自备电厂DCS一体化控制应用

自备电厂DCS一体化控制应用

张涛

（中粮生物化学（安徽）股份有限公司233010）

摘要：近年来，随着国产DCS逐步的发展和提高，在技术性能上成熟可靠，功能齐全完备，在国内发电厂单元机组及辅助系统的控制上已得到了广泛的应用。同时DCS价格的持续降低，DCS的控制范围已经扩展到了常规使用的可编程逻辑控制器（PLC）进行控制，替代电厂制水、输煤、输灰（渣）等辅助车间的PLC控制方式，全厂实现DCS一体化控制成为未来发展趋势。本文以新建自备电厂并已投产的工程为实例，对该工程全厂DCS一体化控制的特点及应用经验做介绍。

关键词：DCS；自备电厂；一体化控制

DCS是分散控制系统（DistributedControlSystem）的简称，国内一般习惯称为集散控制系统。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（Computer）、通讯（Communication）、显示（CRT）和控制（Control）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、组态方便。电厂DCS一体化控制就是机炉电、化水、输煤（灰渣）烟气净化处理系统的主要设备由DCS一个平台控制。

1工程概况

我公司实施“退市进园”异地迁建生物化工产业园项目配套自备热电厂，总体规划建设四炉三机。一期建设两炉一机：2台260t/h高温高压循环流化床锅炉和1台25MW背压式汽轮发电机组及其配套设施，锅炉由泰安锅炉厂供货，汽机和发电机由青岛捷能汽轮机集团股份有限公司供货。本工程采用机、炉、电及辅助车间集中控制方式，以分散控制系统DCS作为机组监视和控制的核心，构成一套完整的自动化控制系统，实现全厂DCS一体化控制系统，并于2018年4月建成投产并网发电。

2DCS特点：

2.1高可靠性

由于DCS将系统控制功能分散在各台计算机上实现，系统结构采用容错设计，某一台计算机出现的故障不会导致系统其它功能的丧失。各台计算机所承担的任务比较单一，可以针对需要实现的功能采用具有特定结构和软件的专用计算机，从而使系统可靠性也得到提高。

2.2开放性

DCS采用开放式、标准化、模块化和系列化设计，系统中各台计算机采用局域网方式通信，实现信息传输，当需要改变或扩充系统功能时，可将新增计算机方便地连入系统通信网络或从网络中卸下，几乎不影响系统其他计算机的工作。

2.3灵活性

通过组态软件根据不同的流程应用对象进行软硬件组态，即确定测量与控制信号及相互间连接关系、从控制算法库选择适用的控制规律以及从图形库调用基本图形组成所需的各种监控和报警画面，从而方便地构成所需的控制系统。

2.4易于维护

具有维护简单、方便的特点，当某一局部或某个计算机出现故障时，可以在不影响整个系统运行的情况下在线更换，迅速排除故障。

2.5功能齐全完备

控制功能齐全控制算法丰富，集连续控制、顺序控制和批处理控制于一体，可实现串级、前馈、解耦、自适应和预测控制等先进控制，并可方便地加入所需的特殊控制算法。

3控制系统配置

3.1全厂控制系统结构

DCS为杭州和利时自动化有限公司提供的HOLLiASMACS-K系列硬件和MACSV6软件组成系统，汽机数字电液控制系统DEH（DigitalElectro-HydraulicControlSystem）、汽机紧急跳闸系统ETS（EmergencyTripSystem）及化水、除灰、输煤控制系统均采用与DCS一致的硬件和软件。

HOLLiASMACS-K系统的网络架构由三部分组成，从上到下依次为管理网（MNET）、系统网（SNET）、控制网（CNET）。其中系统网和控制网都是冗余配置，管理网为可选网络。

3.2系统配置

本工程包括：锅炉、汽机、化水、输煤（渣）、尾气处理、ETS、DEH及公共系统等辅助设施。采用中央控制室（CCR）和现场机柜室（FAR）分离设置的方式。生产装置、公用工程及辅助设施的操作站设置在中央控制室，控制站设置在相应的现场机柜室。现场仪表信号通过电缆连接到现场机柜室，从现场机柜室到中央控制室的信号传输采用光缆，见控制系统结构图。操作管理人员在中央控制室完成生产装置的操作、控制、监测、报警及报表等工作。

