冷熱電聯供機組工程輔助車間集中控制系統方案的研究
當今大型火電機組爐、機、電的運行管理水平已經日趨成熟，以下是小編搜集整理的一篇探究冷熱電聯供機組工程輔助車間集中控制系統方案的論文范文，歡迎閱讀參考。
摘要：近年來，隨著現代計算機網絡的不斷發展、應用以及運行人員對電廠輔助系統工藝、控制理論認識的不斷提高，借助計算機通訊網絡，從工藝設計的合理性、控制設備選型的正確性方面著手，實現對全廠輔助車間相對集中監控及系統的自動運行已完全成為可能。本文主要介紹內蒙古科右中熱電廠的輔助車間聯網控制方案，可供工程中參考和借鑒。
【關鍵詞】輔助車間 控制方案
當今大型火電機組爐、機、電的運行管理水平已經日趨成熟，可以做到爐、機、電集中監控，但是輔助車間仍有許多的電廠還在沿用水、煤、灰三個監控點。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的規劃。所以設立輔助車間集中監控系統已經成為一種趨勢。
1 輔助車間的監控范圍
(1)水系統：包括鍋爐補給水、凝結水精處理、化學加藥和汽水取樣、工業廢水處理、煤水處理室、雨水泵房及生活污水處理站、綜合水泵房、工業回收水泵房、含油廢水處理室、復用水泵房。
(2)輸煤系統：包括卸煤、儲煤場、碎煤機、煤倉間、皮帶運轉層設備等和燃油泵房。
(3)灰渣系統：包括除灰渣、電袋除塵、煙氣脫硫、全廠配氣中心系統。
2 輔助車間集中監控系統的規劃
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以后的經濟效益，所以設置輔助車間集中監控系統，以達到減員增效的目的。
2.1 輔控網上層系統配置
(1)3臺操作員站;
(2)1臺工程師站;
(3)1臺歷史數據站;
(4)1臺SIS接口工作站;
(5)2臺互為熱備的冗余服務器;
2.2 輔助車間監控點的設置
輔助車間控制系統主要分水系統、輸煤、除灰渣(包含脫硫)三個子系統，整個系統設一個集中操作點，三個后備操作點。集中操作點、網絡及操作設備設在主廠房集控室，輔網工程師站布置在主廠房工程師室。三個后備操作點設在三個子系統主設備附近，分別為水系統后備操作點、輸煤后備操作點、除灰渣及脫硫后備操作點，作為前期系統調試、檢修和事故處理用。在輔助車間運行成熟后取消水、煤、灰的臨時監控點。達到全廠輔助車間集中監控。
2.2.1輔助車間控制系統方案
所有輔助車間設置1套獨立的冗余控制網絡，考慮輔助車間布置的分散性，輔助車間采用星形網絡。預留與SIS系統通訊接口，控制系統采用杭州和利時的DCS控制系統。整個輔網BOP-DCS的可利用率至少為99.9%。全廠輔助車間控制系統網絡配置詳見附圖。
2.2.2水、煤、灰臨時監控點系統配置
(1)水系統。
a. 2臺操作員站。
b. 2臺互為熱備的冗余服務器。
(2)煤系統。
a. 2臺操作員站。
b. 2臺互為熱備的冗余服務器。
(3)灰系統。
a. 1臺操作員站。
b. 2臺互為熱備的冗余服務器。
c. 3臺操作員站(脫硫)。
d. 2臺互為熱備的冗余服務器(脫硫)。
2.2.3 灰系統控制系統設計原則及技術要求
灰系統(包含除灰、除渣、電袋除塵、全廠配氣中心、脫硫)的臨時監控在除灰綜合控制樓4.10m控制室，電子設備間設在綜合控制樓4.10m層，脫硫系統在就地區域設電子設備間，除灰、除渣、全廠配氣中心的控制機柜統一布置在綜合控制樓內電子設備間內。
灰網控制系統能對除灰系統、除渣系統、電袋除塵系統、脫硫系統、全廠配氣中心進行集中監視、管理、自動順序控制及閉環控制，并可實現全自動、遠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、鍵盤和鼠標對過程進行監視和控制，不設置常規的儀表盤及模擬屏。所有運行參數及報警信息均通過打印機進行記錄并制表。
2.2.4 水系統控制系統設計原則及技術要求
水系統的臨時監控在鍋爐補給水處理車間0m控制室，鍋爐補給水系統控制機柜布置在控制室單獨隔開的設備間內。工業廢水處理(含復用水泵房)、含煤廢水、含油廢水、汽水取樣及化學加藥、凝結水精處理系統的控制采用遠程控制站，機柜在本車間電子設備間內。水系統其他輔助車間(包括工業回收水泵房、綜合水泵房、雨水及生活污水處理室)采用遠程I/O機柜，在水系統操作員站上統一監控。
水系統控制系統能對鍋爐補給水處理、工業廢水(包含復用水泵房)、凝結水精處理、汽水取樣及化學加藥、工業回收水泵房、含油廢水系統、含煤廢水處理、綜合水泵房(含生活消防水系統)、雨水及生活污水處理系統進行集中監視、管理、自動順序控制及閉環控制，并可實現全自動、遠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、鍵盤和鼠標對過程進行監視和控制，不設置常規的儀表盤及模擬屏。所有運行參數及報警信息均能通過打印機進行記錄并制表。
2.2.5 電除塵系統控制
電袋除塵采用微機控制和本體清灰系統采用PLC控制+LCD畫面顯示，集中控制系統包括高、低壓設備的運行控制，振打控制，電加熱器的恒溫控制，電機振打最優化控制，布袋除塵系統控制等。程控系統為一閉環控制系統，除塵系統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)。程序控制系統符合常規程控系統配置要求。除塵工藝中的基本過程控制功能在PLC完成，優化控制功能和過程管理功能在上位監控機完成，具備停電后自恢復功能。
