2018冷热电联供机组工程辅助车间集中控制系统方案的研究
当今大型火电机组炉、机、电的运行管理水平已经日趋成熟，以下是小编搜集整理的一篇探究冷热电联供机组工程辅助车间集中控制系统方案的论文范文，欢迎阅读参考。摘要：近年来，随着现代计算机网络的不断发展、应用以及运行人员对电厂辅助系统工艺、控制理论认识的不断提高，借助计算机通讯网络，从工艺设计的合理性、控制设备选型的正确性方面着手，实现对全厂辅助车间相对集中监控及系统的自动运行已完全成为可能。本文主要介绍内蒙古科右中热电厂的辅助车间联网控制方案，可供工程中参考和借鉴。
【关键词】辅助车间 控制方案
当今大型火电机组炉、机、电的运行管理水平已经日趋成熟，可以做到炉、机、电集中监控，但是辅助车间仍有许多的电厂还在沿用水、煤、灰三个监控点。这就与提高全厂运行、管理水平、减员增效的理念相违背。所以各投资方越来越重视辅助车间控制系统的规划。所以设立辅助车间集中监控系统已经成为一种趋势。
1 辅助车间的监控范围
(1)水系统：包括锅炉补给水、凝结水精处理、化学加药和汽水取样、工业废水处理、煤水处理室、雨水泵房及生活污水处理站、综合水泵房、工业回收水泵房、含油废水处理室、复用水泵房。
(2)输煤系统：包括卸煤、储煤场、碎煤机、煤仓间、皮带运转层设备等和燃油泵房。
(3)灰渣系统：包括除灰渣、电袋除尘、烟气脱硫、全厂配气中心系统。
2 辅助车间集中监控系统的规划
京能盛乐是新建电厂，新建2台350MW机组。考虑到一台机组投产以后的经济效益，所以设置辅助车间集中监控系统，以达到减员增效的目的。
2.1 辅控网上层系统配置
(1)3台操作员站;
(2)1台工程师站;
(3)1台历史数据站;
(4)1台SIS接口工作站;
(5)2台互为热备的冗余服务器;
2.2 辅助车间监控点的设置
辅助车间控制系统主要分水系统、输煤、除灰渣(包含脱硫)三个子系统，整个系统设一个集中操作点，三个后备操作点。集中操作点、网络及操作设备设在主厂房集控室，辅网工程师站布置在主厂房工程师室。三个后备操作点设在三个子系统主设备附近，分别为水系统后备操作点、输煤后备操作点、除灰渣及脱硫后备操作点，作为前期系统调试、检修和事故处理用。在辅助车间运行成熟后取消水、煤、灰的临时监控点。达到全厂辅助车间集中监控。
2.2.1辅助车间控制系统方案
所有辅助车间设置1套独立的冗余控制网络，考虑辅助车间布置的分散性，辅助车间采用星形网络。预留与SIS系统通讯接口，控制系统采用杭州和利时的DCS控制系统。整个辅网BOP-DCS的可利用率至少为99.9%。全厂辅助车间控制系统网络配置详见附图。
2.2.2水、煤、灰临时监控点系统配置
(1)水系统。
a. 2台操作员站。
b. 2台互为热备的冗余服务器。
(2)煤系统。
a. 2台操作员站。
b. 2台互为热备的冗余服务器。
(3)灰系统。
a. 1台操作员站。
b. 2台互为热备的冗余服务器。
c. 3台操作员站(脱硫)。
d. 2台互为热备的冗余服务器(脱硫)。
2.2.3 灰系统控制系统设计原则及技术要求
灰系统(包含除灰、除渣、电袋除尘、全厂配气中心、脱硫)的临时监控在除灰综合控制楼4.10m控制室，电子设备间设在综合控制楼4.10m层，脱硫系统在就地区域设电子设备间，除灰、除渣、全厂配气中心的控制机柜统一布置在综合控制楼内电子设备间内。
灰网控制系统能对除灰系统、除渣系统、电袋除尘系统、脱硫系统、全厂配气中心进行集中监视、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。
LCD操作员站作为主要的人机接口方式，通过 LCD画面、键盘和鼠标对过程进行监视和控制，不设置常规的仪表盘及模拟屏。所有运行参数及报警信息均通过打印机进行记录并制表。
2.2.4 水系统控制系统设计原则及技术要求
