和利時(shí)MACS系統(tǒng)在黔北火電廠新建工程中的應(yīng)用

分類(lèi)：解決方案日期：2010-07-16 13:53:00

引言

和利時(shí)公司作為國(guó)內(nèi)在DCS控制領(lǐng)域的領(lǐng)軍企業(yè)，在300MW以上的單元火電機(jī)組控制領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)突破，先后承接了黔北、鴨溪、黔西、鶴壁電廠等多個(gè)300MW機(jī)組以及陜西國(guó)華錦界4×600MW煤電工程DCS控制系統(tǒng)項(xiàng)目，為電力企業(yè)實(shí)現(xiàn)規(guī)模經(jīng)濟(jì)效益、降低運(yùn)營(yíng)成本、提高火電工程技術(shù)的自動(dòng)化水平作出貢獻(xiàn)。

貴州黔北電廠300MW新建機(jī)組是西部大開(kāi)發(fā)——西電東輸?shù)闹匾?xiàng)目之一。和利時(shí)派出了具有豐富現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施經(jīng)驗(yàn)的工程團(tuán)隊(duì)和專(zhuān)家組，用專(zhuān)業(yè)化的解決方案，先進(jìn)、可靠、經(jīng)濟(jì)的系統(tǒng)和產(chǎn)品，放心、滿意的服務(wù)，保證了兩臺(tái)機(jī)組順利投運(yùn)，并實(shí)現(xiàn)了國(guó)內(nèi)300MW機(jī)組試運(yùn)期最短記錄。

項(xiàng)目概述

黔北電廠(4×300MW)新建工程#3、#4機(jī)組汽輪機(jī)、鍋爐、發(fā)電機(jī)分別由東方汽輪機(jī)廠、東方鍋爐廠、東方電機(jī)廠制造，熱控系統(tǒng)采用和利時(shí)公司HOLLiAS MACS大型集散控制系統(tǒng)。

黔北電廠#3、#4機(jī)組鍋爐是由東方鍋爐（集團(tuán)）股份有限公司根據(jù)美國(guó)Forter Wheeler型300MW機(jī)組“W”火焰鍋爐生產(chǎn)，型號(hào)：DG1025/18.2-III5。

鍋爐型式：亞臨界、中間一次再熱自然循環(huán)、雙拱型單爐膛，倒“U”型布置，燃燒器布置于拱上、煙氣擋板調(diào)溫、“W”型火焰固態(tài)排渣。

汽輪機(jī)：東方汽輪機(jī)廠型號(hào)：N300-16.7/537/537型式：亞臨界、單軸、雙缸雙排汽、再熱凝汽式汽輪機(jī)，抽汽級(jí)數(shù)：8級(jí)（3高加+1除氧器+4低加）。

項(xiàng)目規(guī)模

系統(tǒng)配置

黔北電廠（4×300MW）#3、#4機(jī)工程DCS系統(tǒng)采用和利時(shí)公司的第四代DCS系統(tǒng)HOLLiAS MACS系統(tǒng)。

工程共分為3個(gè)域，其中#3機(jī)組為1#域，#4機(jī)組為2#域，#3、#4機(jī)公用系統(tǒng)和循環(huán)水泵房遠(yuǎn)程I/O為0#域。工程操作界面考慮#3、#4分開(kāi)，#3機(jī)操作1#域，#4機(jī)操作2#域，公用系統(tǒng)0#域可以在#3級(jí)操作也可以在#4機(jī)操作。

黔北#3、#4機(jī)組及公用DCS系統(tǒng)共提供現(xiàn)場(chǎng)控制機(jī)柜28臺(tái)，端子柜28臺(tái)，服務(wù)器柜6個(gè)，配電柜2個(gè)，繼電器柜3個(gè)，接地柜1個(gè)，操作臺(tái)10個(gè)，打印臺(tái)4個(gè)。HMI設(shè)備：操作員站10臺(tái)；歷史站2臺(tái)；系統(tǒng)服務(wù)器6臺(tái)；工程師站2臺(tái)；72”大屏幕站2套；通信站8臺(tái)；SIS網(wǎng)關(guān)機(jī)2臺(tái)；24口網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)16臺(tái)；GPS設(shè)備1套。

