冷熱電聯(lián)供機組工程輔助車間集中控制系統(tǒng)方案的研究
當(dāng)今大型火電機組爐、機、電的運行管理水平已經(jīng)日趨成熟，以下是小編搜集整理的一篇探究冷熱電聯(lián)供機組工程輔助車間集中控制系統(tǒng)方案的論文范文，歡迎閱讀參考。
摘要：近年來，隨著現(xiàn)代計算機網(wǎng)絡(luò)的不斷發(fā)展、應(yīng)用以及運行人員對電廠輔助系統(tǒng)工藝、控制理論認(rèn)識的不斷提高，借助計算機通訊網(wǎng)絡(luò)，從工藝設(shè)計的合理性、控制設(shè)備選型的正確性方面著手，實現(xiàn)對全廠輔助車間相對集中監(jiān)控及系統(tǒng)的自動運行已完全成為可能。本文主要介紹內(nèi)蒙古科右中熱電廠的輔助車間聯(lián)網(wǎng)控制方案，可供工程中參考和借鑒。
【關(guān)鍵詞】輔助車間 控制方案
當(dāng)今大型火電機組爐、機、電的運行管理水平已經(jīng)日趨成熟，可以做到爐、機、電集中監(jiān)控，但是輔助車間仍有許多的電廠還在沿用水、煤、灰三個監(jiān)控點。這就與提高全廠運行、管理水平、減員增效的理念相違背。所以各投資方越來越重視輔助車間控制系統(tǒng)的規(guī)劃。所以設(shè)立輔助車間集中監(jiān)控系統(tǒng)已經(jīng)成為一種趨勢。
1 輔助車間的監(jiān)控范圍
(1)水系統(tǒng)：包括鍋爐補給水、凝結(jié)水精處理、化學(xué)加藥和汽水取樣、工業(yè)廢水處理、煤水處理室、雨水泵房及生活污水處理站、綜合水泵房、工業(yè)回收水泵房、含油廢水處理室、復(fù)用水泵房。
(2)輸煤系統(tǒng)：包括卸煤、儲煤場、碎煤機、煤倉間、皮帶運轉(zhuǎn)層設(shè)備等和燃油泵房。
(3)灰渣系統(tǒng)：包括除灰渣、電袋除塵、煙氣脫硫、全廠配氣中心系統(tǒng)。
2 輔助車間集中監(jiān)控系統(tǒng)的規(guī)劃
京能盛樂是新建電廠，新建2臺350MW機組。考慮到一臺機組投產(chǎn)以后的經(jīng)濟效益，所以設(shè)置輔助車間集中監(jiān)控系統(tǒng)，以達(dá)到減員增效的目的。
2.1 輔控網(wǎng)上層系統(tǒng)配置
(1)3臺操作員站;
(2)1臺工程師站;
(3)1臺歷史數(shù)據(jù)站;
(4)1臺SIS接口工作站;
(5)2臺互為熱備的冗余服務(wù)器;
2.2 輔助車間監(jiān)控點的設(shè)置
輔助車間控制系統(tǒng)主要分水系統(tǒng)、輸煤、除灰渣(包含脫硫)三個子系統(tǒng)，整個系統(tǒng)設(shè)一個集中操作點，三個后備操作點。集中操作點、網(wǎng)絡(luò)及操作設(shè)備設(shè)在主廠房集控室，輔網(wǎng)工程師站布置在主廠房工程師室。三個后備操作點設(shè)在三個子系統(tǒng)主設(shè)備附近，分別為水系統(tǒng)后備操作點、輸煤后備操作點、除灰渣及脫硫后備操作點，作為前期系統(tǒng)調(diào)試、檢修和事故處理用。在輔助車間運行成熟后取消水、煤、灰的臨時監(jiān)控點。達(dá)到全廠輔助車間集中監(jiān)控。
2.2.1輔助車間控制系統(tǒng)方案
所有輔助車間設(shè)置1套獨立的冗余控制網(wǎng)絡(luò)，考慮輔助車間布置的分散性，輔助車間采用星形網(wǎng)絡(luò)。預(yù)留與SIS系統(tǒng)通訊接口，控制系統(tǒng)采用杭州和利時的DCS控制系統(tǒng)。整個輔網(wǎng)BOP-DCS的可利用率至少為99.9%。全廠輔助車間控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)配置詳見附圖。