水系统的临时监控在锅炉补给水处理车间0m控制室，锅炉补给水系统控制机柜布置在控制室单独隔开的设备间内。工业废水处理(含复用水泵房)、含煤废水、含油废水、汽水取样及化学加药、凝结水精处理系统的控制采用远程控制站，机柜在本车间电子设备间内。水系统其他辅助车间(包括工业回收水泵房、综合水泵房、雨水及生活污水处理室)采用远程I/O机柜，在水系统操作员站上统一监控。
水系统控制系统能对锅炉补给水处理、工业废水(包含复用水泵房)、凝结水精处理、汽水取样及化学加药、工业回收水泵房、含油废水系统、含煤废水处理、综合水泵房(含生活消防水系统)、雨水及生活污水处理系统进行集中监视、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。
LCD操作员站作为主要的人机接口方式，通过 LCD画面、键盘和鼠标对过程进行监视和控制，不设置常规的仪表盘及模拟屏。所有运行参数及报警信息均能通过打印机进行记录并制表。
2.2.5 电除尘系统控制
电袋除尘采用微机控制和本体清灰系统采用PLC控制+LCD画面显示，集中控制系统包括高、低压设备的运行控制，振打控制，电加热器的恒温控制，电机振打最优化控制，布袋除尘系统控制等。程控系统为一闭环控制系统，除尘系统能在除尘控制室进行集中控制。高压直流供电装置和低压供电装置的自动控制采用微机控制，布袋装置采用可编程序控制器(PLC)。程序控制系统符合常规程控系统配置要求。除尘工艺中的基本过程控制功能在PLC完成，优化控制功能和过程管理功能在上位监控机完成，具备停电后自恢复功能。
辅助车间集中监控系统与电袋除尘PLC控制系统进行冗余的通讯。使电袋除尘能够在除灰综合楼控制室和主厂房集中控制使内对电袋除尘进行监控。 2.2.6 输煤系统控制
输煤车间的环境较为恶劣，运行中过程量偏多。输煤控制系统要完成以下操作：上煤程控、配煤程控、系统监测管理、事故报警、事故自诊断、煤量统计、报表打印、供电系统监控等。
(1)程控设备的布置与安装。输煤综合楼设主控室，室内布置监控台与调度台，两者合为一体，其上放置两台上位机及工业电视控制主机等。控制台上另设紧急停机事故按钮。打印机放在侧面的专用台上。
程控设备如发生故障，BOP-DCS通过语音报警装置通知操作员。
输煤程控系统负责与翻车机、斗轮机遥控设备调度端、叶轮给煤机载波控制系统硬件接口部分及上位机端控制软件的编制工作，须满足将遥控部分与本系统融合成一完整系统的要求。
(2)输煤系统保护信号类型。
a. 机械保护：拉绳、跑偏、打滑、煤流、堵煤、撕裂。
b. 电气保护：过流、过负荷、控制电源故障、电源消失(电源开关跳闸)。
(3)系统性能要求。
a. 输煤控制系统具有远方自动、手动控制和就地控制能力的完整的集成系统，能可靠、高效率和安全运行，并提供系统运行必需的联锁、调节控制、运行程序、监控和报警。
b. 输煤控制系统设计留有扩建的余度，并使扩建设计时对原设计修改最少。
c. 主要功能的控制、报警、监控和保护按功能和实际情况进行最大限度的分隔，以保证一个功能的故障不会导致其他功能的故障或失效。注意保护系统的独立性以保证人身和设备安全。
d. 对系统的设备和它们的辅助设施建立功能组控制等级，以便允许运行人员在某些传感元件、元件或设备故障时，能选择较低的自动化程序，避免整个过程控制的丧失。
①单一故障不产生整个控制系统故障。
②任何故障不会导致输煤保护系统误操作或丧失保护功能。
③系统块的控制功能组的布置使任一块的故障仅使总的系统控制降低。这种降低可由人工干预予以补偿。
④控制系统考虑足够的冗余度。
e. 中间继电器的最低动作电压在其额定工作电压的30%和70%之间。
f. 在输煤控制室内的(LCD)上设置声卡和音箱，用于非正常状况的语音报警。还将语音报警信号接入广播呼叫系统。
2.2.7 烟气脱硫系统控制
烟气脱硫系统(FGD)设计范围包括：烟气系统、二氧化硫吸收系统、吸收剂供应与制备系统、石膏脱水及处理系统、工艺水系统、氧化风机等系统的监视控制。