控制規(guī)模

每個(gè)單元機(jī)組配置13對(duì)冗余控制器，采用Profibus-DP總線掛接525個(gè)I/O模塊及中斷設(shè)備。接受DCS系統(tǒng)控制的設(shè)備數(shù)量為：電動(dòng)機(jī)88臺(tái)，各類(lèi)閥門(mén)、加熱器等設(shè)備441個(gè)，調(diào)節(jié)設(shè)備165個(gè)，斷路器、快切裝置等電氣設(shè)備67個(gè)，并可通過(guò)通信控制88個(gè)吹灰器和7個(gè)電動(dòng)門(mén)。

公用系統(tǒng)配置2對(duì)冗余控制器帶46個(gè)I/O模塊，分別用于監(jiān)控兩臺(tái)機(jī)組的電氣公用部分和機(jī)、爐公用部分；DCS總計(jì)控制設(shè)備為1754臺(tái)。

其中3#機(jī)組及公用系統(tǒng)的物理點(diǎn)數(shù)和配置點(diǎn)數(shù)如下表：

	類(lèi)型	配置點(diǎn)數(shù)	實(shí)際點(diǎn)數(shù)	冗余率
AI	4~20mA(對(duì)外供電型）	464	375	19.18%
	4~20mA/0~10mA	472	422	10.59%
	Pt100/Cu50	328	278	15.24%
	熱偶	232	182	21.55%
AO	4~20mA	248	209	15.73%
PI	TTL	16	9	43.75%
DI	干接點(diǎn)	3008	2672	11.17%
	220VAC	1612	1401	13.09%
SOE		240	182	13.09%
合計(jì)		6620	5730	24.17%

整個(gè)工程（#3、#4、公用系統(tǒng)）實(shí)際的物理點(diǎn)數(shù)為：11016點(diǎn)，總配置點(diǎn)數(shù)為12664點(diǎn)。第三方設(shè)備的雙向冗余通信、遠(yuǎn)程采集點(diǎn)及單向通信點(diǎn)數(shù)總計(jì)為：1300點(diǎn)。

控制組態(tài)產(chǎn)生的變量約8500點(diǎn)，顯示、報(bào)警、趨勢(shì)標(biāo)簽總計(jì)：27000點(diǎn)。

分站原則

測(cè)點(diǎn)按功能分站如下表：

站號(hào)	實(shí)現(xiàn)功能	說(shuō)明
10	FSSS	公用邏輯、A油組、A煤組
11	FSSS	B/C/D油組
12	FSSS	B/C/D煤組
13	MCS	協(xié)調(diào)、燃燒
14	MCS	送、引風(fēng)，給水，過(guò)熱器減溫
15	MCS+DAS	再熱器減溫，汽機(jī)單回路，鍋爐部分DAS
16	MCS+TBC	二次風(fēng)門(mén)，旁路，小汽機(jī)單回路SCS
17	SCS/B	鍋爐SCS
18	SCS/B	鍋爐SCS
19	SCS/T	汽機(jī)SCS
20	SCS/T	汽機(jī)SCS
21	DAS	汽機(jī)DAS
22	SCS/GA	電氣SCS，SOE
23	SCS/GA	公用系統(tǒng)電氣SCS、DAS
24	SCS	循環(huán)泵房SCS

其中綜合考慮測(cè)點(diǎn)分配均勻，各控制站負(fù)荷率≤10%。

各站點(diǎn)測(cè)點(diǎn)設(shè)備分配原則

＊危險(xiǎn)分散：同一設(shè)備冗余的測(cè)點(diǎn)分配到不同的模塊；冗余設(shè)備的測(cè)點(diǎn)分配給不同的控制站或不同的模件組上；

＊接線方便：同一設(shè)備的非冗余的相關(guān)測(cè)點(diǎn)盡量安排在一起；

＊備用：基本保證各模塊保持≥10%的備用率；

＊系統(tǒng)間的重要信號(hào)，如：MFT、連鎖保護(hù)等，采用硬接線不同站、模件多路輸出；

＊DCS系統(tǒng)與其他系統(tǒng)（如：DEH）的模擬信號(hào)采用有源型隔離器進(jìn)行隔離。

系統(tǒng)設(shè)計(jì)

