摘　要：就上海石化熱電總廠熱電二站控制系統(tǒng)的現(xiàn)狀及存在的缺點(diǎn)，提出控制系統(tǒng)改造的方案，表明DCS是電廠控制系統(tǒng)發(fā)展的必然趨勢(shì)．
關(guān)鍵詞：熱電廠；分散型控制系統(tǒng)；改造　　

引　言
　　隨著現(xiàn)代化生產(chǎn)的發(fā)展，DCS（分散型控制系統(tǒng)）的應(yīng)用越來越廣泛．DCS具有技術(shù)先進(jìn)、功能齊全、可靠性高和安全性好等特點(diǎn)，適用于各種規(guī)模的過程控制和管理，可以大大提高經(jīng)濟(jì)效益．隨著DCS的冗余技術(shù)、容錯(cuò)技術(shù)不斷完善，其系統(tǒng)可靠性遠(yuǎn)比常規(guī)儀表控制系統(tǒng)高得多，設(shè)備可利用率高達(dá)99．98％，從而保證生產(chǎn)裝置長期穩(wěn)定運(yùn)行．
　　系統(tǒng)數(shù)據(jù)通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化，可做到資源共享，為企業(yè)計(jì)算機(jī)管理創(chuàng)造了條件．系統(tǒng)硬件、軟件標(biāo)準(zhǔn)化，安裝使用方便，功能擴(kuò)展方便，可節(jié)省人工，節(jié)省備品備件，使維護(hù)工作減少，運(yùn)行費(fèi)用降低．

1　熱控系統(tǒng)的現(xiàn)狀和缺陷
　　熱電二站（燃煤）建于80年代末、90年代初，該站內(nèi)裝有4臺(tái)410t／h鍋爐，一臺(tái)B25背壓機(jī)組，3臺(tái)C50單抽機(jī)組，一臺(tái)CC50雙抽機(jī)組，兩臺(tái)低壓除氧器，5臺(tái)高壓除氧器，給泵等輔助設(shè)備，采用母管制運(yùn)行方式，現(xiàn)有裝機(jī)容量225MW．
　　熱電二站4臺(tái)410t／h工業(yè)鍋爐，均采用了DCS控制技術(shù)．1988年選型，采用的是德國西門子公司的bbbEPRAM M型集散控制系統(tǒng)中的AS235K自動(dòng)子系統(tǒng)，由大連中德控制系統(tǒng)有限公司總承包．在選型之初，限于DCS在國內(nèi)電廠的應(yīng)用水平和實(shí)績（二站是西門子公司DCS產(chǎn)品在中國電廠應(yīng)用的第一家用戶）以及受當(dāng)時(shí)使用外匯的限制，選用的DCS設(shè)備很簡易，對(duì)其功能要求也很簡單，僅是作為常規(guī)儀表的后備監(jiān)控手段來使用．
　　熱電二站采用的ASK235K自動(dòng)子系統(tǒng)，只是DCS中的控制級(jí)，嚴(yán)格地說，AS235K自動(dòng)子系統(tǒng)不能稱之為DCS系統(tǒng)，因而存在一定的先天性缺陷．
　　此外，在熱電二站籌建時(shí)期，DCS在國內(nèi)電廠的應(yīng)用尚未達(dá)到一定的水平和應(yīng)用實(shí)績，國內(nèi)電力規(guī)劃院尚無較完整的DCS設(shè)計(jì)規(guī)范，因此，設(shè)計(jì)院未對(duì)該套DCS作系統(tǒng)設(shè)計(jì)．可以說，AS235K系統(tǒng)是在沒有專業(yè)設(shè)計(jì)院參與的情況下，完全通過用戶與DCS供應(yīng)商直接對(duì)話建立起來的．因?yàn)橛脩襞cDCS供應(yīng)商雙方的局限性，不可避免地造成系統(tǒng)設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)的不完善，致使AS235K系統(tǒng)功能未得到充分開發(fā)．
　　隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，DCS技術(shù)也發(fā)生了日新月異的變化，無論從硬件技術(shù)還是軟件技術(shù)來講，AS235K系統(tǒng)已經(jīng)屬于淘汰產(chǎn)品．從目前了解的信息看，西門子公司已停止生產(chǎn)該系統(tǒng)，這給熱控的維護(hù)工作帶來很多困難，AS235K的淘汰已成為必然趨勢(shì)．
　　熱電二站汽機(jī)部分共裝有一臺(tái)B25背壓機(jī)組，3臺(tái)C50單抽機(jī)組，一臺(tái)CC50雙抽機(jī)組，兩臺(tái)低壓除氧器，5臺(tái)高壓除氧器及給水泵等．熱控控制系統(tǒng)采用國產(chǎn)的電動(dòng)組合儀表，自動(dòng)化水平低，運(yùn)行、維修不方便．汽機(jī)負(fù)荷調(diào)節(jié)采用常規(guī)的液壓控制系統(tǒng)．
　　綜上所述，應(yīng)盡快對(duì)二站熱控系統(tǒng)進(jìn)行改造，選用較先進(jìn)的DCS產(chǎn)品，重新作系統(tǒng)設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)，盡量發(fā)揮計(jì)算機(jī)的優(yōu)勢(shì)，使二站的機(jī)爐控制水平上一個(gè)臺(tái)階．

