论文部分内容阅读
摘要：本文通过对国投昔阳安平发电厂主辅DCS的I/O点数的设置、控制器的配置、功能等控制方面的介绍，提出了主机DCS和辅助车间DCS一体化设计带来的优点。
关键词：PLC；控制器DPU；DCS一体化；I/O信号
Abstract: This paper introduced SDIC in Xiyang Aeka Power Plant main and auxiliary DCS I / O points install, the controller configuration, function and control, bring the advantages of the integrated design between host DCS and auxiliary workshops DCS.Key words: PLC; controller DPU,; the DCS integration; the I / O signals
中图分类号：TM62 文献标识码：A文章编号：2095-2104（2012）
前 言
伴随着厂网分开，竞价上网体制的形成，各电厂减员增效，提高自动化水平势在必行。
许多新建工程为了提高控制水平，消除自动化“孤岛现象”，实现全厂控制系统一体化，进行了大胆的尝试。过去大多数电厂的控制方案为：主厂房单元机组及公用系统采用DCS控制，辅助车间采用PLC控制。国投昔阳安平发电厂不仅主厂房控制系统采用DCS控制，而且辅助车间也采用DCS控制。
1 国投昔阳安平电厂简介
1.1主厂房工艺系统概况
安平电厂建设规模为2×150MW直接空冷凝汽式汽轮发电机组，配2×480t/h循环流化床锅炉，发电机为自并励静止励磁、定子空外冷，转子空内冷冷却汽轮发电机。
热力系统采用单元制。
回热系统：一次再热与二级高压加热器,一级除氧器和三级低压加器组成六级回热系统，各级加热器疏水逐级自流。
给水系统：配置2台容量100%的电动调速给水泵。其中一台运行，一台备用。
旁路系统：配有30%BMCR高、低压两级串联旁路系统。
燃烧系统：燃烧系统又分为给煤系统、石灰石粉给料系统、启动床料给料系统、一次风系统、二次风系统、流化风系统、启动燃烧器/点火油系统。给煤系统采用采用四点炉后给煤方式。石灰石粉给料系统由石灰石粉库通过一套输送泵连续向锅炉炉膛输送石灰石粉，石灰石粉输送方式采用正压气力输送系统。启动床料给料系统是通过斗提输送机把启动床料送至锅炉的，启动床料加入燃烧室布风板上。输送气源为压缩空气。
1.2輔助车间工艺系统概况
安平电厂化水部分辅助车间工艺系统有锅炉补给水处理系统、化学加药及汽水取样系统、工业废水处理系统、辅机循环水处理系统、生活污水处理系统、综合水泵房等系统。
其它辅助车间工艺系统有除灰系统、布袋除尘系统、全厂配气中心、除渣系统、辅机循环水系统、燃油泵房、石灰石输送等系统。
2 主厂房DCS控制系统简介
2.1主机DCS控制方式及控制功能
安平电厂采用炉、机、电集中控制方式，集控室采用“两机一控”方案。
两台单元机组的控制分别由2套DCS系统实现，公用辅助系统采用1套公用DCS系统进行监视和控制。公用DCS系统分别与两台单元机组的DCS系统通讯。在两台单元机组DCS中均可对接入公用网的系统进行监视和控制，同时具有相互闭锁功能，即在任何时候只能由一台单元机组的DCS进行控制。接入DCS公用网的系统包括：
—辅机循环水泵房
—燃油泵房
—电气公用厂用电系统（包括公用厂用电源系统、启动/备用电源系统、照明电源系统、直流和UPS系统等）
每台单元机组设置5台操作员站、1台工程师站、1台历史站，DCS公共网络不设置专用操作员站，公共网络的监控应可在单元机组操作员站完成。