2.2.2水、煤、灰臨時監(jiān)控點系統(tǒng)配置
(1)水系統(tǒng)。
a. 2臺操作員站。
b. 2臺互為熱備的冗余服務(wù)器。
(2)煤系統(tǒng)。
a. 2臺操作員站。
b. 2臺互為熱備的冗余服務(wù)器。
(3)灰系統(tǒng)。
a. 1臺操作員站。
b. 2臺互為熱備的冗余服務(wù)器。
c. 3臺操作員站(脫硫)。
d. 2臺互為熱備的冗余服務(wù)器(脫硫)。
2.2.3 灰系統(tǒng)控制系統(tǒng)設(shè)計原則及技術(shù)要求
灰系統(tǒng)(包含除灰、除渣、電袋除塵、全廠配氣中心、脫硫)的臨時監(jiān)控在除灰綜合控制樓4.10m控制室，電子設(shè)備間設(shè)在綜合控制樓4.10m層，脫硫系統(tǒng)在就地區(qū)域設(shè)電子設(shè)備間，除灰、除渣、全廠配氣中心的控制機柜統(tǒng)一布置在綜合控制樓內(nèi)電子設(shè)備間內(nèi)。
灰網(wǎng)控制系統(tǒng)能對除灰系統(tǒng)、除渣系統(tǒng)、電袋除塵系統(tǒng)、脫硫系統(tǒng)、全廠配氣中心進行集中監(jiān)視、管理、自動順序控制及閉環(huán)控制，并可實現(xiàn)全自動、遠(yuǎn)方軟手操作及就地操作三種控制方式。
LCD操作員站作為主要的人機接口方式，通過 LCD畫面、鍵盤和鼠標(biāo)對過程進行監(jiān)視和控制，不設(shè)置常規(guī)的儀表盤及模擬屏。所有運行參數(shù)及報警信息均通過打印機進行記錄并制表。
2.2.4 水系統(tǒng)控制系統(tǒng)設(shè)計原則及技術(shù)要求
水系統(tǒng)的臨時監(jiān)控在鍋爐補給水處理車間0m控制室，鍋爐補給水系統(tǒng)控制機柜布置在控制室單獨隔開的設(shè)備間內(nèi)。工業(yè)廢水處理(含復(fù)用水泵房)、含煤廢水、含油廢水、汽水取樣及化學(xué)加藥、凝結(jié)水精處理系統(tǒng)的控制采用遠(yuǎn)程控制站，機柜在本車間電子設(shè)備間內(nèi)。水系統(tǒng)其他輔助車間(包括工業(yè)回收水泵房、綜合水泵房、雨水及生活污水處理室)采用遠(yuǎn)程I/O機柜，在水系統(tǒng)操作員站上統(tǒng)一監(jiān)控。
水系統(tǒng)控制系統(tǒng)能對鍋爐補給水處理、工業(yè)廢水(包含復(fù)用水泵房)、凝結(jié)水精處理、汽水取樣及化學(xué)加藥、工業(yè)回收水泵房、含油廢水系統(tǒng)、含煤廢水處理、綜合水泵房(含生活消防水系統(tǒng))、雨水及生活污水處理系統(tǒng)進行集中監(jiān)視、管理、自動順序控制及閉環(huán)控制，并可實現(xiàn)全自動、遠(yuǎn)方軟手操作及就地操作三種控制方式。
LCD操作員站作為主要的人機接口方式，通過 LCD畫面、鍵盤和鼠標(biāo)對過程進行監(jiān)視和控制，不設(shè)置常規(guī)的儀表盤及模擬屏。所有運行參數(shù)及報警信息均能通過打印機進行記錄并制表。
2.2.5 電除塵系統(tǒng)控制
