用现场总线,主要用于主控单元设备和1/0单元设备的通信连接。

  节点总线和现场总线均有冗余设计,冗余的数据通信总线在任何时候都同时工作,通信速度为10oMhit/s。连接到数据通信系统上的任一系统或设备发生故障,不会导致通信系统瘫痪或影响其他联网系统和设备的工作。任何站与数据通信网络之间的接口都是无源的。通信总线的故障不会引起机组跳闸或使分散控制器不能工作。

  现场FO信号的数量

  3台130t/h锅炉、2台25MW汽轮机及公用系统、电气控制系统的现场1/0信号总数量为4256点,其中Al点1484、AO点176、Dl点l348、DO点924、Pl点76、SOE点238,加15%的裕量后实际配置5120点。

  基本功能及控制方式

  数据采集系统(DAS)

  连续采集和处理所有与机组有关的重要测点信号及设备状态信号,以便及时向操作人员提供有关的运行信息,实现机组安全经济运行。当机组发生任何异常工况时,及时发出报警,提高机组的可利用率。包含的功能有:过程数据采集、显示;工艺流程图、棒图、趋势图显示;过程报警显示;CRT软光字牌及语音报警;历史数据记录及显示;SOE记录。

  模拟t控制系统(MCS)

  MCS系统可通过控制变量自动完成被控制变量调节的回路。主要功能如下:

  (1)主汽母管压力自动调节系统在锅炉与汽轮机及供热系统之间有机地建立维持母管压力恒定的关系即维持主汽母管压力为定值。它利用同时改变并列运行锅炉的煤粉量作为调节手段,来适应热负荷、电负荷,也就是耗气量的变动,达到保持主汽母管压力为一定的目的。

  (2)汽轮机控制汽轮机控制主要由汽轮机厂提供的DEH系统实现。

  (3)锅炉控制由若干子系统组成,这些子系统应协调运行;并具有前馈特征,使锅炉能灵敏、安全、快速与稳定地运行,保证在任何工况下,均满足机组负荷指令要求。包含有磨煤机控制、二次风量控制、风箱挡板控制、一次风道压力控制、炉膛压力控制、主蒸汽温度控制、给水控制、燃油压力控制、除氧器水位和压力控制、高低加水位控制。

  顺序控制系统(S件)

  对火电机组的辅机及辅助系统,按照运行规程规定的顺序(输人信号条件顺序、动作顺序或时间顺序)实现启动或停止过程的自动控制系统。SCS系统控制机组所有的辅机、阀门和挡板及控制设备保护和联锁,受控主要对象为:锅炉汽水系统,锅炉燃烧系统,锅炉风系统,锅炉烟气系统,锅炉点火燃油系统,汽轮机蒸汽系统,汽轮机润滑油系统及盘车、凝汽器真空、循环水系统,减温减压系统,除氧器给水系统。

  炉膛安全监控系统(SFS)

  对锅炉点火和油枪进行程序自动控制,并有防止锅炉炉膛由于燃烧熄火、过压等原因引起炉膛爆炸(内爆或外爆)而采取的监视和自动控制措施。其包括燃烧器控制系统BCS和炉膛安全系统FSS,实现功能有:炉膛吹扫、燃油系统OFT、点火器及油枪切投控制、火焰监视及炉膛灭火保护、主燃料跳闸MFT。

  汽轮机跳闸保护系统(EST)

  确保在下列事故状态都能关闭汽轮机全部蒸汽进汽阀门、抽汽逆止门等,以使汽轮机安全停机。汽轮机主机保护有:润滑油压低(0。02MaP)真空低(60kaP)跳闸、就地机头手动停机、主控停机按钮停机、DEH停机、轴向位移大跳闸(+l.4mm)、发电机跳闸停机、电超速保护、推力轴承回油温度高跳闸(75℃)、支持轴承金属温度高(95℃)。

  安装调试

  DCS系统于2005年7月5日开始安装,2005年7月20日上电进人调试阶段。1#机组于2005年8月29日首次冲转做各项试验,9月2日1#机组再次开机并网,并于9月24日通过72h满负荷试运。2#机组于2005年1月巧日首次开机做各项试验,12月13日2#机组再次开机并网,并于12月16日通过72h满负荷试运。

  调试步骤

  2005年7月20日系统上电后进人调试阶段,对DCS系统做了如下调试:

  (1)DCS系统接线、接地检查。

  (2)DCS机柜、卡件上电。

  (3)nCS系统nl、no卡件检查,RTn、rC、Al、AO卡件精度校验。

  (4)热工保护信号、辅机、电动门状态、开关信号检查。

  (5)RTD、TC温度信号,模拟量输入,输出信号检查。

  (6)执行器开、关动作及阀位信号检查、调整。

  (7)电动门开、关动作及方向检查、调整。

  (8)锅炉、汽轮机所有试运转。

  (9)锅炉、汽轮机静态联锁、保护试验。

  调试过程中出现的主要技术问题

  (l)在静态试验中,对电动门开、关行程时间进行了记录和修改,以保证电动门在卡涩的情况下,及时中断开、关操作,保护电动门。

  (2)辅机静态凋试主要是记录和修改辅机的启、停脉冲宽度和判断辅机是否正常动作的时间长度。在辅机、电动门静态试验中,及时发现和修改了部分辅机、电动门联锁条件,以满足实际运行要求。

  (3)在执行器静态调试中,发现二次风门、制粉系统等执行器出现振荡。进一步检查发现开环就地控制执行器刹车不良,根据执行器实际动作情况,逐一修正了开关死区,保证执行器不振荡。修改了执行器阀位指令与实际阀位的偏差报警及偏差大于允许偏差一定时间后,将执行器阀位指令跟踪实际阀位。

  (4)在MCS闭环控制系统静态试验中,进行了全部的离线仿真试验,检查了IPD模块动作方向和动作精度,调整了汽锅筒给水大旁路控制、送风机人口挡板控制方案。

  (5)由于3#炉Dcs上汽锅筒水位补偿后值与电接点及就地水位偏差大,为此修改了组态逻辑,将3#炉给水自动设计值,由原上下限(+10,-100)改为(+100,一200)。

  (6)在DCS自动串级控制回路未设计自动跟踪,修改组态回路,实现手/自动无扰切换。

  (7)多个信号选择时,组态逻辑错误。如:两个信号中一个是坏值,逻辑判断后应该选好的;三个信号中若两好一坏,应该选两个好值的平均。但由于组态错误,均选了坏值或与坏值的平均值。另外,风量大小信号信号选择时,应选小值;而温度则应选大值。已修改了组态回路。

  (8)润滑油、磨煤机等温度保护曾因测点瞬间高值使设备多次跳闸,为此在原设计中增加了105延时,滤去瞬间的干扰信号,保证了设备的稳定运行。

  (9)由于设计原因,磨油站电源开关无法实现自动切换,需要运行人员人为合上备用开关,但当主电失去后油泵停运已引起磨跳闸。为此在磨油站故障停机和磨人口油压低保护的组态中,各增加了1805延时,让运行人员恢复磨油站运行。

  应用效果分析

  在电厂中采用DCS系统提高了电厂运行中的自动化控制水平,极大地方便了运行人员的日常操作,同时也达到了节能降耗、减人增效的目的。在事故发生以后还能够提供多种有效的手段,展开事故调查分析,为及时准确地查明事故原因起到了很好的作用。

  减少非计划停机次数

  通过对影响机组运行的关键参数的监控,使设备的运行状态保持平稳,当机组运行工况发生变化时,可以及时地作出反映,避免或减少装置及设备停运造成的不必要的损失

  DCS控制系统在热电站中的应用

  软件编程

  在软件编程中,因为使用的PLC是以前牵伸机配套的PLC,所以硬件组态工作不需要;按照已经分配好的1/0点,根据控制系统的原理,把PLC程序分成12个Network,分别完成各自的控制任务。

  系统调试

  使用iSemens的笔记本电脑通过PLC的DP接口连接,通信方式为PROIFBuS通信;也可以通过PLC的MIP接口连接,通信方式为MIP通信。下装系统的pLC程序,运用SiemensManager软件的在线监控功能,在线监控PLC程序的运行状态,完成系统调试。

  结束语

  我公司现有两条短纤生产线,两条生产线以前使用的都是蒸汽刀牵伸加热控制,考虑到蒸汽波动、加热不稳定等情况,把其中一条生产线改造成水浴槽牵伸加热控制后,主要得到改善的产品指标有:伸长变异数(伸长Cv)改造前统计平均值为巧.67%,改造后统计平均值为7.72%;强度变异数(强度Cv)改造前统计平均值为8.12%,改造后统计平均值为4.03%;同时产品的热收缩率和疵点(直/并丝,C虫,D虫)也有很大的改善。产品的主要技术指标得到改善后,产品的A级收率提高了近4.5个百分点。

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