主机DCS功能包括：
（1）模拟量控制系统（MCS ）
（2）顺序控制系统（SCS）
（3）锅炉炉膛安全监控系统（FSSS）
（4）汽机数字电液控制系统（DEH）
（5）汽轮机旁路控制系统（BPS）
（6）空冷凝汽器控制系统（ACC）
2.2主机DCS的I/O点数及控制器DPU配置
主机DCS的I/O信号数量如下：
1)单元机组I/O信号：
2)公用系统I/O信号：
3) 辅机循环水泵房远程控制站I/O信号：
4) 燃油泵房远程控制站I/O信号：
主机DCS的控制器DPU数量为：单元机组27对，公用系统及远程站6对。
单元机组DPU的具体配置如下： DEH 2对、ETS 1对、电气2对、空冷4对、汽机旁路及疏水1对、主汽高低加除氧1对、凝结水及油系统2对、汽机FCS柜1对、给水系统2对、减温水系统1对、FSSS 2对、引风系统2对、一次风系统2对、二次风系统2对、除渣及石灰石输送系统2对。
公用系统及远程站DPU的具体配置如下：公用系统3对、燃油泵房远程站1对、辅机循环水泵房远程站2对。
3 辅助车间控制系统简介
3.1化水部分各车间DCS控制方式及控制范围
化水部分辅助车间控制系统有锅炉补给水处理控制系统、化学加药及汽水取样控制系统、工业废水处理控制系统、辅机循环水处理控制系统、生活污水处理控制系统、综合水泵房控制系统，各车间DCS机柜放置于本车间控制室内，通过光纤＋交换机将各车间控制系统连接起来，就地不设操作员站，只预留笔记本电脑通讯接口供调试、检修、事故时使用。化水监控点设在锅炉补给水处理控制室内，设置3台化水系统网络操作员站（其中1台兼工程师站）及水系统网络服务器，通过化水系统网络操作员站对锅炉补给水处理系统、化学加药及汽水取样系统、工业废水处理系统、生活污水处理系统、辅机循环水处理系统、综合水泵房等系统进行集中监视控制,实现对化水系统网络各车间内的泵、阀门、仪表、专用装置等设备的监测、报警、控制和打印。
3.2化水部分各车间DCS的I/O点数及控制器DPU配置
化水部分各车间DCS的I/O信号数量如下：
化水部分各车间DPU的具体配置如下： 补给水处理控制系统 2对、工业废水处理控制系统 2对、化学加药及汽水取样控制系统 1对、辅机循环水处理控制系统 1对、生活污水处理控制系统 1对、综合水泵房控制系统 1对。
3.3灰网部分辅助车间DCS控制方式及控制范围
灰网部分辅助车间控制系统有除灰控制系统、布袋除尘控制系统、全厂配气中心控制系统，各车间DCS机柜放置于除灰综合楼电子设备内，电子间内设一台灰网临时操作员站,供调试、检修、事故时使用。2台灰网操作员站设在主厂房集中控制室内，其中一台可做工程师站。正常情况下，灰网操作员站对除灰系统、布袋除尘系统、全厂配气中心等整个系统进行集中监视、管理、自动顺序控制及闭环控制，并可实现全自动、远方软手操作及就地操作三种控制方式。
3.4灰网部分各车间DCS的I/O点数及控制器DPU配置
灰网部分各车间DCS的I/O信号数量如下：
除灰控制系统I/O信号：
灰网部分各车间DPU的具体配置如下： 除灰控制系统 2对、布袋除尘控制系统 2对、全厂配气中心控制系统 1对。
4 全厂控制系统网络配置
主机DCS采用光纤冗余环网结构，该网络结构具备可靠性高、抗干扰能力和容错能力强等优点。单元机组DCS环网和公用系统DCS环网通过冗余的交换机进行通讯。环网中数据的传输是单方向的，当网络中某一段出现故障时，网络能自动重新配置并继续通讯，不会造成数据的丢失。即使整个网络故障，各过程控制单元也能独立工作。