電袋除塵采用微機控制和本體清灰系統(tǒng)采用PLC控制+LCD畫面顯示，集中控制系統(tǒng)包括高、低壓設(shè)備的運行控制，振打控制，電加熱器的恒溫控制，電機振打最優(yōu)化控制，布袋除塵系統(tǒng)控制等。程控系統(tǒng)為一閉環(huán)控制系統(tǒng)，除塵系統(tǒng)能在除塵控制室進行集中控制。高壓直流供電裝置和低壓供電裝置的自動控制采用微機控制，布袋裝置采用可編程序控制器(PLC)。程序控制系統(tǒng)符合常規(guī)程控系統(tǒng)配置要求。除塵工藝中的基本過程控制功能在PLC完成，優(yōu)化控制功能和過程管理功能在上位監(jiān)控機完成，具備停電后自恢復(fù)功能。
輔助車間集中監(jiān)控系統(tǒng)與電袋除塵PLC控制系統(tǒng)進行冗余的通訊。使電袋除塵能夠在除灰綜合樓控制室和主廠房集中控制使內(nèi)對電袋除塵進行監(jiān)控。 2.2.6 輸煤系統(tǒng)控制
輸煤車間的環(huán)境較為惡劣，運行中過程量偏多。輸煤控制系統(tǒng)要完成以下操作：上煤程控、配煤程控、系統(tǒng)監(jiān)測管理、事故報警、事故自診斷、煤量統(tǒng)計、報表打印、供電系統(tǒng)監(jiān)控等。
(1)程控設(shè)備的布置與安裝。輸煤綜合樓設(shè)主控室，室內(nèi)布置監(jiān)控臺與調(diào)度臺，兩者合為一體，其上放置兩臺上位機及工業(yè)電視控制主機等。控制臺上另設(shè)緊急停機事故按鈕。打印機放在側(cè)面的專用臺上。
程控設(shè)備如發(fā)生故障，BOP-DCS通過語音報警裝置通知操作員。
輸煤程控系統(tǒng)負(fù)責(zé)與翻車機、斗輪機遙控設(shè)備調(diào)度端、葉輪給煤機載波控制系統(tǒng)硬件接口部分及上位機端控制軟件的編制工作，須滿足將遙控部分與本系統(tǒng)融合成一完整系統(tǒng)的要求。
(2)輸煤系統(tǒng)保護信號類型。
a. 機械保護：拉繩、跑偏、打滑、煤流、堵煤、撕裂。
b. 電氣保護：過流、過負(fù)荷、控制電源故障、電源消失(電源開關(guān)跳閘)。
(3)系統(tǒng)性能要求。
a. 輸煤控制系統(tǒng)具有遠(yuǎn)方自動、手動控制和就地控制能力的完整的集成系統(tǒng)，能可靠、高效率和安全運行，并提供系統(tǒng)運行必需的聯(lián)鎖、調(diào)節(jié)控制、運行程序、監(jiān)控和報警。
b. 輸煤控制系統(tǒng)設(shè)計留有擴建的余度，并使擴建設(shè)計時對原設(shè)計修改最少。
c. 主要功能的控制、報警、監(jiān)控和保護按功能和實際情況進行最大限度的分隔，以保證一個功能的故障不會導(dǎo)致其他功能的故障或失效。注意保護系統(tǒng)的獨立性以保證人身和設(shè)備安全。
d. 對系統(tǒng)的設(shè)備和它們的輔助設(shè)施建立功能組控制等級，以便允許運行人員在某些傳感元件、元件或設(shè)備故障時，能選擇較低的自動化程序，避免整個過程控制的喪失。
�、賳我还收喜划a(chǎn)生整個控制系統(tǒng)故障。
�、谌魏喂收喜粫䦟�(dǎo)致輸煤保護系統(tǒng)誤操作或喪失保護功能。
③系統(tǒng)塊的控制功能組的布置使任一塊的故障僅使總的系統(tǒng)控制降低。這種降低可由人工干預(yù)予以補償。
�、芸刂葡到y(tǒng)考慮足夠的冗余度。
e. 中間繼電器的最低動作電壓在其額定工作電壓的30%和70%之間。
f. 在輸煤控制室內(nèi)的(LCD)上設(shè)置聲卡和音箱，用于非正常狀況的語音報警。還將語音報警信號接入廣播呼叫系統(tǒng)。
2.2.7 煙氣脫硫系統(tǒng)控制
煙氣脫硫系統(tǒng)(FGD)設(shè)計范圍包括：煙氣系統(tǒng)、二氧化硫吸收系統(tǒng)、吸收劑供應(yīng)與制備系統(tǒng)、石膏脫水及處理系統(tǒng)、工藝水系統(tǒng)、氧化風(fēng)機等系統(tǒng)的監(jiān)視控制。