烟气脱硫系统采用控制室集中控制方式，控制室设在综合控制楼。
机组烟气脱硫系统采用一套独立的DCS系统，在控制室通过DCS系统操作员站的LCD/鼠标并辅以少量的就地监视和控制实现脱硫系统设备的启动、正常运行工况的监视和调整、停机和事故处理。
烟气脱硫系统以FGD-DCS系统操作员站LCD/鼠标为主要监视和控制手段，对旁路挡板门等重要设备在主厂房集中控制室和灰网控制室分别设置紧急手动按钮，在紧急状态下，能自动或手动快速打开旁路挡板门，切除烟气脱硫系统，确保不因烟气脱硫系统的故障影响锅炉安全运行。除紧急操作按钮外，控制室内不设烟气脱硫系统其它常规监控设备。
烟气脱硫系统的顺序控制(SCS)按功能组、子功能组及驱动级三级设计，以子功能组为主。当FGD发生异常、故障或事故时，能通过联锁保护自动切除有关设备及系统，同时进行事故记录，并对异常参数或状态进行事故追忆。
当锅炉MFT动作时，自动停止FGD的运行。
脱硫分散控制系统FGD-DCS与机组分散控制系统DCS采用相同的硬件。
烟气脱硫系统FGD-DCS与机组DCS系统通过硬接线方式交换联锁保护信号，以保证机组的正常运行。
FGD将装设一套烟气连续排放监测系统(CEMS)，实时检测FGD入口和出口处的O2和SO2浓度，FGD出口处的NOx 浓度、粉尘含量等参数;测量值除在就地分析仪上显示外，还将送到FGD分散控制系统进行显示、控制和记录，当参数异常时，通过LCD进行报警并自动打印记录，及时为运行人员提供运行信息和操作指导，其中对烟气SO2浓度信号还将进行闭环控制。
3 辅网控制系统配置
控制器要求
(1)除灰、渣系统配置2对。
(2)全厂配气中心配置1对。
(3)输煤系统配置4对。
(4)锅炉补给水系统配置4对。
(5)汽水取样及化学加药配置1对。
(6)凝结水精处理配置1对。
(6)工业废水处理系统配置2对。
(7)含油废水处理系统1对。
(8)含煤废水处理系统1对。
(9)烟气脱硫系统5对。
4 辅控网网络接口
BOP-DCS具有与其他控制系统通讯的能力，系统的通讯接口支持RS232C，RS485/422和以太网方式连接，使用TCP/IP、MODBUS/MODBUS PLUS通讯协议。所有通讯接口内置于分散处理单元(DPU)，或作为一个独立的多功能网关挂在数据高速公路上。当接口用于过程监控需要双向通讯时，通讯接口为冗余(包括冗余通讯接口模件)，冗余的通讯接口在任何时候都同时工作。其中的任一通讯接口故障不对过程监控造成影响。
通过通讯接口接收到的所有数据可在控制系统的任意位置获取，并且能在操作员站上显示、报表记录、趋势、报警。所有其他控制系统与BOP-DCS的数据通讯可靠并具有快速响应/更新时间(当接口用于过程监控时，应Q1秒，其余应Q2秒)。
BOP-DCS通讯接口监视并报告所连设备是否处于正常工作状态。除过程信息之外，BOP-DCS还通过通讯接口获取其它控制系统中的故障诊断信息。该诊断信息由其它控制系统中的标准故障自诊断程序产生。当所连控制系统发生故障时，操作人员可通过操作员站上的信息得知相关工况。通讯接口本身能提供计算和逻辑功能，并可向BOP-DCS的所有功能提供所需数据。其它控制系统与BOP-DCS接口的重要控制相关信号除采用通讯方式外，同时还通过直接硬接线实现。 BOP-DCS与下述控制系统的通讯，如表1。
5 软件
(1)采用图形组态方式。
(2) 所有的算法和系统整定参数驻存在各处理器模件的非易失性存储器内，执行时不需要重新装载。
(3) 模拟量控制的处理器模件完成所有指定任务的最大执行周期不超过250ms，开关量控制的处理器执行周期不超过100ms，其中电气开关量不超过20ms。
(4)对需快速处理的模拟和顺序控制回路，其处理能力分别为每125ms和50ms执行一次。
(5) 模拟控制回路的组态，通过驻存在处理器模件中的各类逻辑块联接，直接采用SAMA图方式进行，并用易于识别的工程名称加以标明。还可在工程师站上根据指令，以SAMA图形式打印出已完成的所有系统组态。