由于辅助车间地理位置分散，化水网络和灰网都采用星网拓扑结构，星网具备扩展容易，故障容易检测和隔离等优点。化水网络或灰网设置两台冗余的主交换机，通过50／62.5UM多模光纤或超5类屏蔽双绞线STP将分散在就地各车间的分支交换机连接起来，构成100M冗余的主干网络。
5 结束语
由于DCS具有操作管理集中控制分散、软件功能丰富组态灵活、可靠性高等优点，目前新建电厂主机组控制系统几乎无一例外地采用DCS 控制，而辅助车间的控制绝大部分采用PLC＋上位机来实现。国投昔阳安平发电厂在主机组DCS和辅助车间的控制方面进行了大胆的革新设计，主机组和辅助车间的控制系统采用统一的DCS硬件和软件，如汽机DEH和ETS采用和主机DCS统一的的硬件和软件，汽机旁路BPS和锅炉定排纳入主机DCS控制，锅炉吹灰程控采用和主机DCS统一的硬件和软件。
DCS主辅一体化带来的优点：
一、安平发电厂主机DCS和辅助车间DCS统一招标，大大地降低了DCS的费用。
二、由于主辅控制系统采用统一的硬件和软件，减轻了热控维护人员学习多种软件的负担，更能集中精力精通DCS的软硬件，维护好机组的运行。几乎所有的控制对象都进入DCS，运行人员通过统一人机接口及时全面监视全部工况，进行远控，把他们从繁琐的仪表、开关、按钮中解放出来，监视操作简单、可靠。
三、热工人员可随时完成逻辑修改和参数设定，大大提高了热工人员设备维护效率、方便和加快了控制系统的调试。
四、同时减少了控制系统备品卡件的数量和种类，节约了维护成本。
五、软硬件统一减少了通讯接口，增强了系统的整体性和可靠性，更好地实现信息的共享。统一的主辅人机接口见面形式和打印输出形式，如模拟图显示、操作显示、成组显示、棒状图显示、趋势显示、报警显示、制表记录等。
安平电厂从投产到现在，各项指标都达到了设计值，受到了用户的好评。
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
关键词：PLC；控制器DPU；DCS一体化；I/O信号
Abstract: This paper introduced SDIC in Xiyang Aeka Power Plant main and auxiliary DCS I / O points install, the controller configuration, function and control, bring the advantages of the integrated design between host DCS and auxiliary workshops DCS.Key words: PLC; controller DPU,; the DCS integration; the I / O signals
中图分类号：TM62 文献标识码：A文章编号：2095-2104（2012）
前 言
伴随着厂网分开，竞价上网体制的形成，各电厂减员增效，提高自动化水平势在必行。
许多新建工程为了提高控制水平，消除自动化“孤岛现象”，实现全厂控制系统一体化，进行了大胆的尝试。过去大多数电厂的控制方案为：主厂房单元机组及公用系统采用DCS控制，辅助车间采用PLC控制。国投昔阳安平发电厂不仅主厂房控制系统采用DCS控制，而且辅助车间也采用DCS控制。
1 国投昔阳安平电厂简介
1.1主厂房工艺系统概况
安平电厂建设规模为2×150MW直接空冷凝汽式汽轮发电机组，配2×480t/h循环流化床锅炉，发电机为自并励静止励磁、定子空外冷，转子空内冷冷却汽轮发电机。
热力系统采用单元制。
回热系统：一次再热与二级高压加热器,一级除氧器和三级低压加器组成六级回热系统，各级加热器疏水逐级自流。