煙氣脫硫系統(tǒng)采用控制室集中控制方式，控制室設(shè)在綜合控制樓。
機組煙氣脫硫系統(tǒng)采用一套獨立的DCS系統(tǒng)，在控制室通過DCS系統(tǒng)操作員站的LCD/鼠標(biāo)并輔以少量的就地監(jiān)視和控制實現(xiàn)脫硫系統(tǒng)設(shè)備的啟動、正常運行工況的監(jiān)視和調(diào)整、停機和事故處理。
煙氣脫硫系統(tǒng)以FGD-DCS系統(tǒng)操作員站LCD/鼠標(biāo)為主要監(jiān)視和控制手段，對旁路擋板門等重要設(shè)備在主廠房集中控制室和灰網(wǎng)控制室分別設(shè)置緊急手動按鈕，在緊急狀態(tài)下，能自動或手動快速打開旁路擋板門，切除煙氣脫硫系統(tǒng)，確保不因煙氣脫硫系統(tǒng)的故障影響鍋爐安全運行。除緊急操作按鈕外，控制室內(nèi)不設(shè)煙氣脫硫系統(tǒng)其它常規(guī)監(jiān)控設(shè)備。
煙氣脫硫系統(tǒng)的順序控制(SCS)按功能組、子功能組及驅(qū)動級三級設(shè)計，以子功能組為主。當(dāng)FGD發(fā)生異常、故障或事故時，能通過聯(lián)鎖保護自動切除有關(guān)設(shè)備及系統(tǒng)，同時進行事故記錄，并對異常參數(shù)或狀態(tài)進行事故追憶。
當(dāng)鍋爐MFT動作時，自動停止FGD的運行。
脫硫分散控制系統(tǒng)FGD-DCS與機組分散控制系統(tǒng)DCS采用相同的硬件。
煙氣脫硫系統(tǒng)FGD-DCS與機組DCS系統(tǒng)通過硬接線方式交換聯(lián)鎖保護信號，以保證機組的正常運行。
FGD將裝設(shè)一套煙氣連續(xù)排放監(jiān)測系統(tǒng)(CEMS)，實時檢測FGD入口和出口處的O2和SO2濃度，F(xiàn)GD出口處的NOx 濃度、粉塵含量等參數(shù);測量值除在就地分析儀上顯示外，還將送到FGD分散控制系統(tǒng)進行顯示、控制和記錄，當(dāng)參數(shù)異常時，通過LCD進行報警并自動打印記錄，及時為運行人員提供運行信息和操作指導(dǎo)，其中對煙氣SO2濃度信號還將進行閉環(huán)控制。
3 輔網(wǎng)控制系統(tǒng)配置
控制器要求
(1)除灰、渣系統(tǒng)配置2對。
(2)全廠配氣中心配置1對。
(3)輸煤系統(tǒng)配置4對。
(4)鍋爐補給水系統(tǒng)配置4對。
(5)汽水取樣及化學(xué)加藥配置1對。
(6)凝結(jié)水精處理配置1對。
(6)工業(yè)廢水處理系統(tǒng)配置2對。
(7)含油廢水處理系統(tǒng)1對。
(8)含煤廢水處理系統(tǒng)1對。
(9)煙氣脫硫系統(tǒng)5對。
4 輔控網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)接口
BOP-DCS具有與其他控制系統(tǒng)通訊的能力，系統(tǒng)的通訊接口支持RS232C，RS485/422和以太網(wǎng)方式連接，使用TCP/IP、MODBUS/MODBUS PLUS通訊協(xié)議。所有通訊接口內(nèi)置于分散處理單元(DPU)，或作為一個獨立的多功能網(wǎng)關(guān)掛在數(shù)據(jù)高速公路上。當(dāng)接口用于過程監(jiān)控需要雙向通訊時，通訊接口為冗余(包括冗余通訊接口模件)，冗余的通訊接口在任何時候都同時工作。其中的任一通訊接口故障不對過程監(jiān)控造成影響。
