20160308-基于FCS系统的大型火电机组外水网一键制水的设计1.doc

基于FCS系统的大型火电机组外水网一键制水的设计田爽1， 曾卫东1，宋美艳11. 西安热工研究院有限公司，陕西 西安 710032摘 要传统外水网系统控制常采用独立且分散的控制方式，经常由于操作的复杂出现制水系统的中断。采用一键制水集中控制后可以大大降低运行人员误操作的可能性及减少设备因误操作而增加的损耗。本文在现场总线控制系统的基础上，依托于总线设备丰富的设备信息，设计出完整的一键制水控制逻辑，实现了外水网四个分系统的一键自动控制。在经过调试后，一键制水逻辑的采用取得了良好的效果，利用设备的总线信息丰富了设备的联锁保护方式，为总线信息的二次开发利用开创了新的方向。二次开发利用总线信息是未来火电机组FCS控制系统发展的方向。关 键 词现场总线；一键制水；外水网中图分类号 文献标识码AThe design of one to water In thermal power plant of external water FCS system.TIAN Shuang1, ZENG Weidong1, SONG Meiyan11. Xian Thermal Power Research Institute Co.,Ltd.,Xian 710032Abstract: The traditional external water system control independent and decentralized control method is often used, often due to complex operations appear water system interruption. The possibility of using a one to system to control the operation of water and reduce the possibility of operation and reduce the loss due to incorrect operation. Based on the FCS control system, which is based on the device information of the device bus rich, complete a key water control logic, the realization of the external network of four sub-systems: a key to automatic control. After debugging, a key water logic used to obtain the good effect, the device bus information rich equipment interlocking protection, for the secondary development of bus information use to create a new direction. The two development and utilization of bus information is the future development of FCS control system of thermal power units.Key words: Feid bus,one to water,external water system收稿日期：作者简介：田爽（1982-），男，硕士，工程师，自动化E-mail：1. 2、传统火电机组外水网的设计协议的设计与应用大型火电机组辅控主要包含了，水网、灰网、输煤系统、脱硫等1。其中水网控制系统包含了内水网及外水网两部分。外水网中涵盖了：原水预处理，超滤水处理、反渗透水处理、离子除盐四个子系统2。内水网主要是指的是精处理及汽水取样两个子系统。火电厂传统的外水网制水常采用独立且分散的控制，由于外水网控制系统中四部分子系统为一个连续的工艺过程，在这个连续的过程中任何一个环节出现操作失误都会导致制水过程的中断。为了避免制水过程的意外中断，所以在外水网工艺设计中会设计大量的水箱来作为缓冲，大大增加了火电厂外水网建设的投资及占地面积。并且这种控制模式由于使用较多的运行人员，且加上各系统间联系不方便，会有管理困难、制水效率低且设备易损坏的缺点。2. 2、在主辅一体化趋势下FCS平台的外水网控制系统协议的设计与应用近年来，在火电厂主辅一体化DCS系统2的基础上，出现了以现场总线为通讯协议的最新的FCS系统。通过现场总线通讯协议3，大大丰富了设备的信息量和通讯速率。为外水网四个子系统的合并联合控制提供了物理基础。以某大型火电厂外水网典型工艺为例，FCS控制系统采取EMERSON公司的OVATION系统4。外水网中气动阀门选用了进口品牌FESTO的Profibus-DP总线协议的气动阀岛，电机选用了江苏金智Profibus-DP总线协议的马孔控制器、变送器选用了FF总线协议的进口品牌罗斯蒙特3051变送器。外水网剩余分析仪表等设备均采用了Profibus+FF的现场总线级设备5。外水网的工艺流程如下图：图表1：火电厂外水网工艺3. 