给水系统：配置2台容量100%的电动调速给水泵。其中一台运行，一台备用。
旁路系统：配有30%BMCR高、低压两级串联旁路系统。
燃烧系统：燃烧系统又分为给煤系统、石灰石粉给料系统、启动床料给料系统、一次风系统、二次风系统、流化风系统、启动燃烧器/点火油系统。给煤系统采用采用四点炉后给煤方式。石灰石粉给料系统由石灰石粉库通过一套输送泵连续向锅炉炉膛输送石灰石粉，石灰石粉输送方式采用正压气力输送系统。启动床料给料系统是通过斗提输送机把启动床料送至锅炉的，启动床料加入燃烧室布风板上。输送气源为压缩空气。
1.2輔助车间工艺系统概况
安平电厂化水部分辅助车间工艺系统有锅炉补给水处理系统、化学加药及汽水取样系统、工业废水处理系统、辅机循环水处理系统、生活污水处理系统、综合水泵房等系统。
其它辅助车间工艺系统有除灰系统、布袋除尘系统、全厂配气中心、除渣系统、辅机循环水系统、燃油泵房、石灰石输送等系统。
2 主厂房DCS控制系统简介
2.1主机DCS控制方式及控制功能
安平电厂采用炉、机、电集中控制方式，集控室采用“两机一控”方案。
两台单元机组的控制分别由2套DCS系统实现，公用辅助系统采用1套公用DCS系统进行监视和控制。公用DCS系统分别与两台单元机组的DCS系统通讯。在两台单元机组DCS中均可对接入公用网的系统进行监视和控制，同时具有相互闭锁功能，即在任何时候只能由一台单元机组的DCS进行控制。接入DCS公用网的系统包括：
—辅机循环水泵房
—燃油泵房
—电气公用厂用电系统（包括公用厂用电源系统、启动/备用电源系统、照明电源系统、直流和UPS系统等）
每台单元机组设置5台操作员站、1台工程师站、1台历史站，DCS公共网络不设置专用操作员站，公共网络的监控应可在单元机组操作员站完成。
主机DCS功能包括：
（1）模拟量控制系统（MCS ）
（2）顺序控制系统（SCS）
（3）锅炉炉膛安全监控系统（FSSS）
（4）汽机数字电液控制系统（DEH）
（5）汽轮机旁路控制系统（BPS）
（6）空冷凝汽器控制系统（ACC）
2.2主机DCS的I/O点数及控制器DPU配置
主机DCS的I/O信号数量如下：
1)单元机组I/O信号：
2)公用系统I/O信号：
3) 辅机循环水泵房远程控制站I/O信号：
4) 燃油泵房远程控制站I/O信号：
主机DCS的控制器DPU数量为：单元机组27对，公用系统及远程站6对。
单元机组DPU的具体配置如下： DEH 2对、ETS 1对、电气2对、空冷4对、汽机旁路及疏水1对、主汽高低加除氧1对、凝结水及油系统2对、汽机FCS柜1对、给水系统2对、减温水系统1对、FSSS 2对、引风系统2对、一次风系统2对、二次风系统2对、除渣及石灰石输送系统2对。
公用系统及远程站DPU的具体配置如下：公用系统3对、燃油泵房远程站1对、辅机循环水泵房远程站2对。
3 辅助车间控制系统简介
3.1化水部分各车间DCS控制方式及控制范围
化水部分辅助车间控制系统有锅炉补给水处理控制系统、化学加药及汽水取样控制系统、工业废水处理控制系统、辅机循环水处理控制系统、生活污水处理控制系统、综合水泵房控制系统，各车间DCS机柜放置于本车间控制室内，通过光纤＋交换机将各车间控制系统连接起来，就地不设操作员站，只预留笔记本电脑通讯接口供调试、检修、事故时使用。化水监控点设在锅炉补给水处理控制室内，设置3台化水系统网络操作员站（其中1台兼工程师站）及水系统网络服务器，通过化水系统网络操作员站对锅炉补给水处理系统、化学加药及汽水取样系统、工业废水处理系统、生活污水处理系统、辅机循环水处理系统、综合水泵房等系统进行集中监视控制,实现对化水系统网络各车间内的泵、阀门、仪表、专用装置等设备的监测、报警、控制和打印。