2　系統(tǒng)改造的方向
2．1　改造原則
2．1．1　系統(tǒng)技術(shù)
　　改造后系統(tǒng)應(yīng)具備管控一體化的DCS技術(shù)基本框架．即系統(tǒng)必須滿足各類現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的采集處理和控制能力的同時(shí)，還能適應(yīng)今后發(fā)展的需要．
　　同時(shí)，系統(tǒng)應(yīng)具有較強(qiáng)的數(shù)據(jù)綜合能力和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，還留有與廠級(jí)生產(chǎn)調(diào)度管理系統(tǒng)的通訊接口，這為今后全廠信息系統(tǒng)的建立、電量競(jìng)價(jià)上網(wǎng)、電力市場(chǎng)開發(fā)提供可持續(xù)發(fā)展的條件．
2．1．2　系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
　　系統(tǒng)應(yīng)具備分期擴(kuò)展且能保持整體先進(jìn)的能力．其基本要求是：第一臺(tái)機(jī)爐DCS改造時(shí)，即能形成上述基本框架．后續(xù)機(jī)組DCS改造時(shí)，能方便地?cái)U(kuò)展和投運(yùn)，且能與原系統(tǒng)融為一體，而又不影響整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行．
　　這就要求選擇一個(gè)有持續(xù)發(fā)展前景的系統(tǒng)，使今后不再有結(jié)構(gòu)性的投入．
2．1．3　工程實(shí)施
　　對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行總體改造方案設(shè)計(jì)，采用一次規(guī)劃、分步實(shí)施的方案，并結(jié)合機(jī)組大修進(jìn)行改造．
2．2　DCS改造后應(yīng)具備的功能
　　DCS改造后控制系統(tǒng)應(yīng)具備MCS（模擬量控制系統(tǒng)）、DAS（數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)）、SCS（順序控制系統(tǒng)）、DEH（汽機(jī)電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)）等功能．控制系統(tǒng)改造完后應(yīng)實(shí)現(xiàn)以CRT為主的電廠控制模式，使熱電二站的控制水平上一個(gè)臺(tái)階，并能夠投入AGC運(yùn)行，以滿足電網(wǎng)調(diào)峰要求．
2．2．1　MCS功能
　　實(shí)現(xiàn)機(jī)組正常工況下的閉環(huán)控制及機(jī)組啟停工況下的分段控制，使機(jī)組各控制參數(shù)達(dá)到最佳
要求．MCS至少具備以下控制功能：
1　汽包水位控制；
2　爐膛負(fù)壓控制；
3　風(fēng)量（送風(fēng)、引風(fēng)、一次風(fēng)壓等）控制；
4　主蒸汽壓力控制；
5　主蒸汽溫度控制；
6　磨煤機(jī)（入口負(fù)壓、出口風(fēng)溫）控制；
7　高加水位控制；
8　除氧器（水位、壓力）控制；
　　9　軸封汽壓控制．
2．2．2　DAS功能
　　整個(gè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)可將機(jī)組的所有運(yùn)行參數(shù)、輸入輸出狀態(tài)、操作信息、異常情況等信息以實(shí)時(shí)的方式提供給操作人員，同時(shí)以各種方式進(jìn)行記錄．
　　實(shí)現(xiàn)機(jī)組安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，一旦機(jī)組發(fā)生任何異常情況，就及時(shí)報(bào)警，以確保機(jī)組安全．整個(gè)數(shù)據(jù)系統(tǒng)包括以下功能：