2、总线设备的大量采用，为一键制水提供了基础协议的设计与应用由外水网的工艺上可以看出，外水网制除盐水的过程是一个联系紧密的连续的过程6。一旦中间任何一个环节出现了设备故障，都会造成所有制水工艺流程中断。一键制水的实现必须依赖于设备本身的可靠性及报警信息的丰富、及时、准确。过去由于传统的外水网控制系统设备的信息采集主要是依靠硬接线方式，在不大量增加投资的情况下这也就势必造成了设备的信息量不够丰富。而大量总线设备的采用为一键制水的实现打破了瓶颈，下面以江苏金智总线型的马达控制器为例：图表2：马达控制器数据列表从数据列表中可以看出，通过总线型马达控制器我们可以得到电机的启停次数、合闸次数、保护跳闸次数及电机运行时间等信息7。通过采集到的这些信息，我们根据优化经验公式，可以在下位程序中对公用的几台设备做出设备健康等级判断8，以次来作为公用设备启动优先级的判断依据。这样不但减轻了运行及检修人员的工作量并且使一键制水逻辑的自动选择公用设备启动数量变成了现实。4. 2、一键制水的逻辑设计协议的设计与应用火电厂的制水为一个连续的9，紧密的工艺流程。从下面的流程图设计中我们可以看到，原水预处理，超滤水处理、反渗透水处理、离子除盐这四个子系统，每启动一个子系统前，都需要确保出水方向的设备已经打开，保证水路的畅通。在这个流程中设计中作者也考虑到了制水系统的连续性，增加了4个关键性的一级断点及相关的保护点，当这流程进行到这四个一级断点的时候进行判断，一旦发现设备故障或者失败的时候，立刻结束整个流程并关闭相应的设备。12344.1 基本功能块设计设备驱动级是位于整个FCS控制系统最底层的标准功能块，与受控设备一一对应10。上位运行人员的手动指令或程控程序的自动指令通过设备驱动级发送到就地设备，同时设备驱动级会根据现场设备的实际反馈形成对设备实际状态的判断。需要指出的是，设备驱动级是分两种操作模式的，分别是自动和手动两种。通常在设备正常运行的时候才允许驱动级切换为自动模式，如果设备发生故障则强制切换为手动模式。4.2 顺序控制块设计 顺序控制模块是构建功能组或子功能组的基本模块，其完成某一指定过程的顺序控制11。顺序控制模块包括手动控制方式和自动控制方式，在顺序控制正常时可投入自动控制方式，否则自动切换为手动控制方式。当手动复位或自动复位步序时，顺序控制为手动控制方式。在手动控制方式下，如果当前步的条件全部满足，顺序控制块则认为当前步成功，将会自动进入下一步。并且在手动方式下可以进行跳步操作，即不判断任何当前步的条件，直接进入下一步，顺序控制块直接发出下一步的指令。在自动控制方式下，若设备起动允许条件满足，手动起动或自动起动会使顺序控制模块按照步序一步一步执行起动功能。在步序执行过程中，可进行跳步操作，跳步使程序在不等待当前步反馈条件满足的情况下直接发出下一步指令。如果在规定的时间内，当前步的成功信号不反馈回顺序控制块，则认为顺控失败。这时候顺序功能块将会强制切换为手动模式，此时顺控功能块将会停止，由检修人员处理故障，故障处理完成后由检修人员执行故障复位操作。复位操作后顺序功能块将进入初始化状态。4.3 一键制水流程断点设计第一个断点：设置在原水预处理子系统12工艺流程的结束位置，反应沉淀池及双室过滤器分别有一个启动的子顺序控制程序，当反应沉淀池及双室过滤器步序程序成功启动并完成后，认为原水预处理系统成功投运，则一键制水主顺序控制程序进入超滤水处理部分。如果不成功则终止主一键制水主步序，关闭相应设备。第二个断点：由于超滤装置为膜式处理法13设备，超滤膜不能收到高压及大流量水流的冲击，是整个制水系统比较脆弱的设备。所以在超滤水处理工艺流程的结束位置设置断点，超滤装置一共四套，每套超滤装置分别有一个启动的子顺序控制程序，当超滤设备的启动步序程序成功完成后，并且根据超滤投运的套数成功启动了超滤给水泵后，认为超滤装置投运成功，则一键制水主步序程序进入反渗透水处理部分。如果不成功则终止主一键制水主步序，关闭相应设备。第三个断点：由于一级反渗透为膜式处理法设备14，且一级反渗透配置有6KV的高压泵，是整个制水系统中唯一的高压设备。所以在一级反渗透工艺流程的结束位置设置断点，一级反渗透装置一共两套，每套反渗透装置分别有一个启动的子顺序控制程序，当反渗透设备的启动步序程序成功完成后，并且根据反渗透投运的套数成功启动了反渗透给水泵后，认为反渗透装置投运成功。如果不成功则终止主一键制水主步序，关闭相应设备。第四个断点：由于二级反渗透为膜式处理法15设备，且是海水转变为淡水的关键性设备，所以在二级反渗透工艺流程的结束位置设置断点，二级反渗透装置一共两套，每套反渗透装置分别有一个启动的子顺序控制程序，当二级反渗透设备的启动步序程序完成并且联启所对应的给水泵后，认为反渗透装置投运成功。则一键制水主步序程序进入离子除盐水处理部分如果不成功则终止主一键制水主步序，关闭相应设备。由于篇幅关系，无法在本文中阐述所有的保护点。在实际应用中，总线型变送器、分析仪表、马达控制器16等设备会输送大量的信息来做为工程人员的保护判据，而这些保护点会很好的确保整个一键制水程序的顺利运行。图表 3一键制水逻辑流程图5. 结束语在经过调试后，采用了一键制水的某大型火电机组的化学运行人员工作量大大降低，并且避免了在制水设备投运初期的误操作的可能。而全自动制水及无运行人员值守是未来外水网程序优化的终极目标。在外水网工艺流程图中可以看到，外水网设备存在大量的反洗工艺。