輔助車間集中監控系統與電袋除塵PLC控制系統進行冗余的通訊。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對電袋除塵進行監控。 2.2.6 輸煤系統控制
輸煤車間的環境較為惡劣，運行中過程量偏多。輸煤控制系統要完成以下操作：上煤程控、配煤程控、系統監測管理、事故報警、事故自診斷、煤量統計、報表打印、供電系統監控等。
(1)程控設備的布置與安裝。輸煤綜合樓設主控室，室內布置監控臺與調度臺，兩者合為一體，其上放置兩臺上位機及工業電視控制主機等。控制臺上另設緊急停機事故按鈕。打印機放在側面的專用臺上。
程控設備如發生故障，BOP-DCS通過語音報警裝置通知操作員。
輸煤程控系統負責與翻車機、斗輪機遙控設備調度端、葉輪給煤機載波控制系統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融合成一完整系統的要求。
(2)輸煤系統保護信號類型。
a. 機械保護：拉繩、跑偏、打滑、煤流、堵煤、撕裂。
b. 電氣保護：過流、過負荷、控制電源故障、電源消失(電源開關跳閘)。
(3)系統性能要求。
a. 輸煤控制系統具有遠方自動、手動控制和就地控制能力的完整的集成系統，能可靠、高效率和安全運行，并提供系統運行必需的聯鎖、調節控制、運行程序、監控和報警。
b. 輸煤控制系統設計留有擴建的余度，并使擴建設計時對原設計修改最少。
c. 主要功能的控制、報警、監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致其他功能的故障或失效。注意保護系統的獨立性以保證人身和設備安全。
d. 對系統的設備和它們的輔助設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。
①單一故障不產生整個控制系統故障。
②任何故障不會導致輸煤保護系統誤操作或喪失保護功能。
③系統塊的控制功能組的布置使任一塊的故障僅使總的系統控制降低。這種降低可由人工干預予以補償。
④控制系統考慮足夠的冗余度。
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. 在輸煤控制室內的(LCD)上設置聲卡和音箱，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。
2.2.7 煙氣脫硫系統控制
煙氣脫硫系統(FGD)設計范圍包括：煙氣系統、二氧化硫吸收系統、吸收劑供應與制備系統、石膏脫水及處理系統、工藝水系統、氧化風機等系統的監視控制。
煙氣脫硫系統采用控制室集中控制方式，控制室設在綜合控制樓。
機組煙氣脫硫系統采用一套獨立的DCS系統，在控制室通過DCS系統操作員站的LCD/鼠標并輔以少量的就地監視和控制實現脫硫系統設備的啟動、正常運行工況的監視和調整、停機和事故處理。
煙氣脫硫系統以FGD-DCS系統操作員站LCD/鼠標為主要監視和控制手段，對旁路擋板門等重要設備在主廠房集中控制室和灰網控制室分別設置緊急手動按鈕，在緊急狀態下，能自動或手動快速打開旁路擋板門，切除煙氣脫硫系統，確保不因煙氣脫硫系統的故障影響鍋爐安全運行。除緊急操作按鈕外，控制室內不設煙氣脫硫系統其它常規監控設備。
煙氣脫硫系統的順序控制(SCS)按功能組、子功能組及驅動級三級設計，以子功能組為主。當FGD發生異常、故障或事故時，能通過聯鎖保護自動切除有關設備及系統，同時進行事故記錄，并對異常參數或狀態進行事故追憶。
當鍋爐MFT動作時，自動停止FGD的運行。
脫硫分散控制系統FGD-DCS與機組分散控制系統DCS采用相同的硬件。
煙氣脫硫系統FGD-DCS與機組DCS系統通過硬接線方式交換聯鎖保護信號，以保證機組的正常運行。
FGD將裝設一套煙氣連續排放監測系統(CEMS)，實時檢測FGD入口和出口處的O2和SO2濃度，FGD出口處的NOx 濃度、粉塵含量等參數;測量值除在就地分析儀上顯示外，還將送到FGD分散控制系統進行顯示、控制和記錄，當參數異常時，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，其中對煙氣SO2濃度信號還將進行閉環控制。
3 輔網控制系統配置
控制器要求
(1)除灰、渣系統配置2對。
(2)全廠配氣中心配置1對。
(3)輸煤系統配置4對。
(4)鍋爐補給水系統配置4對。
(5)汽水取樣及化學加藥配置1對。
(6)凝結水精處理配置1對。
(6)工業廢水處理系統配置2對。
(7)含油廢水處理系統1對。
(8)含煤廢水處理系統1對。
(9)煙氣脫硫系統5對。
4 輔控網網絡接口
BOP-DCS具有與其他控制系統通訊的能力，系統的通訊接口支持RS232C，RS485/422和以太網方式連接，使用TCP/IP、MODBUS/MODBUS PLUS通訊協議。所有通訊接口內置于分散處理單元(DPU)，或作為一個獨立的多功能網關掛在數據高速公路上。當接口用于過程監控需要雙向通訊時，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控造成影響。