　　1　CRT顯示，包括操作顯示，成組顯示，棒狀圖顯示，趨勢(shì)顯示，報(bào)警顯示等；
　　2　記錄，包括定期記錄，運(yùn)行人員操作記錄，事故順序記錄，跳閘記錄，操作員記錄，設(shè)備運(yùn)行記錄等；
　　3　歷史數(shù)據(jù)儲(chǔ)存和再現(xiàn)、事故追憶等．
2．2．3　SOE功能
　　事故順序記錄處理器的分辨率應(yīng)小于或等于1ms，采集和處理后的信號(hào)經(jīng)過格式化處理后存入實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫．SOE應(yīng)該有專門的SOE卡來記錄．
2．2．4　SCS功能
　　應(yīng)能滿足機(jī)、爐、給泵、除氧等各自的子功能，具有手動(dòng)（在CRT上操作軟開關(guān)）、自動(dòng)順序控制功能，使設(shè)備按預(yù)定順序自動(dòng)啟停，從而達(dá)到提高自動(dòng)化水平的目的．如：風(fēng)機(jī)、泵、閥門等進(jìn)行操作與監(jiān)視．
2．2．5　DEH功能
　　應(yīng)能自動(dòng)調(diào)節(jié)電負(fù)荷和熱負(fù)荷，能接收自動(dòng)負(fù)荷控制指令，DEH具有在線故障自診斷、OPC超速保護(hù)、監(jiān)視、報(bào)警、追憶和打印等功能．應(yīng)用DEH后能夠投入AGC運(yùn)行，滿足電網(wǎng)調(diào)峰要求，提高機(jī)組整體控制水平．
2．2．6　FSSS功能
　　主要包括爐膛吹掃、主燃料跳閘MTF、首次跳閘原因顯示及追憶、火焰檢測(cè)、油槍管理、火檢探頭冷卻、風(fēng)機(jī)管理、聯(lián)鎖報(bào)警等功能．
2．2．7　SIS功能
　　隨著電力市場(chǎng)逐步開放，競(jìng)價(jià)上網(wǎng)的實(shí)行，對(duì)系統(tǒng)的優(yōu)化控制就顯得越來越重要．如果系統(tǒng)具有優(yōu)化控制功能，系統(tǒng)就可以對(duì)全廠機(jī)組實(shí)時(shí)監(jiān)控和調(diào)度，從而為發(fā)電成本分析、全廠負(fù)荷優(yōu)化分配、成本預(yù)測(cè)和報(bào)價(jià)提供準(zhǔn)確依據(jù)，為企業(yè)降低成本提高經(jīng)濟(jì)效益提供可靠手段．
2．3　DCS改造后的機(jī)組控制方式
　　由原來就地分散控制方式，即設(shè)有鍋爐控制室、汽機(jī)控制室、除氧給水控制室的方式變?yōu)闄C(jī)、爐集中控制的方式，即將機(jī)、爐的控制集中于一個(gè)控制室內(nèi)．
　　采用機(jī)、爐集中控制后，可減少運(yùn)行人員，便于機(jī)、爐間的協(xié)調(diào)管理．
　　改造后的4爐5機(jī)控制設(shè)兩個(gè)機(jī)、爐集中控制室：原1＃、2＃鍋爐控制室改造為1＃、2＃爐及0＃、1＃、2＃機(jī)控制室．原3＃、4＃鍋爐控制室改造為3＃、4＃爐及3＃、4＃機(jī)控制室．原0＃、1＃、2＃、3＃、4＃汽機(jī)控制室改造為相應(yīng)的汽機(jī)熱控裝置室．
2．4　DCS改造后的控制室布置
　　原鍋爐熱工控制室和輔助盤平面位置不變，拆除1＃、2＃鍋爐控制操作盤、臺(tái)，用于布置1＃、2＃鍋爐，0＃、1＃、2＃汽機(jī)控制盤及DCS操作員站．
　　改造原電源切換盤及配電箱室，將原盤拆除，布置DCS機(jī)柜和工程師站，將原盤箱移至新設(shè)的UPS小室內(nèi)或就地布置．
拆除配電箱墻，與輔助盤合為一室．
　　除氧給水系統(tǒng)控制室按原設(shè)計(jì)，單獨(dú)設(shè)置于控制室內(nèi)，并保持原位置不變，其中1＃、4＃、0＃、1＃機(jī)控制室平面布置圖如圖1所示．
2．5　4爐5機(jī)DCS組態(tài)
　　從機(jī)組安全運(yùn)行出發(fā)，為確保熱負(fù)荷供給，每臺(tái)鍋爐、汽機(jī)及除氧給水的控制系統(tǒng)就應(yīng)自成系統(tǒng)，獨(dú)立進(jìn)行控制．各系統(tǒng)信息可共享，DCS留有全廠監(jiān)控信息管理（SIS）的接口．

