珠江电厂一号机组DCS的改造

1、珠江电厂一号机组 DCS 的改造Retrofit of the DCS for Unit 1of Zhujiang Power Plant高启繁 (广州发展油品公司 , 番禺 511458摘 要 简述珠江电厂 1#机组 DC S 改造的主要内容、 设备变更的情况 , 对改造前后控制系统的性能进行了分析 , 指出存在问题 , 提出 了改进意见。关键词 集散型控制系统 火电机组 改造方案 效果分析A bstract The major contents and equip ment chan ges of the retrofit of DC S for u ni t 1of Zhujiang p

2、ower plant are descri bed in bri ef. The performances of the control sys tem s before and after the retrofit are analyzed. The existi ng p roblems are stated and the i mproving meas ures are recom mended. Key w ords Distri buted control sys tem Fossil fuel power unit Retrofit strategy Analysis on ef

3、fectiveness珠江电厂 1#机组为 300MW 火电机组 , 投产于 1993年 3月 , 至 2001年 2月已运行 8年。这期间 , 机组 进行过两次大修 , 热工设备没有进行过大的改动。原热 控设计考虑了当自动控制系统失灵时需人工手动控制的 需要 , 设计比较保守落后 , 几乎所有重要的控制都保留了 手操功能 ; 使用的常规仪表较多 , 许多与 DAS 重复设置 ; 热控设备厂家多而杂 , 系统间均采用硬接线连接 , 不利 于系统间的数据共享 , 严重制约协调控制性能的提高 , 难于实现大范围变负荷快速调峰时的机组自动协调控制 以及机组的自起停控制功能。由于各个厂家的设备质量 参

4、差不齐 , 维护量大、 维护、 检修费用高 , 加之设置了较多 的常规仪表和手操设备 , 增加了人员误操作带来的安全 隐患。随着自动控制系统的日趋发展和企业对经济效益 和安全运行的要求不断提高 , 原来的控制设备已不能满 足电力市场竞争以及创建国际一流电厂的需要。1改造前的热工设备配置情况原设计安装的仪表及控制系统有 :美国西屋公司 WDPF 系统 (含 D AS 、 CCS 等 ; 美国福尼公司的 AFS-1000系统 (B MS-FSSS ; 上海新华公司的 DEH 和 MEH 系统 ; 瑞士苏而寿公司的 A V 6系统 (旁路控制 ; 上海电 气自动化研究所的 E TS 系统 ; 美国本

5、特利公司的 TSI-3300汽轮机监控系统 ; 锅炉继电器控制柜 BRC; 汽机继 电器控制柜 TRC; 锅炉定排、 吹灰、 空预器漏风、 锅炉除 灰、 排渣、 凝汽器胶球清洗、 给水泵最小流量阀等程控装 置 ; 汽机、 锅炉就地还配有近 30套基地调节仪 ; 仪表主 要有 UR-180记录仪 20台、 数字显示仪 6台、 电接点水 位计 6台、 智能温度巡回检测报警仪 11台、 单针指示仪 63台、 架装仪表柜 (配电器、 温度变送器、 报警给定器 等 ; B TG 盘上配置有常规仪表、 AN N 报警光字牌、 LI M 手操器 , 风机、 制粉系统、 水泵、 汽机疏水等系统手操控 制按钮

6、, 另外还有 ETS 、 锅炉电磁释放阀、 汽包事故放水 门 , A/B 小机、 旁路等控制系统手操器 ; 以及主机手动紧 急打闸按钮等设备。具体设备列于表 1。表 11#机组 DCS 改造前热工设备配置情况设备名称 设备配置 (数量 WD PF 系统 机柜 (14、 操 作员站 (4 、 工 程师站 (1 、 历 史数据存储站 (1 、 记录站 (1 、 VAX 机接口站 以及打印机等BMS 系统 机柜 (3 、 操作员站 (2 、 直接跳闸板 (1 DEH 、 MEH 系统机柜 (9 、 操作员站 (1 、 手操盘 (2旁路控制系统 机柜 (1 、 手操盘 (1ETS 系统 机柜 (1 、

7、 手操盘 (1TSI 系统 主机组件 (2 、 小机组件 (2BR C (锅 炉 继电器控制柜 机柜 (6 (常规继电器控制 TRC (汽 机 继电器控制柜 机柜 (8 (常规继电器控制 BTG 盘 机柜 (3 、 常 规仪 表 (106 台 /套、 LIM 手操 器 (39 、 TSI 组件 (4 、 ETS 手 操器 (1 、 小机手 操器 (2 、 机 组直接跳闸盘 (1 、 旁路控制手操 器 (1 、 风机振动指示报警仪 (6 、 ANN 报警组 件和后备手操按钮以及信号灯若 干个架装仪表盘 机柜 (3 (配电器、 温变、 报警给定器 就 地 程 控 柜(含锅炉吹灰、 除灰、 空预器漏