通過通訊接口接收到的所有數(shù)據(jù)可在控制系統(tǒng)的任意位置獲取，并且能在操作員站上顯示、報表記錄、趨勢、報警。所有其他控制系統(tǒng)與BOP-DCS的數(shù)據(jù)通訊可靠并具有快速響應(yīng)/更新時間(當(dāng)接口用于過程監(jiān)控時，應(yīng)�Q1秒，其余應(yīng)�Q2秒)。
BOP-DCS通訊接口監(jiān)視并報告所連設(shè)備是否處于正常工作狀態(tài)。除過程信息之外，BOP-DCS還通過通訊接口獲取其它控制系統(tǒng)中的故障診斷信息。該診斷信息由其它控制系統(tǒng)中的標(biāo)準(zhǔn)故障自診斷程序產(chǎn)生。當(dāng)所連控制系統(tǒng)發(fā)生故障時，操作人員可通過操作員站上的信息得知相關(guān)工況。通訊接口本身能提供計算和邏輯功能，并可向BOP-DCS的所有功能提供所需數(shù)據(jù)。其它控制系統(tǒng)與BOP-DCS接口的重要控制相關(guān)信號除采用通訊方式外，同時還通過直接硬接線實現(xiàn)。 BOP-DCS與下述控制系統(tǒng)的通訊，如表1。
5 軟件
(1)采用圖形組態(tài)方式。
(2) 所有的算法和系統(tǒng)整定參數(shù)駐存在各處理器模件的非易失性存儲器內(nèi)，執(zhí)行時不需要重新裝載。
(3) 模擬量控制的處理器模件完成所有指定任務(wù)的最大執(zhí)行周期不超過250ms，開關(guān)量控制的處理器執(zhí)行周期不超過100ms，其中電氣開關(guān)量不超過20ms。
(4)對需快速處理的模擬和順序控制回路，其處理能力分別為每125ms和50ms執(zhí)行一次。
(5) 模擬控制回路的組態(tài)，通過駐存在處理器模件中的各類邏輯塊聯(lián)接，直接采用SAMA圖方式進行，并用易于識別的工程名稱加以標(biāo)明。還可在工程師站上根據(jù)指令，以SAMA圖形式打印出已完成的所有系統(tǒng)組態(tài)。
(6)在工程師工作站上能對系統(tǒng)組態(tài)進行在線修改。系統(tǒng)內(nèi)測點的增減或變換，不必重新編譯整個系統(tǒng)的程序。
(7)在程序編輯或修改完成后，能通過數(shù)據(jù)高速公路將系統(tǒng)組態(tài)程序裝入各有關(guān)的.處理器模件，而不影響系統(tǒng)的正常運行。
(8) 順序控制的所有控制、監(jiān)視、報警和故障判斷等功能，均由處理器模件提供。
(9)順序邏輯的編程使順控的每一部份都能在LCD上顯示，并且各個狀態(tài)都能在操作員站上得到監(jiān)視。
(10) 所有順序控制邏輯的組態(tài)都在系統(tǒng)內(nèi)完成，而不采用外部硬接線、專用開關(guān)或其他替代物作為組態(tài)邏輯的輸入。
(11) 順序控制邏輯采用熟悉的，類似于繼電器型式的功能符號，以邏輯圖或梯形圖格式進行組態(tài)。并可在工程師站上按指令要求，以圖形方式打印出已組態(tài)的邏輯。
(12)查找故障的系統(tǒng)自診斷功能能診斷至模件的通道級故障。報警功能使運行人員能方便地辨別和解決各種問題。
(13)整個BOP-DCS系統(tǒng)保證統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫，任何數(shù)據(jù)庫的維護和修改對BOP-DCS系統(tǒng)一次完成。
6 系統(tǒng)擴展
控制系統(tǒng)提供下列備用余量，以供系統(tǒng)以后擴展需要：