反洗工艺的存在，使得外水网工艺流程在日常使用中并不是仅仅是单向的，在很多时候制出的合格水都需要反向冲洗。这就大大增加了外水网全自动制水程序设计的复杂性。要实现这个目标，还需要深度挖掘总线型设备信息量大，响应速度快的特点。把保护及PID调节工作下放到智能设备本体去完成，这样才能确保在复杂工艺流程中，成套设备的安全、稳定的全自动运行。参 考 文 献1 贠小波，王存毅DCS系统在电厂水系统中的应用J技术纵横，2008，9：39-40YUN Xiaobo,WANG Cunyi. Application of DCS system in power plant water systemJ. Technical Aspect,2008,9:39-40(in Chinese).2 解莉探析水处理技术在火电厂的应用J中国新技术新产品，2014，12：133-134XIE Li. The application of water treatment technology in thermal power plant J.ChinaNewTechnologiesandProducs, 2014,12:133-134(in Chinese).3 何波丽，李胜旺PROFIBUSDP现场总线通信协议J河北工业科技，2009，9：349-351He Bo Li,Li Sheng Wang. Profibus-DP fieldbus communication protocol.J. Hebei Journal of Industrial Science and Technology,2009,9: 349-351 (in Chinese).4 崔逸群，景效国现场总线控制系统在1000MW机组辅控车间的应用J，热力发电，2011,3:36CUI Yiqun,JING Xiaoguo. APPLICATION OF FIELD BUS CONTROL SYSTEM IN SUBCONTROL WORKSHOP OF 1 000 MW UNTISJ. Thermal Power Generation, 2011, 3:36(in Chinese).5 田爽，郝伟，宋美艳等华电莱州电厂基于FF和Profibus现场总线的水网控制系统J，热力发电，2013,1:91TIAN Shuang,HAO Wei.FF and Profibus bus technology based water network control system for Laizhou Power Plant of China Huadian CorporationJ.ThermalPowerGeneration,2011,1:36 (in Chinese).6 马玉敏现场总线技术在火电厂的应用J华电技术，2010，5：40-41MA Yumin. Application of fieldbus technology in thermal power plantJ. Huadian Technology,2010,5:40-413:36.7 王新顺自动控制系统在除盐水生产中的应用J中国仪器仪表，2012，11：23-24WANG Xinshun. Application of automatic control system in the production of demineralized waterJ. Chinese Instruments,2012,11:23-24 (in Chinese).8 李晋，朱强强大型机电设备健康状态评估方法研究J工况自动化，2015，1：6-9Li Jin,Zhu Qiang Qiang. J.Research health status evaluation method for large electromechanical equipment,2015,1:6-9 (in Chinese).9 郝仙庭FCS是工业控制系统的发展趋势J仪器仪表与分析监测，2004，2：1HAO Xianting. FCS is the development trend of industrial control systemsJ. Instruments and Analysis monitoring,2004,2:16(in Chinese).10 曾文南，桑永福机组自启停系统的逻辑设计分析J，热力发电，2012,6:77ZENG Wennan,SONG Yongfu. Analysis of the logical design of the unit since the start-stop systemJ, Thermal Power Generation,2004,6:7711 刘勇，陆晓敏，庞国仲DCS中的顺序控制组态系统J，微计算机信息，1997,13:24Liu Yong,Lu Xiao Min,Pang Guo Zhong. A Sequence Control Configuration System of DCSJ, Control & Automation,1997,13:2412 葛超原水预处理系统的应用与研究J，科技信息，2011,35:33Ge Chao. Application and research of raw water pretreatment systemJScienc