2000年電廠自動化設(shè)計展望

徐繼剛

【摘要】從電力設(shè)計的角度，闡述了2000年電廠自動化設(shè)計中遇到的問題和發(fā)展趨勢，包括現(xiàn)場總線的應(yīng)用、分散控制系統(tǒng)(DCS)的物理分散和軟件優(yōu)化、常用輔助系統(tǒng)的集中控制等。指出設(shè)計的關(guān)鍵是擴大集散控制系統(tǒng)的規(guī)模和進一步開發(fā)潛力，并在全廠建立計算機網(wǎng)絡(luò)。[關(guān)鍵詞]自動化設(shè)計集散控制系統(tǒng)現(xiàn)場總線軟件優(yōu)化輔助系統(tǒng)

2000年上半年動力裝置設(shè)計展望

摘要：從電源設(shè)計的角度，闡述了2000年上半年電源自動化設(shè)計的問題和發(fā)展趨勢，包括現(xiàn)場總線的應(yīng)用、物理集中和分布式控制系統(tǒng)的軟件優(yōu)化、公共輔助系統(tǒng)的集中控制等。它表明，設(shè)計的關(guān)鍵是規(guī)模擴大和潛力進一步發(fā)展，以及建立一個計算機網(wǎng)絡(luò)和一個工廠。自動設(shè)計；分布式控制系統(tǒng)；現(xiàn)場總線；軟件輔助系統(tǒng)的優(yōu)化

近10年來，分布式控制系統(tǒng)在我大型燃煤電廠得到了廣泛的應(yīng)用。它以強大的功能優(yōu)勢取代了常規(guī)儀器，提高了機組的控制性能，合理有效地利用了資源，使自動化水平和管理水平達到了更高的水平。面對日新月異的計算機、通信、控制和顯示技術(shù)，集散控制系統(tǒng)在2000年設(shè)計的新電廠中的地位和作用將發(fā)生變化。本文將探討其發(fā)展趨勢。

1現(xiàn)場總線的應(yīng)用

現(xiàn)場總線(FCS)具有無可比擬的優(yōu)勢，如大大減少硬件設(shè)備和安裝材料，進一步提高調(diào)控的質(zhì)量和精度，促進更靈活的系統(tǒng)配置和更方便的操作維護等。這引起了儀表控制專家的廣泛關(guān)注，未來的工業(yè)控制將是FCS的天下。隨著2000年電廠儀表控制系統(tǒng)的設(shè)計，能否采用現(xiàn)場總線已成為先要問題。在充分考慮先進性的前提下，先先要考慮可行性。雖然FCS已經(jīng)在石化、水電等行業(yè)小規(guī)模應(yīng)用并積累了一些經(jīng)驗，但在不久的將來作為大型燃煤電廠的主控系統(tǒng)還為時過早。FCS提出了十年，但是進展很慢。一方面，它涉及到幾乎每一個工業(yè)領(lǐng)域的現(xiàn)場設(shè)備和控制系統(tǒng)底層的互聯(lián)通訊，并且在技術(shù)、標準和行業(yè)習(xí)慣上存在很多問題，需要大量的時間、人力和物力去研究；另一方面是商業(yè)利益的再分配。1994年，F(xiàn)F(FieldBusFoundation)正式成立，但要創(chuàng)造出真正具有實用價值并得到工業(yè)廣泛認可的新一代FCS，還需要很長時間。目前，小型FCS已在安慶石化公司腈綸廠乙腈廠、吉林油田甲醇廠、揚子乙烯硫磺廠得到應(yīng)用。而基于FF的Smar公司的FCS只是FF中的H1現(xiàn)場總線產(chǎn)品，也就是低速現(xiàn)場總線產(chǎn)品，只能實現(xiàn)一些局部的簡單回路控制，而用于大規(guī)模復(fù)雜控制的H2高速現(xiàn)場總線和基于H1、H2的FCS還在開發(fā)中。以CCS的功能為例，由于信息量大，相關(guān)子系統(tǒng)和相應(yīng)參數(shù)多，聯(lián)鎖閾值復(fù)雜，即使成功的FCS已經(jīng)在電廠中使用，但沒有合適的高層集中控制器、順暢快速的信息交換和有效的控制策略，很難適應(yīng)現(xiàn)場。大型電廠的控制水平往往落后于其他行業(yè)，這與電廠的特定環(huán)境和控制特點有關(guān)。因此，在不久的將來，大型燃煤電廠的主控系統(tǒng)只能是集散控制系統(tǒng)，充分發(fā)揮其現(xiàn)有的特點，大力挖掘其潛在的能力，這是2000年電廠設(shè)計的研究重點。作為集散控制系統(tǒng)主控系統(tǒng)的補充，本地現(xiàn)場總線系統(tǒng)和基于現(xiàn)場總線的智能儀表占據(jù)著非常重要的地位。用Smar現(xiàn)場總線設(shè)備取代傳統(tǒng)的氣動基礎(chǔ)型調(diào)節(jié)儀表已經(jīng)達到成熟的門檻，如襄樊電廠的4300MW機組和WISCO自備電廠的2200MW機組。如燃油泵房、液壓工業(yè)泵房、污水處理等輔助公共系統(tǒng)控制點分散，控制內(nèi)容相對簡單。基于現(xiàn)場總線技術(shù)的小型控制系統(tǒng)應(yīng)用門檻較高，在這些輔助系統(tǒng)中采用現(xiàn)場總線也是一種可行的方案。因此，雖然FCS目前無法取代DCS的核心地位，但可以在小范圍內(nèi)積極有效地應(yīng)用，逐步積累經(jīng)驗，為未來的平穩(wěn)過渡打下良好的基礎(chǔ)。 #p#分頁標題#e#