3.3I/0点及系统配置

本工程I／O点数为8400点（不含备用点），具体配置下表。主机DCS（含DEH、ETS）机柜布置在主厂房机炉电子设备间，共配置了10对处理器控制单元。辅助车间远程站机柜布置在相应车间的电子设备间或电气配电间，每个远程站配置一对控制器。机组集中控制室内布置有13台操作员站，供机组以及辅助车间使用。机炉电子设备间设置一面DCS电源柜，为电子设备间的DCS机柜和集控室的工作站供电，MFT专用跳闸板布置于电源柜内。辅助车间远程站自带UPS电源，所有的机柜和工作站均为双回路供电。

DCSI/0统计表

3.4锅炉控制系统

锅炉控制系统应由若干子系统组成，这些子系统应协调运行；使锅炉能灵敏、安全、快速与稳定地运行，保证在任何工况下，生产出满足机组负荷指令所要求的蒸汽能量。包括以下几方面控制：给煤控制、二次风量控制、风门挡板控制、一次风压力控制、炉膛压力控制、主蒸汽温度控制、再热汽温控制、锅炉给水控制、给水泵再循环控制、空气预热器冷端平均温度控制、燃油控制、除氧器水位和压力控制。

锅炉主控应将机组负荷指令以可靠、先进的方式转化为对锅炉燃料和风量的控制，并宜具有以下特点：为加快燃料量对负荷变化的响应，信号回路宜有速率可调的“加速”功能；燃料量指令宜按可供的风量来限制燃料量，以保证燃料量决不高于风量；风量指令宜按送入锅炉的总燃料量来设定风量，以保证风量不低于燃料量；燃料指令可根据运行的给煤数量进行修正，并可根据燃料的不同发热量进行校正。

3.5汽机数字电液控制系统/汽机紧急跳闸系统

汽机数字电液控制系统（DEH）的液压部分由汽机厂配套供应，控制部分采用与DCS一致的硬件和软件。DEH作为DCS的一个站直接挂在DCS主干网上，实现了与DCS的无缝连接。汽机紧急跳闸系统（ETS）采用与DCS一致的硬件和软件，随DCS供货。ETS做为DCS的一个站直接挂在DCS主干网上。ETS采用专用逻辑保护卡完成硬件逻辑的遮断逻辑判断，配合遮断电磁阀、转速传感器等完成汽机危急停机保护功能。ETS功能是靠硬件实现的，响应快速、可靠，动作速度V<20ms。ETS设置有一对冗余控制器。所有进人ETS的信号和ETS输出的信号都可以在操作员站的LCD上显示，并实现SOE事件记录。

3.6辅助车间控制系统

辅助车间包括锅炉补给水处理系统、水汽取样及炉内加药系统、循环冷却水处理系统、气力除灰系统、布袋除尘系统、机械除渣系统、循环水泵房系统、燃油系统、压缩空气系统、输煤系统，根据车间的位置分布采用不同的控制方式。

水汽取样及炉内加药系统采用硬接线方式直接接人布置于机组机炉电子设备间的主机DCS系统。布袋除尘器由设备厂家自带PLC控制系统，以PROFIBUS-DP通信方式接入DCS。所有的远程站均采用与主机DCS一致的硬件，通过冗余光缆接人DCS主干网。

4结束语

本工程在实施前通过相关与国内知名DCS厂家进行交流及相关用户调查了解，确定DCS一体化控制方案。实现控制系统软硬件统一，减少了备品备件种类，简化了运行人员的培训；全厂的操作员站集中控制室操控，实现机、炉、电集中控制，用工少，达到了减员增效的目的；由于全厂采用DCS一体化控制和国产控制系统的应用，整体投资较以往混合控制方式投资较少并为今后全厂DCS一体化控制的设计、建设提供借鉴。

作者简介：

张涛，1976-8，男，汉，出生地：安徽省凤阳县，职称：电气及自动化仪表工程师，职位：电气及自动化仪表主任，研究方向：主要从事工业变配电及自动化控制技术的管理和应用研究。