(1)每個機柜內(nèi)的每種類型I/O測點都有15%的余量。
(2)每個機柜內(nèi)有15%模件插槽余量。所有備用插槽配置必要的硬件，保證今后插入模件就能投入運行。
(3)控制器站的處理器處理能力有40%余量，操作員站處理器處理能力有60%余量。系統(tǒng)具有實時計算和顯示負(fù)荷率或余量的能力。
(4)控制站和工作站處理器有50%存儲余量，工作站有60%外存余量。
(5)40%電源余量。電源分配柜考慮20%的回路備用量。
(6)網(wǎng)絡(luò)通訊總線負(fù)荷率不大于40%(總線以太網(wǎng)通訊負(fù)荷率不大于20%)。
(7)在機柜空間允許范圍內(nèi)提供適量的備用繼電器(不包括原備用DO點對應(yīng)的繼電器)。
7 電源
在水系統(tǒng)、灰系統(tǒng)、煤系統(tǒng)設(shè)置DCS電源柜，用于給DCS機柜供電。電源柜能接受買方提供的二路交流220V±10%，50HZ±2.5HZ的單相電源。任一路電源故障都報警，二路冗余電源通過二極管切換回路耦合，在一路電源故障時自動切換到另一路，以保證任何一路電源的故障均不會導(dǎo)致系統(tǒng)的任一部分失電和影響控制系統(tǒng)正常工作。
輔網(wǎng)系統(tǒng)遠(yuǎn)程站的電源由于距以上三個臨時集中監(jiān)控點較遠(yuǎn)，所以遠(yuǎn)程站的電源由就近的電氣配電裝置提供。并在各個系統(tǒng)的遠(yuǎn)程控制站設(shè)置不停電電源裝置UPS裝置。UPS裝置要求如下：是有一線直接接地的單相兩線制系統(tǒng)，其技術(shù)指標(biāo)為：
(1)電壓穩(wěn)定度：穩(wěn)態(tài)時不大于±2%，動態(tài)過程中不大于±10%。
(2)頻率穩(wěn)定度：穩(wěn)態(tài)時不大于±1%，動態(tài)過程中不大于±2%。
(3)波形失真度：不大于 5%。
(4) 備用電源切換時間：不大于 5ms。
(5)廠用交流電源中斷情況下，UPS 能保證連續(xù)供電半小時。
8 外圍設(shè)備
8.1 灰系統(tǒng)和水系統(tǒng)打印機配置
(1) 灰系統(tǒng)臨時監(jiān)控點打印機。
3臺黑白激光A3打印機(2臺用于脫硫系統(tǒng))
(2)水網(wǎng)系統(tǒng)臨時監(jiān)控點打印機。
1臺黑白激光A3打印機。
(3)輸煤系統(tǒng)監(jiān)控點打印機。
1臺黑白激光A3打印機。
8.2 主廠房集中控制室打印機配置
(1)1臺黑白激光A3打印機，布置在集中控制室。
(2)1臺彩色激光A3圖形打印機，布置在工程師室。
8.3 數(shù)據(jù)存儲裝置
為每臺操作員站提供可讀寫光盤驅(qū)動器用于系統(tǒng)程序和應(yīng)用程序的安裝。工程師站、歷史數(shù)據(jù)站均配置用于長期存儲數(shù)據(jù)和裝載系統(tǒng)和應(yīng)用程序的的可讀寫光盤驅(qū)動器及USB驅(qū)動接口。
9 結(jié)束語
本工程除電袋除塵系統(tǒng)車間由于工藝特點的控制需要而采用PLC+上位機的控制方式外，其余的輔助車間的控制系統(tǒng)全部采用與主機組相同硬件的DCS控制系統(tǒng)。這就很大的程度上做到了全廠控制系統(tǒng)硬件的統(tǒng)一。給運行和維護人員帶來了方便。另外，設(shè)置輔助車間集中監(jiān)控系統(tǒng)BOP-DCS，使電廠減少運行人員。做到了減員增效。
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