2分散控制系統(tǒng)的物理分散

目前電廠中，DCS只實行職能下放，不實行實體下放。一方面，早期的DCS硬件本身環(huán)境適應(yīng)性較弱；另一方面，為了方便管理和維護，用戶更愿意接受集散控制系統(tǒng)控制柜的集中布局方案。隨著集散控制系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展和運行水平的不斷提高，在2000年電廠采用現(xiàn)場總線系統(tǒng)之前，有效設(shè)計和采用物理分散是有效發(fā)揮集散控制系統(tǒng)潛力的較重要問題。根據(jù)法GEC-阿爾斯通公司提出的維斯塔(非常必要的團隊渦輪機安排)，

t)方案，傳統(tǒng)的集中控制樓將以DCS物理分散特性分成幾塊。以兩機一控方式為例，集中電子設(shè)備間將分成每臺機組的鍋爐電子設(shè)備間、汽輪機電子設(shè)備間；另外，在主廠房外設(shè)立一個單先的小型控制樓，其中運行員操作站通過DCS高速通信網(wǎng)絡(luò)與鍋爐電子設(shè)備間及汽輪機電子設(shè)備間內(nèi)的控制機柜相連。鍋爐電子設(shè)備間和汽輪機電子設(shè)備間到現(xiàn)場的距離小于傳統(tǒng)的集中設(shè)備間，節(jié)省了大量儀表控制電纜。據(jù)GEC-ALSTHOM估算，VESTA方案可比常規(guī)方案節(jié)省控制電纜約35。僅此部分的安裝材料費用就可節(jié)省人民幣1000萬元，若此部分費用用來提高發(fā)電廠自動化水平，效果顯著。內(nèi)推薦的8家DCS廠商已紛紛致力于開發(fā)適宜現(xiàn)場放置的控制機柜，有的公司已有成功的應(yīng)用業(yè)績，這在物理分散方面更邁前了一步。對于機柜放置區(qū)域、機柜分散程度及設(shè)備造價、節(jié)省電纜費用和檢修維護方便等問題，還應(yīng)進行平衡取舍，選出適合于具體項目的較佳方案。 作為DCS向FCS進展過程中的過渡產(chǎn)品遠程智能I/O，也將在2000年發(fā)電廠設(shè)計中起重要作用。除有的DCS廠商已開發(fā)出相應(yīng)的遠程I/O站外，產(chǎn)遠程智能I/O系統(tǒng)已達到相當(dāng)高的技術(shù)水平，在質(zhì)量和性能上不比進口產(chǎn)品差。在近幾年工程實踐中，已有工程局部采用了DCS系統(tǒng)一體化和產(chǎn)化的遠程智能I/O設(shè)備，如鄂州電廠2×300MW機組采用DCS遠程I/O，實現(xiàn)了對循環(huán)水泵房的控制；陽邏二期工程2×300MW機組采用產(chǎn)遠程I/O系統(tǒng)，實現(xiàn)了對鍋爐壁溫、發(fā)電機定子線圈及鐵心冷卻水溫等的采集監(jiān)視，均收到良好效果。遠程智能I/O的大量采用，將為DCS物理分散更趨于合理化并推進DCS向FCS發(fā)展做出貢獻。