8、风、A/B 小 机、 给 泵最 小 流量 阀、 凝汽器胶球清洗控制等 机柜和 PLC(8套 、 常 规继电器控制设备若 干个5自动化仪表 6第 25卷第 1期 2004年 1月A 1, Jan. ,续 表设 备名称 设备配置及数量基 地调节仪 29套锅 炉定排控制柜机柜 1伺 服放大器盘 机柜 1计 算机接口继电器 盘机柜 1热 控电源柜 UPS4、 APS 42控制系统改造方案珠江电厂 1#机组 DCS 改造范围包括 DAS 、 CCS(含 AGC 、 BMS 、 SCS(含定排、 连排、 吹灰、 空预器漏风、 胶球 清洗等控制 、 ECS(电气 D AS 及电气控制 、 ETS 、 DEH

9、 、 MEH 、 TSI 等。本次改造 , 原来机组的控制策略保持不变 , 就地控 制设备基本保持不变。拆除上述原有的独立控制装置 和 DCS 。改造设备采用新华公司生产的 XDPS-400硬 件的 210版本的应用软件。机组新的控制系统所覆盖 的子系统均采用一体化的软硬件 , 所有的 DPU 和 MMI 都采用相同的硬件配置和软件平台 , 均具有数据采集、 连续控制和逻辑控制等功能。各子系统中同类型的 I/ O 点均采用相同的 I/O 卡件 , 所有人机界面站 (包括操 作员站、 工程师站、 历史数据站 均采用相同的硬件配 置和软件平台 , 系统采用同一图形组态软件 , 子系统之 间无网关连

10、接 , 直接挂接在同一数据高速公路上 , 所有 数据共享。控制界面为中文显示 , 便于操作人员监视 和维修人员修改组态。DCS 改造要求系统达到机组程控分阶段启停水 平 , 通过 AUS(auto unit sequence 顺控系统 , 根据机组不 同工况 (冷态、 热态、 极热态 采用相同的顺序控制逻 辑 , 实现从系统清洗、 锅炉上水、 建立风烟、 锅炉点火、 给水旁路和主路互相切换、 单冲量和三冲量的互相切 换、 汽机自动冲转升速、 阀切换自动并网带负荷、 厂用 电切换、 小机自启停、 高低加自投入等自动控制。 改造后 , 单元控制室内取消原电子控制盘、 BTG 盘 原有的操作员站和光

11、字牌报警系统 , 布置大屏幕显示 器及新操作员站 , 火焰电视和水位电视采用纯平彩色 CR T 独立显示。电接点水位计信号直接进入 DCS 在 CR T 上显示。大屏幕具有操作员站所有画面显示功能 , 包括流 程图、 趋势图和报警窗等 , 还可以显示炉膛火焰、 汽包 水位等。在大屏幕旁保留了以下硬接线操作按钮 , 以确保 在紧急情况下采用人工干预机组运行状态 :¹紧急停机按钮 ;º电动给水泵启动按钮 ;»汽包事故放水门操作按钮 ;¼电磁释放阀操作按钮 ;½直流油泵启动按钮 ;¾空侧直流油泵启动按钮 ;¿氢侧直流油泵启动按钮

12、;ÀA 小机脱扣按钮 ;ÁB 小机脱扣按钮。DCS 通过以太网与 MIS 系统相连 , DCS 所有侧点 都可以送进 MIS 系统。将原有 36套基地调节仪纳入 DCS, 拆除就地调节 仪 , 将原有气动阀门定位器改为电 /气阀门定位器 , 增 加测温元件 7支 , 压力差压变送器 8台。取消原定排、 连排、 吹灰、 空预器漏风、 胶球清洗等 专用程控装置 , 纳入 DCS 的 SCS 系统。取消原常规仪表 UR-180记录仪、 数显仪表、 电 接点水位计、 智能温度巡回检测报警仪、 单针指示仪、 架装仪表柜 (配电器、 温度变送器、 报警给定器等 , 数 据直接由 D A