3.2化水部分各车间DCS的I/O点数及控制器DPU配置
化水部分各车间DCS的I/O信号数量如下：
化水部分各车间DPU的具体配置如下： 补给水处理控制系统 2对、工业废水处理控制系统 2对、化学加药及汽水取样控制系统 1对、辅机循环水处理控制系统 1对、生活污水处理控制系统 1对、综合水泵房控制系统 1对。
3.3灰网部分辅助车间DCS控制方式及控制范围
灰网部分辅助车间控制系统有除灰控制系统、布袋除尘控制系统、全厂配气中心控制系统，各车间DCS机柜放置于除灰综合楼电子设备内，电子间内设一台灰网临时操作员站,供调试、检修、事故时使用。2台灰网操作员站设在主厂房集中控制室内，其中一台可做工程师站。正常情况下，灰网操作员站对除灰系统、布袋除尘系统、全厂配气中心等整个系统进行集中监视、管理、自动顺序控制及闭环控制，并可实现全自动、远方软手操作及就地操作三种控制方式。
3.4灰网部分各车间DCS的I/O点数及控制器DPU配置
灰网部分各车间DCS的I/O信号数量如下：
除灰控制系统I/O信号：
灰网部分各车间DPU的具体配置如下： 除灰控制系统 2对、布袋除尘控制系统 2对、全厂配气中心控制系统 1对。
4 全厂控制系统网络配置
主机DCS采用光纤冗余环网结构，该网络结构具备可靠性高、抗干扰能力和容错能力强等优点。单元机组DCS环网和公用系统DCS环网通过冗余的交换机进行通讯。环网中数据的传输是单方向的，当网络中某一段出现故障时，网络能自动重新配置并继续通讯，不会造成数据的丢失。即使整个网络故障，各过程控制单元也能独立工作。
由于辅助车间地理位置分散，化水网络和灰网都采用星网拓扑结构，星网具备扩展容易，故障容易检测和隔离等优点。化水网络或灰网设置两台冗余的主交换机，通过50／62.5UM多模光纤或超5类屏蔽双绞线STP将分散在就地各车间的分支交换机连接起来，构成100M冗余的主干网络。
5 结束语
由于DCS具有操作管理集中控制分散、软件功能丰富组态灵活、可靠性高等优点，目前新建电厂主机组控制系统几乎无一例外地采用DCS 控制，而辅助车间的控制绝大部分采用PLC＋上位机来实现。国投昔阳安平发电厂在主机组DCS和辅助车间的控制方面进行了大胆的革新设计，主机组和辅助车间的控制系统采用统一的DCS硬件和软件，如汽机DEH和ETS采用和主机DCS统一的的硬件和软件，汽机旁路BPS和锅炉定排纳入主机DCS控制，锅炉吹灰程控采用和主机DCS统一的硬件和软件。
DCS主辅一体化带来的优点：
一、安平发电厂主机DCS和辅助车间DCS统一招标，大大地降低了DCS的费用。
二、由于主辅控制系统采用统一的硬件和软件，减轻了热控维护人员学习多种软件的负担，更能集中精力精通DCS的软硬件，维护好机组的运行。几乎所有的控制对象都进入DCS，运行人员通过统一人机接口及时全面监视全部工况，进行远控，把他们从繁琐的仪表、开关、按钮中解放出来，监视操作简单、可靠。
三、热工人员可随时完成逻辑修改和参数设定，大大提高了热工人员设备维护效率、方便和加快了控制系统的调试。
四、同时减少了控制系统备品卡件的数量和种类，节约了维护成本。
五、软硬件统一减少了通讯接口，增强了系统的整体性和可靠性，更好地实现信息的共享。统一的主辅人机接口见面形式和打印输出形式，如模拟图显示、操作显示、成组显示、棒状图显示、趋势显示、报警显示、制表记录等。
安平电厂从投产到现在，各项指标都达到了设计值，受到了用户的好评。
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。