通過通訊接口接收到的所有數據可在控制系統的任意位置獲取，并且能在操作員站上顯示、報表記錄、趨勢、報警。所有其他控制系統與BOP-DCS的數據通訊可靠并具有快速響應/更新時間(當接口用于過程監控時，應�Q1秒，其余應�Q2秒)。
BOP-DCS通訊接口監視并報告所連設備是否處于正常工作狀態。除過程信息之外，BOP-DCS還通過通訊接口獲取其它控制系統中的故障診斷信息。該診斷信息由其它控制系統中的標準故障自診斷程序產生。當所連控制系統發生故障時，操作人員可通過操作員站上的信息得知相關工況。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據。其它控制系統與BOP-DCS接口的重要控制相關信號除采用通訊方式外，同時還通過直接硬接線實現。 BOP-DCS與下述控制系統的通訊，如表1。
5 軟件
(1)采用圖形組態方式。
(2) 所有的算法和系統整定參數駐存在各處理器模件的非易失性存儲器內，執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的最大執行周期不超過250ms，開關量控制的處理器執行周期不超過100ms，其中電氣開關量不超過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執行一次。
(5) 模擬控制回路的組態，通過駐存在處理器模件中的各類邏輯塊聯接，直接采用SAMA圖方式進行，并用易于識別的工程名稱加以標明。還可在工程師站上根據指令，以SAMA圖形式打印出已完成的所有系統組態。
(6)在工程師工作站上能對系統組態進行在線修改。系統內測點的增減或變換，不必重新編譯整個系統的程序。
(7)在程序編輯或修改完成后，能通過數據高速公路將系統組態程序裝入各有關的.處理器模件，而不影響系統的正常運行。
(8) 順序控制的所有控制、監視、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，并且各個狀態都能在操作員站上得到監視。
(10) 所有順序控制邏輯的組態都在系統內完成，而不采用外部硬接線、專用開關或其他替代物作為組態邏輯的輸入。
(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。并可在工程師站上按指令要求，以圖形方式打印出已組態的邏輯。
(12)查找故障的系統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系統保證統一的數據庫，任何數據庫的維護和修改對BOP-DCS系統一次完成。
6 系統擴展
控制系統提供下列備用余量，以供系統以后擴展需要：
(1)每個機柜內的每種類型I/O測點都有15%的余量。
(2)每個機柜內有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。系統具有實時計算和顯示負荷率或余量的能力。
(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)網絡通訊總線負荷率不大于40%(總線以太網通訊負荷率不大于20%)。
(7)在機柜空間允許范圍內提供適量的備用繼電器(不包括原備用DO點對應的繼電器)。
7 電源
在水系統、灰系統、煤系統設置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致系統的任一部分失電和影響控制系統正常工作。
輔網系統遠程站的電源由于距以上三個臨時集中監控點較遠，所以遠程站的電源由就近的電氣配電裝置提供。并在各個系統的遠程控制站設置不停電電源裝置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，其技術指標為：
(1)電壓穩定度：穩態時不大于±2%，動態過程中不大于±10%。
(2)頻率穩定度：穩態時不大于±1%，動態過程中不大于±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 能保證連續供電半小時。
8 外圍設備
8.1 灰系統和水系統打印機配置
(1) 灰系統臨時監控點打印機。
3臺黑白激光A3打印機(2臺用于脫硫系統)
(2)水網系統臨時監控點打印機。
1臺黑白激光A3打印機。
(3)輸煤系統監控點打印機。
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 數據存儲裝置
為每臺操作員站提供可讀寫光盤驅動器用于系統程序和應用程序的安裝。工程師站、歷史數據站均配置用于長期存儲數據和裝載系統和應用程序的的可讀寫光盤驅動器及USB驅動接口。
9 結束語
本工程除電袋除塵系統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全部采用與主機組相同硬件的DCS控制系統。這就很大的程度上做到了全廠控制系統硬件的統一。給運行和維護人員帶來了方便。另外，設置輔助車間集中監控系統BOP-DCS，使電廠減少運行人員。做到了減員增效。
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