13、S 系统采集。新 DCS 的硬件总共装设 18对冗余的 DP U 用于过 程监控 , DP U 的分配为 :DEH 中 2个、 MEH 中 2个、 CCS 及 D AS 中 5个、 BMS 中 2个、 SCS 中 4个、 ECS 中 2个、 I -DAS 中 1个 , 其中 DEH 、 MEH 、 BMS 、 ECS 系统 DP U 为双 BC 板配置 , 另外系统配置了 26台远程前端 (I DAS 用 于温度信号采集 , 通过一独立的 DP U 与 DCS 通信 , ETS 系统采用 SIEMENS 的 S7系列 PLC 完成。DPU 之间采用以太网联接 , 分为 A, B 及 C 三个

14、网 :其中 A 、 B 网用于实时控制 , C 网用于各 MMI 站之 间的文件传递。系统配置一个电源分配柜 :20个 I/O 端子柜 (其 中 DEH 中 2个、 MEH 中 1个、 D AS 及 CCS 中 5个、 BMS 中 3个、 SCS 中 5个、 BOP 中 2个、 ECS 中 2个 ; 3个扩 展继电器柜 (ECS 中 1个、 SCS 及 BMS 中 2个 ; 1个火 检放大器柜 ; 2个电磁阀配电柜 ; 1个隔离继电器柜 ; 1个 ETS 控制柜 ; 系统还配置了 13个机柜用于原系统接 线端子的转接以及部分仪表 (TSI 、 ID AS 、 电接点水位计 转换器以及风机振动保

15、护仪等 的安装。系统配置了 9台 MMI 站 , 包括 6台操作员站、 2台 工程师站、 1台历史数据站。 MMI 站配置 21英寸纯平 CR T, 其中 2台操作员站配置 84英寸背投式大屏幕显 示器 , 大屏幕旁安装炉膛火焰电视和汽包水位电视 , 下 方设置 10个紧急停机后备按钮。所有设备的操作全 珠江电厂一号机组 DCS 的改造 高启繁部通过 CR T 上的软手操完成。系统配置一台接口计 算机用于 DCS 与 MIS 系统联接通信。系统实际配置的 I/O 点数如表 2所示。表 21#机组 DC S 改造 I/O 配置数量AI420mA TC R TDA O DI D O PI DEH

16、15848322422010815 MEH 30006884016 DAS/CCS 408224160883201120 B MS 480007043200 SCS 1600813128320 ECS 17601604622048 ID AS 02272930000小计 83649950112631061616393改造后的效果分析本次改造后 , 系统在技术性能上较好地达到了技 术协议的要求 , 机组开机以来 , 经过电厂和新华控制工 程有限公司人员的调试、 改进和完善 , 整套系统已能投 入正常运行 , 各项技术指标基本达到设计要求。DCS 的功能全部投入正常 , 数据采集更加快捷、 准 确

17、 , 并实现了全系统数据共享 ; 同时 , 所有上网点都可 以记录并通过 MIS 系统实现远方监视、 数据统计分析、 报表打印等功能。CCS 系统设置自动调节 100套 , 现在投入 99套 , 投 入率 99%, 调节品质通过 3个月的调试和不断完善 , 已 基本达到技术协议要求 , 比以前的系统调节品质有所 提高 ; 汽包水位控制正常 , 在负荷较稳定时控制偏差小 于 30mm, 5%负荷变化率时偏差小于 50mm, 满足控制 要求 ; 炉膛负压和一次风压力调节品质较好 , 抗扰动能 力较强。机炉协调控制效果也较好。过热器、 再热汽 温度控制尚可 , 偏差小于 10e ; 再热汽温度调节、

18、 汽封 温度调节、 闭式水压力调节等调节品质还需改善 ; 电厂 和新华控制工程有限公司人员还在分阶段进行调试和 改进。主要自动调节试验数据列于表 3。表 3自动调节试验数据表负荷 变化范围 195250MW 实际偏差协议允许偏 差规程 允许 偏 差负荷 实际变化率 2%MCR2%MCR主汽 压力 -0. 3MPa, 0. 4M Pa ? 0. 3Mpa ? 0. 3MPa 炉膛 负压 -63Pa, +34Pa ? 100Pa ? 200Pa 氧量 -0. 8%? 1. 0%? 0. 7%一次 风压力 -0. 25k Pa, +0. 15kPa汽包 水位 -30mm, +60mm ? 20mm

19、? 40mm 过热 汽温度 -9e ? 5e ? 8e续 表负荷变化范围195250MW实际偏差协议允许偏 差规程允许 偏 差 再热汽温度 -7e ? 5e ? 10e除氧器水位 +10mm凝汽器水位 +41mmDEH 和 MEH 系统功能试验正常 , 阀门切换试验、 阀门松动试验、 一次调频试验均正常 , DEH 从开机、 挂 闸、 冲转、 升速、 带负荷以及甩荷试验正常 , 超速试验也 正常。BMS 系统运行正常 , 油枪投退自如 , 火检正常。 MFT/OFT 联锁、 保护动作可靠。机、 炉、 电大联锁回路试验正常 , 动作可靠。锅炉 跳汽机、 发电机 ; 发电机跳锅炉、 汽机以及汽机跳