采用Client/Server體系結(jié)構(gòu)，控制管理網(wǎng)絡(luò)采用兩層結(jié)構(gòu)，星型連接，控制網(wǎng)絡(luò)雙冗余配置。控制網(wǎng)絡(luò)和管理網(wǎng)絡(luò)的分離有利于將交換機(jī)設(shè)備故障風(fēng)險(xiǎn)分散，同時(shí)大大減少了數(shù)據(jù)處理量和網(wǎng)絡(luò)上的擁塞。遠(yuǎn)程控制站（循環(huán)水泵房）采用100M以太光纖連入系統(tǒng)，網(wǎng)絡(luò)實(shí)際結(jié)構(gòu)如圖：

采用HOLLiAS MACS系統(tǒng)作為監(jiān)控軟件平臺(tái)，其中：ConMaker部分完成算法的組態(tài)與下裝，而PlantView完成人機(jī)監(jiān)控和與控制器的通信。每個(gè)ConMaker工程用于單個(gè)I/O控制站的控制方案，共有28個(gè)ConMaker工程對(duì)應(yīng)28個(gè)I/O控制站。

PlantView工程用于建立通信連接及人機(jī)交互界面，按照功能的不同，系統(tǒng)包括12個(gè)子工程，分別是：

＊QBDB1：#3機(jī)組數(shù)據(jù)庫(kù)工程，用于#3機(jī)組監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)接入；

＊QBDB2：公用系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)工程，用于公用系統(tǒng)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)接入；

＊QBDB4：#4機(jī)組數(shù)據(jù)庫(kù)工程，用于#4機(jī)組監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)接入；

＊QBDB3：趨勢(shì)、報(bào)警服務(wù)器工程，用于整個(gè)DCS系統(tǒng)的趨勢(shì)記錄、報(bào)警檢測(cè)、時(shí)間服務(wù)等；

＊QBDC4：#4機(jī)組操作員站圖形工程，用于操作員對(duì)#4機(jī)組及公用系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控；

＊QBDC：#3機(jī)組操作員站圖形工程，用于操作員對(duì)#3機(jī)組及公用系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控；

＊COMM1：#3機(jī)組#1通信站工程，用于吹灰、爐管泄漏、CEMS、空調(diào)系統(tǒng)通訊接入；

＊COMM2：#3機(jī)組#2通信站工程，用于DEH、廠用電、發(fā)變組系統(tǒng)通訊接入；

＊COMM3：#3機(jī)組#3通信站工程，用于IDAS、發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)通訊接入；

＊COMM41：#4機(jī)組#1通信站工程，用于吹灰、爐管泄漏、CEMS、空調(diào)系統(tǒng)通訊接入；

＊COMM42：#4機(jī)組#2通信站工程，用于DEH、廠用電、發(fā)變組系統(tǒng)通訊接入；

＊COMM43：#4機(jī)組#3通信站工程，用于IDAS、發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)通訊接入。

服務(wù)配置

本工程的PlantView完成五種服務(wù)、一種客戶(hù)請(qǐng)求，即：

＊ I/O服務(wù)：負(fù)責(zé)收集數(shù)據(jù)并根據(jù)請(qǐng)求發(fā)送；

＊趨勢(shì)服務(wù)：負(fù)責(zé)歷史數(shù)據(jù)的采集與存儲(chǔ)；

＊報(bào)警服務(wù)：負(fù)責(zé)處理數(shù)據(jù)異常報(bào)告；

＊報(bào)表服務(wù)：負(fù)責(zé)完成數(shù)據(jù)的紀(jì)錄與報(bào)告生成；

＊時(shí)間服務(wù)：負(fù)責(zé)系統(tǒng)的校對(duì)，保持?jǐn)?shù)據(jù)的同一性。

客戶(hù)請(qǐng)求：人機(jī)界面接口，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)、報(bào)警、趨勢(shì)等顯示，提供給操作人員直觀的操作界面。

這五種服務(wù)通過(guò)計(jì)算機(jī)設(shè)置功能分散配置，參照網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖，設(shè)置服務(wù)功能為：