　　發(fā)電機(jī)線圈、鐵芯溫度，汽機(jī)缸壁溫度可采用遠(yuǎn)程I／O，其他重要參數(shù)均進(jìn)DCS機(jī)柜．見圖2．

　　上海新華控制工程有限公司提供的XDPS－400分散控制系統(tǒng)，通過高速實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)分別對(duì)鍋爐、汽機(jī)、除氧給水系統(tǒng)進(jìn)行控制，通過以太網(wǎng)與其他信息網(wǎng)絡(luò)連接，從而完成了對(duì)生產(chǎn)過程的控制、測(cè)量，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)管理信息一體化．
　　霍尼韋爾有限公司提供一體化方案的開放體系（TPS），將4爐5機(jī)的信息和控制有效結(jié)合起來，使全廠的生產(chǎn)管理、過程控制和信息系統(tǒng)統(tǒng)一成一個(gè)整體．見圖3．
　　圖3中，采用2套TPS系統(tǒng)，分別實(shí)現(xiàn)對(duì)1?！?＃鍋爐和0＃～4＃汽機(jī)的控制（包括0?！?＃汽機(jī)的DEH）、除氧給水系統(tǒng)控制．至于采用哪套方案，要根據(jù)設(shè)備的價(jià)格性能比及投資的額度來確定．

3　結(jié)論與建議
　　1　熱電二站進(jìn)行4爐5機(jī)DCS改造后，將提高機(jī)組的自動(dòng)化控制水平及機(jī)組的運(yùn)行效率，降低控制系統(tǒng)的故障率，使機(jī)組的可利用率大大提高，為熱電二站的安全、可靠、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行提供了保障，同時(shí)可減少操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度和工作量，為企業(yè)實(shí)現(xiàn)減員增效創(chuàng)造條件，因此，本改造工程是必要的、可行的，也是經(jīng)濟(jì)的．
　　2　由于熱電二站的送風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)均采用離心風(fēng)機(jī)，風(fēng)量調(diào)節(jié)利用進(jìn)口導(dǎo)向擋板，調(diào)節(jié)效果差、精度低、運(yùn)行效率低，特別在鍋爐低負(fù)荷時(shí)尤為明顯，建議增加液力藕合器，以提高風(fēng)機(jī)運(yùn)行效率及調(diào)節(jié)精度和靈敏度，以便于與燃燒自動(dòng)控制相匹配，進(jìn)一步提高機(jī)組運(yùn)行效率，降低廠用電量．
　　3　進(jìn)一步落實(shí)原有的重要調(diào)節(jié)閥及執(zhí)行機(jī)構(gòu)，以確保其調(diào)節(jié)精度、調(diào)節(jié)速度與DCS控制要求相匹配．
　　4　配合DCS系統(tǒng)改造的電氣設(shè)備（指開關(guān)設(shè)備等）已使用多年，由于DCS的功能較全、運(yùn)行速度快，有可能出現(xiàn)這樣的情況：由操作人員在DCS操作鍵盤上發(fā)出某輔機(jī)分、合閘的指令后，要經(jīng)過“較長”時(shí)間才能在CRT上反映出指令是否完成的信息．


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