20、锅炉、 发电机试验均动作正常可靠 ; MF T 联跳风机、 制粉系统 正常 , 联跳小机后电泵联动也正常。ETS 系统各连锁保护均投运正常 , 动作可靠。紧 急手动按钮操作试验正常。SCS 分为 TSCS 、 BSCS 和 BOP 三大部分 , 系统经过 调试和改进完善已基本达到技术协议的要求。汽机主 机与辅机之间的联锁保护、 辅机之间的启停连锁、 辅机 的启停条件等试验均正常可靠。锅炉空预器、 风机、 制 粉系统、 燃油系统联锁正常可靠 , 通过改造 , 控制性能 和可靠性比原来常规继电器控制有明显提高。锅炉吹 灰、 空预器漏风、 定排、 给水泵最小流量阀等控制回路 试验合格 , 动作正确可

21、靠。BPC 旁路系统试验正常 , 油泵联动正常。原来的基地调节仪改为 CCS 控制后调节正常、 稳 定。4存在的问题和改进建议¹DEH 、 MEH 系统的仿真系统使用不方便 , 建议 改为外接式仿真器。ºCCS/DAS 系统机柜中 I/O 点的容量设置太密 集 , 机柜内端子排以及电缆布置太密集 , 转接端子太 多 , 不便于检修 , 建议系统增加 2台机柜 , 各台机柜的 I/O 点数统筹考虑 , 并留有今后增加扩充的余地。 »SCS 系统 DP U13、 DPU17D 端子柜内电缆和接线 端子太多 , 建议增加 12台机柜。¼各 DPU 机柜内无电源

22、状态监视点和机柜温度 检测点 , 电磁阀配电柜内无电源及开关状态监视点 , 继 电器扩展柜内无电源监视点 , 建议相应增加。½DP U 中所用的 DOC 存储器容易在 DP U 停、 送 电或文件拷贝时损坏。5自动化仪表 6第 25卷第 1期 2004年 1月A 1, Jan. ,¾上网点的逻辑查找只能在某个已打开的 DP U 逻辑中进行 , 不能直接查找出引用该点的所有的 DP U 号 , 另外 DP U 引用该上网点时查找不出来。¿A 、 B 小机在转速大于 4000r/min 时 , 两个测 速通道偏差较大 , 转速大于 5000r/min 时 , 测量误差

23、 大。ÀETS 保护的切投状态与保护切投操作应增加 历史记录功能。ÁSCS 控制的所有设备所处的手动 /自动状态应 增加历史记录功能 , 便于故障查询和事故分析。一些 重要的程控应有模拟试验功能。收稿日期 :2003-01-22。作者高启繁 , 男 , 1964年生 , 1987年毕业于福州大学 , 工程师 。辊道窑现场总线计算机控制系统Field Bus Computerized Control System of Roller Conveyer Stove王 嵩 吴 刚 薛美盛 张培仁 孙德敏 (中国科学技术大学自动化系 , 合肥 2300270引言在陶瓷制造工艺过程中

24、烧成是最重要的工序 , 与 产品质量密切相关 , 占用总能耗的 60%70%。陶瓷 的烧成是将成形后的生坯在一定条件下进行热处理 , 经过一系列物理化学变化 , 得到具有一定矿物组成和 显微结构、 达到所要求的理化性能指标的成坯。烧成 对温度高低、 温度变化快慢、 不同阶段的气氛等都有严 格的要求。烧成设备为窑炉 , 辊道窑代表了当前窑炉 的先进水平 , 广泛应用于建筑、 卫生和日用陶瓷行业。 辊道窑是一种连续窑 , 具有工艺先进、 设计合理、 易操 作、 易维修等优点 , 它用许多平行排列的不停转动的辊 棒构成辊道 , 陶瓷坯件在辊道上被带动从窑头通过窑 炉炉体至窑尾 , 经过预热、 烧成、 冷却 , 最后出窑。辊道 窑控制系统的发展 , 历经了 20世纪 60年代模拟仪表 时期、 80年代数字仪表时期以及 90年代的 DCS 时期。 国内现有辊道窑大多控制水平低 , 产品类型少 , 质量波 动大 , 生产能耗高 , 经济效益差。引入先进控制技术可 以降低成本 , 保证质量 , 提高经济效益。1工艺简介广东某