	I/O服務(wù)		報(bào)警服務(wù)		趨勢(shì)服務(wù)		時(shí)間服務(wù)	圖形服務(wù)
	主	從	主	從	主	從
SERVER1	√
SERVER2		√
SERVER3	√
SERVER4		√
SERVER5	√		√		√		√
SERVER6		√		√		√
SERVER7	√
SERVER8		√
各操作站								√

DCS系統(tǒng)對(duì)時(shí)設(shè)計(jì)

#3、#4機(jī)組統(tǒng)一對(duì)時(shí)，其中：控制器、服務(wù)器和客戶(hù)端采用網(wǎng)絡(luò)對(duì)時(shí)，每60分鐘以廣播方式發(fā)布時(shí)鐘服務(wù)器基準(zhǔn)時(shí)間，時(shí)鐘服務(wù)器時(shí)間由GPS校準(zhǔn)；SOE模件（FM161E_SOE_A01）第16路接受FM197集線器每間隔60秒發(fā)一次的脈沖對(duì)時(shí)信號(hào)，保證秒和毫秒精度。

校時(shí)流程

＊GPS天線收到時(shí)間信號(hào)；

＊從串口上發(fā)到FM197校時(shí)集線器中；

＊FM197校時(shí)集線器發(fā)到系統(tǒng)時(shí)間服務(wù)器中；

＊時(shí)間服務(wù)器定時(shí)或在本機(jī)時(shí)間改變時(shí)在網(wǎng)內(nèi)廣播校時(shí)包；

＊設(shè)置同時(shí)間服務(wù)器同步的客戶(hù)機(jī)收到校時(shí)包后改變本機(jī)系統(tǒng)時(shí)間；

＊客戶(hù)機(jī)開(kāi)始運(yùn)行系統(tǒng)時(shí)向時(shí)間服務(wù)器請(qǐng)求校時(shí)。

校時(shí)特點(diǎn)

＊控制系統(tǒng)校時(shí)收發(fā)以網(wǎng)絡(luò)傳遞為主；

＊ SOE關(guān)鍵快速時(shí)鐘校對(duì)以硬接線發(fā)秒脈沖為主，保證站間SOE時(shí)鐘誤差≤1ms, ；

＊采用校時(shí)集線器接受GPS時(shí)鐘信號(hào)，給DCS時(shí)鐘服務(wù)器、SIS系統(tǒng)及其他設(shè)備同時(shí)進(jìn)行校時(shí)；

＊網(wǎng)絡(luò)校時(shí)時(shí)鐘服務(wù)器唯一設(shè)置。

實(shí)現(xiàn)的控制功能

和利時(shí)HOLLiAS MACS系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集處理（DAS）、事件順序記錄（SOE）、歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和檢索（HSR）、輔機(jī)順序控制（SCS）、模擬量控制（MCS）、電氣控制（ECS）、鍋爐爐膛安全監(jiān)控（FSSS）及機(jī)爐協(xié)調(diào)控制（CCS）、自動(dòng)發(fā)電控制（AGC）等控制功能。

該系統(tǒng)以其良好的開(kāi)放性、擴(kuò)展性順利實(shí)現(xiàn)了與其他7個(gè)系統(tǒng)的通訊任務(wù)，分別為DEH/MEN監(jiān)控系統(tǒng)、爐管泄漏報(bào)警裝置、鍋爐吹灰控制系統(tǒng)、發(fā)電機(jī)勵(lì)磁裝置、廠用電監(jiān)控系統(tǒng)、溫度數(shù)據(jù)采集前端（IDAS）及廠級(jí)監(jiān)控系統(tǒng)（SIS）等。并與大屏幕EOS主機(jī)配合，實(shí)現(xiàn)了兩個(gè)大屏幕獨(dú)立于操作員之外即可雙屏分別顯示又可合為一屏顯示的功能。

SCS功能主要完成機(jī)組輔機(jī)、加熱器及各種閥門(mén)的操作、聯(lián)鎖、保護(hù)及程控等控制功能。

FSSS功能主要包括鍋爐自動(dòng)吹掃邏輯、油檢漏試驗(yàn)程控邏輯、MFT動(dòng)作及首出邏輯、OFT動(dòng)作及首出邏輯、冷卻風(fēng)系統(tǒng)的保護(hù)聯(lián)鎖24個(gè)油角的點(diǎn)火程控啟、停等等，各功能均有專(zhuān)用的操作、指示面板。