(6)在工程师工作站上能对系统组态进行在线修改。系统内测点的增减或变换，不必重新编译整个系统的程序。
(7)在程序编辑或修改完成后，能通过数据高速公路将系统组态程序装入各有关的处理器模件，而不影响系统的正常运行。
(8) 顺序控制的所有控制、监视、报警和故障判断等功能，均由处理器模件提供。
(9)顺序逻辑的编程使顺控的每一部份都能在LCD上显示，并且各个状态都能在操作员站上得到监视。
(10) 所有顺序控制逻辑的组态都在系统内完成，而不采用外部硬接线、专用开关或其他替代物作为组态逻辑的输入。
(11) 顺序控制逻辑采用熟悉的，类似于继电器型式的功能符号，以逻辑图或梯形图格式进行组态。并可在工程师站上按指令要求，以图形方式打印出已组态的逻辑。
(12)查找故障的系统自诊断功能能诊断至模件的通道级故障。报警功能使运行人员能方便地辨别和解决各种问题。
(13)整个BOP-DCS系统保证统一的数据库，任何数据库的维护和修改对BOP-DCS系统一次完成。
6 系统扩展
控制系统提供下列备用余量，以供系统以后扩展需要：
(1)每个机柜内的每种类型I/O测点都有15%的余量。
(2)每个机柜内有15%模件插槽余量。所有备用插槽配置必要的硬件，保证今后插入模件就能投入运行。
(3)控制器站的处理器处理能力有40%余量，操作员站处理器处理能力有60%余量。系统具有实时计算和显示负荷率或余量的能力。
(4)控制站和工作站处理器有50%存储余量，工作站有60%外存余量。
(5)40%电源余量。电源分配柜考虑20%的回路备用量。
(6)网络通讯总线负荷率不大于40%(总线以太网通讯负荷率不大于20%)。
(7)在机柜空间允许范围内提供适量的备用继电器(不包括原备用DO点对应的继电器)。
7 电源
在水系统、灰系统、煤系统设置DCS电源柜，用于给DCS机柜供电。电源柜能接受买方提供的二路交流220V10%，50HZ2.5HZ的单相电源。任一路电源故障都报警，二路冗余电源通过二极管切换回路耦合，在一路电源故障时自动切换到另一路，以保证任何一路电源的故障均不会导致系统的任一部分失电和影响控制系统正常工作。
辅网系统远程站的电源由于距以上三个临时集中监控点较远，所以远程站的电源由就近的电气配电装置提供。并在各个系统的远程控制站设置不停电电源装置UPS装置。UPS装置要求如下：是有一线直接接地的单相两线制系统，其技术指标为：
(1)电压稳定度：稳态时不大于2%，动态过程中不大于10%。
(2)频率稳定度：稳态时不大于1%，动态过程中不大于2%。
(3)波形失真度：不大于 5%。
(4) 备用电源切换时间：不大于 5ms。
(5)厂用交流电源中断情况下，UPS 能保证连续供电半小时。
8 外围设备
8.1 灰系统和水系统打印机配置
(1) 灰系统临时监控点打印机。
3台黑白激光A3打印机(2台用于脱硫系统)
(2)水网系统临时监控点打印机。
1台黑白激光A3打印机。
(3)输煤系统监控点打印机。
1台黑白激光A3打印机。
8.2 主厂房集中控制室打印机配置
(1)1台黑白激光A3打印机，布置在集中控制室。
(2)1台彩色激光A3图形打印机，布置在工程师室。
8.3 数据存储装置
为每台操作员站提供可读写光盘驱动器用于系统程序和应用程序的安装。工程师站、历史数据站均配置用于长期存储数据和装载系统和应用程序的的可读写光盘驱动器及USB驱动接口。
9 结束语
本工程除电袋除尘系统车间由于工艺特点的控制需要而采用PLC+上位机的控制方式外，其余的辅助车间的控制系统全部采用与主机组相同硬件的DCS控制系统。这就很大的程度上做到了全厂控制系统硬件的统一。给运行和维护人员带来了方便。另外，设置辅助车间集中监控系统BOP-DCS，使电厂减少运行人员。做到了减员增效。
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