3 DCS一體化

DCS較初進入大型燃煤電廠只是用于數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)(DAS)和模擬量調(diào)節(jié)系統(tǒng)(MCS)，并逐步用于順序控制系統(tǒng)(SCS)，至今又基本占領(lǐng)了爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)(FSSS)市場。DCS覆蓋以上4大功能已是目前DCS設(shè)計的基本模式。作為十分重要的汽輪機電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)(DEH)目前卻存在著2種設(shè)計方式：一種是由DCS覆蓋，DEH與DCS從硬件到軟件均融合成一個整體，實現(xiàn)了控制系統(tǒng)一體化；另一種是由汽輪機廠成套提供，DEH具有先立的操作員站和操作面板。為使運行人員通過DCS便能更加全面地掌握全廠信息，有的工程將DEH通過串行口與DCS相連，構(gòu)成當(dāng)前普遍存在的5臺DCS操作顯示器加1臺DEH操作顯示器的單元控制室主控制臺。 對于DEH由DCS統(tǒng)一覆蓋還是由汽輪機廠單先配套，從爐機電單元集中控制并實現(xiàn)正常運行時只有一人操作的運行水平考慮，DCS覆蓋DEH在簡化系統(tǒng)、減少監(jiān)視操作面和便于維護管理等方面具有明顯的優(yōu)越性。但DEH與汽輪機具有緊密不可分的關(guān)系，DEH控制性能與汽輪機的品質(zhì)相輔相成，DCS廠商很難深入到其它汽輪機廠的DEH中，外基本上均由汽輪機廠配供DEH。經(jīng)多年工程實踐，目前內(nèi)工程中如媽灣電廠、湘潭電廠及常熟電廠等300MW產(chǎn)機組，已成功地由DCS廠商實現(xiàn)DEH控制，且除貝利公司外，西屋公司、ABB公司和日立公司等均已具備這一能力和經(jīng)驗。因此，有條件的項目采用DCS實現(xiàn)DEH硬件一體化是先選方案。當(dāng)然，為充分保證系統(tǒng)可靠性，在不具備條件的情況下，不應(yīng)強求DCS覆蓋DEH功能；若DEH不能與DCS實現(xiàn)硬件一體化，也應(yīng)以DCS為主體取消DEH操作員站，通過網(wǎng)絡(luò)通信接口實現(xiàn)信息共享和人機界面共用，在操作運行層面上實現(xiàn)DCS一體化。這就需要DCS、DEH廠商共同開發(fā)合適的通信接口(如網(wǎng)關(guān))，以實現(xiàn)通過DCS操作員站對DEH進行控制，取代目前僅局限于監(jiān)視的串行通信接口模式。DEH與DCS通信接口的研究，將是2000年發(fā)電廠中不能實現(xiàn)硬件一體化前提下的一個熱點和難點。 同理，汽輪機給水泵控制系統(tǒng)(MEH)、旁路控制系統(tǒng)(BPS)、吹灰程控系統(tǒng)、膠球清洗程控系統(tǒng)及電氣除塵器程控系統(tǒng)等，均可由以上2種方式通過DCS操作員站進行控制，只是這些系統(tǒng)監(jiān)控規(guī)模相對較小，與DCS接口相對簡單。#p#分頁標題#e#

4 電氣納入DCS

爐機電單元機組集中控制的提法已有多個年頭，而電氣發(fā)電機?干式變壓器組和廠用電控制納入DCS設(shè)計方案只是近幾年才提出。為從本質(zhì)上實現(xiàn)單元值班化，協(xié)調(diào)爐機電控制水平，除發(fā)電機勵磁系統(tǒng)自動調(diào)節(jié)裝置(AVR)、自動準同期裝置(ASS)和廠用電快切裝置采用專用設(shè)備并與DCS接口外，2000年發(fā)電廠的發(fā)電機?干式變壓器組和廠用電納入DCS進行控制成為趨勢。發(fā)電機?干式變壓器組、單元機組廠用電與單元機組運行有密切關(guān)系，直接納入單元機組DCS順理成章，而作為公用系統(tǒng)的廠用電部分應(yīng)考慮如何納入DCS。根據(jù)不同的DCS和工程，2臺機組公用的廠用電系統(tǒng)納入DCS技術(shù)方案也不同，有以下幾種方式。 方式1：廠用電公用系統(tǒng)DCS進入1號機組DCS某站，再由1號機組傳輸至2號機組。其顯著特點是思路簡明、造價低、容易實現(xiàn)。正常下的公用系統(tǒng)由1號機組控制，1號機組檢修時則由2號機組控制。主要缺點是在1號機組DCS檢修時，相應(yīng)負責(zé)采集數(shù)據(jù)和傳輸數(shù)據(jù)的控制器不許停止運行，給檢修和運行帶來一定困難。 方式2：廠用電公用系統(tǒng)同時進入1、2號機組DCS。其顯著特點是2套DCS具有相同的硬件配置和軟件方案。正常運行時，由DCS軟開關(guān)閉鎖功能解決通過某一套DCS進行公用系統(tǒng)控制選擇。另外，該方案設(shè)計組態(tài)方便，2套DCS相一致。缺點是需要就地設(shè)備提供2套接點信號，2套DCS均要提供相應(yīng)的過程I/O卡件，在設(shè)備利用上有一定浪費。 方式3：廠用電系統(tǒng)進入DCS公用網(wǎng)絡(luò)。該網(wǎng)絡(luò)是介于2套DCS間的一個先立網(wǎng)絡(luò)，通過網(wǎng)橋與2套DCS相連，數(shù)據(jù)可同時進入2套DCS。與前面方案一樣，通過系統(tǒng)軟件開關(guān)進行操作選擇。其顯著優(yōu)點是單元機組與公用系統(tǒng)界面清楚，充分發(fā)揮了DCS網(wǎng)絡(luò)優(yōu)勢。缺點是若控制范圍和規(guī)模較小，單先配一套公用網(wǎng)絡(luò)將增加費用。 此外尚有一些延伸方案，如有的DCS設(shè)立專門的控制器，由其分別進入2套DCS等。2000年發(fā)電廠DCS控制范圍擴大，控制水平提高，除電氣廠用電系統(tǒng)外，若將輔助工藝系統(tǒng)也納入DCS進行控制，則公

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