ECS功能除了完成對(duì)60個(gè)斷路器的控制外，還對(duì)廠用電切換裝置、機(jī)組勵(lì)磁裝置及同期裝置等電氣設(shè)備進(jìn)行操作控制。

MCS功能主要完成對(duì)165個(gè)調(diào)節(jié)設(shè)備的控制和50多套自動(dòng)調(diào)節(jié)回路。其中主汽溫度采用3級(jí)PID控制，為使閥門(mén)開(kāi)度與流量線性化特增加了一級(jí)流量控制PID；送風(fēng)風(fēng)量設(shè)定單獨(dú)采用了一個(gè)PID，通過(guò)參數(shù)設(shè)置實(shí)現(xiàn)風(fēng)煤交叉功能；給水設(shè)計(jì)為全程控制，低負(fù)荷（＜14%ECR）時(shí)用給水旁路閥調(diào)節(jié)汽包水位同時(shí)給水泵調(diào)節(jié)給水壓力，負(fù)荷14～20%ECR時(shí)采用給水泵進(jìn)行單沖量控制，高負(fù)荷（＞20%ECR）時(shí)采用給水泵進(jìn)行三沖量控制。對(duì)于自動(dòng)調(diào)節(jié)功能系統(tǒng)不僅給運(yùn)行人員提供了清晰明了的操作界面，也為熱工維護(hù)人員繪制了類(lèi)似SAMA圖式的調(diào)試界面，見(jiàn)下圖（給水全程控制調(diào)試畫(huà)面）：

后記

在項(xiàng)目相關(guān)各方單位的共同努力下，黔北電廠4×300MW工程#3機(jī)組的分部試運(yùn)和整套啟動(dòng)工作緊張有序，機(jī)組整個(gè)試運(yùn)過(guò)程僅用時(shí)不到4個(gè)月。自于2004年2月13日進(jìn)入整套啟動(dòng)試運(yùn)行，2月23日16：00達(dá)到滿負(fù)荷試運(yùn)條件并進(jìn)入168小時(shí)試運(yùn)行，至3月1日16：00圓滿完成168小時(shí)試運(yùn)，歷時(shí)僅17天。在168小時(shí)試運(yùn)行期間，機(jī)組連續(xù)帶滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)間為136小時(shí)，機(jī)組連續(xù)平均負(fù)荷為300.3MW，平均負(fù)荷率為100.1%，平均廠用電率5.28%，熱控自動(dòng)投入率95%，熱工保護(hù)投入率100%，熱控、電氣儀表投入率為100%，電氣自動(dòng)投入率100%，汽機(jī)各軸振、瓦振均達(dá)到優(yōu)良標(biāo)準(zhǔn)，汽機(jī)真空嚴(yán)密性試驗(yàn)優(yōu)良（48Pa/min），發(fā)電機(jī)漏氫量7.08Nm3/d，補(bǔ)水率10.6%，汽水品質(zhì)各項(xiàng)指標(biāo)合格。

#4機(jī)組于2004年9月19日進(jìn)入整套啟動(dòng)試運(yùn)行，9月22日14：00點(diǎn)達(dá)到滿負(fù)荷試運(yùn)條件，9月29日14：00點(diǎn)圓滿完成168小時(shí)滿負(fù)荷試運(yùn)，歷時(shí)10天。在168小時(shí)試運(yùn)行期間，機(jī)組連續(xù)帶滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)間為121小時(shí)，機(jī)組連續(xù)平均負(fù)荷為284.33MW，平均負(fù)荷率為94.78%，平均廠用電率5.787%，熱控自動(dòng)投入率95%，熱工保護(hù)投入率100%，電氣自動(dòng)、保護(hù)投入率100%，熱控、電氣儀表投入率均為100%，汽機(jī)各軸承，瓦振均達(dá)到優(yōu)良標(biāo)準(zhǔn)，汽機(jī)真空嚴(yán)密性試驗(yàn)優(yōu)良（48Pa/min），發(fā)電機(jī)漏氫量5.1Nm3/d，補(bǔ)水率8.78%，汽水品質(zhì)各項(xiàng)指標(biāo)合格。HOLLiAS MACS系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定正常，系統(tǒng)各項(xiàng)功能均投入使用。