引言

近年來,隨著國家能源結(jié)構(gòu)的調(diào)整以及對節(jié)能環(huán)保的進(jìn)一步重視,燃煤火電機(jī)組的投建工作已受到明顯制約,而燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)機(jī)組憑借效率高、啟動快、環(huán)境污染小、調(diào)峰性能好等優(yōu)點(diǎn),正逐漸成為未來電力行業(yè)發(fā)展的一個主要方向。多年的國內(nèi)外應(yīng)用研究表明,燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)機(jī)組技術(shù)已趨于成熟,其中F級聯(lián)合循環(huán)機(jī)組整體效率可達(dá)58%~60%,而兼顧發(fā)電和供熱的機(jī)組,其熱效率可達(dá)到88%以上。

燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)機(jī)組由燃?xì)廨啓C(jī)與余熱鍋爐、蒸汽輪機(jī)共同構(gòu)成,燃?xì)廨啓C(jī)做功后排出的高溫?zé)煔膺M(jìn)入余熱鍋爐將給水加熱成蒸汽,再將蒸汽注入蒸汽輪機(jī)。由于燃?xì)廨啓C(jī)核心部件加工條件極其苛刻以及核心技術(shù)依舊由國外幾大公司掌握,國內(nèi)燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)機(jī)組的主要設(shè)備還需從國外進(jìn)口,其控制系統(tǒng)及控制策略也都由國外提供,因此研發(fā)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的分散控制系統(tǒng)并實現(xiàn)其在9F級重型燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)機(jī)組中的成功應(yīng)用,對于打破國外技術(shù)壟斷,提高我國電力自動化水平具有長遠(yuǎn)意義。

石家莊2×9F燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)機(jī)組燃?xì)廨啓C(jī)采用西門子9F型燃機(jī),型號為SGT5-4000F,型式為單軸、重型(工業(yè)型),額定出力為311.95MM,控制系統(tǒng)采用西門子T3000系統(tǒng):余熱鍋爐由東方菱日鍋爐有限公司生產(chǎn),型式為臥式、三壓、無補(bǔ)燃:蒸汽輪機(jī)由東方電氣股份有限公司生產(chǎn),型號為wL145-11.7/563/563,型式為沖動式、三壓、再熱、雙缸、帶3S離合器、下排汽、抽凝供熱,額定出力為144MM:DCS及DEH控制系統(tǒng)均采用國電南自維美德自動化有限公司自主研發(fā)的maxDLA大型分散控制系統(tǒng)。

maxDLA是一套由國電南自維美德自動化有限公司自主研發(fā)的大型分散控制系統(tǒng),目前已成功實現(xiàn)在華電石家莊2×9F燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)機(jī)組中DCS和DEH一體化應(yīng)用,運(yùn)行安全可靠,操作方便快捷。

1maxDNA控制系統(tǒng)

1.1maxDNA控制系統(tǒng)概述及其技術(shù)特點(diǎn)

maxDLA控制系統(tǒng)源自美國利諾公司,其產(chǎn)品歷經(jīng)4代,分別為MAx1、MAx1000、MAx100+以及maxDLA,是20世紀(jì)電力部電廠控制系統(tǒng)準(zhǔn)入八大系統(tǒng)之一,maxDLA控制系統(tǒng)經(jīng)過90多年的技術(shù)研究和工程累積,目前已為全球1000多個工廠提供了可靠、高效的服務(wù),并取得了眾多成功業(yè)績。maxDLA系統(tǒng)架構(gòu)由底層I/o、控制器層、外部連接(第三方通信)、操作員接口層、信息管理層及工廠管理層組成,是一套成熟可靠的分散控制系統(tǒng)。

1.2maxDNA系統(tǒng)硬件部分

maxDLA控制系統(tǒng)提供了高可靠性的DPU,DPU安裝在winux操作系統(tǒng)下,采用工業(yè)嵌入式應(yīng)用處理器一IntelAtom控制處理器,主頻為1GHz,是maxDLA控制系統(tǒng)的硬件處理引擎,可完成模擬控制、順序控制和數(shù)據(jù)采集,具有優(yōu)異的數(shù)據(jù)處理能力及穩(wěn)定性。另外,在控制器內(nèi)通信處理器和運(yùn)算處理器是相互獨(dú)立的,從而保證了通信及數(shù)據(jù)處理的實時性和可靠性。同時DPU內(nèi)有多速處理系統(tǒng),可允許采用三種不同時間等級,最快掃描周期可達(dá)10mS。maxDLA控制系統(tǒng)同時還提供了種類眾多的高可靠性I/O模件,主要包括模擬量輸入模塊AI、模擬量輸出模塊A0、熱電阻輸入模塊RTD、熱電偶輸入模塊TC、開關(guān)量輸入模塊DI、開關(guān)量輸出模塊DO、脈沖輸入模塊PI、I/O總線擴(kuò)展模塊、串口通信模塊、現(xiàn)場總線接口模塊等。

1.3maxDN系統(tǒng)軟件部分

maxDNA控制系統(tǒng)采用windowS操作系統(tǒng),界面直觀,操作方便,可支持winxP、win7及win10操作系統(tǒng)。maxDNA控制系統(tǒng)離線組態(tài)軟件采用maxDPUToo1S,其提供了表格式和圖形化兩種組態(tài)方式,并可根據(jù)現(xiàn)場實際情況通過基本功能塊組合或腳本自定義生成新的功能塊,擴(kuò)展能力強(qiáng),并支持增量在線下裝和離線全局下裝組態(tài)。在線組態(tài)修改軟件maxVUE可在線修改邏輯,即時生效,為系統(tǒng)的調(diào)試和維護(hù)帶來了極大的便利,maxVUE軟件同時還是簡單易學(xué)的畫面工具,具有豐富的控件,足以滿足現(xiàn)場所需的各種要求,并提供強(qiáng)大的腳本支持,以滿足用戶各種特殊需求。maxVUERuntime軟件作為工業(yè)控制過程畫面監(jiān)視工具,提供了報警信息查詢、事件記錄、報表生成及打印、強(qiáng)制點(diǎn)查詢等諸多方便實用的功能。

1.4maxDN系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

maxDNA控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)主要由現(xiàn)場控制單元、通信網(wǎng)絡(luò)maxNET以及人機(jī)界面maxSTATI0N組成。maxDNA的現(xiàn)場控制單元主要由maxDPU和maxPACI/O模塊組成,現(xiàn)場控制系統(tǒng)內(nèi)的控制器、電源以及網(wǎng)絡(luò)均采用冗余配置,完全滿足電廠控制要求,I/O總線擴(kuò)展模塊BEM可通過光纜連接本地I/O柜和遠(yuǎn)程I/O柜,最遠(yuǎn)傳輸距離可達(dá)2000m。maxNET采用可靠的交換式快速以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn),主干網(wǎng)支持全雙工工作方式,可有效提高通信速度和帶寬,交換機(jī)支持多路同時通信,任一時刻,由通信活動和指令來指定通信路徑,均可同時完成雙向的和各站間通信,并且不會產(chǎn)生沖突。

2石家莊9F級燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)機(jī)組DCS設(shè)計

2.1石家莊9F級燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)機(jī)組DCS系統(tǒng)簡介

華電石家莊熱電廠DCS控制系統(tǒng)包括單元機(jī)組和公用系統(tǒng),單元機(jī)組按系統(tǒng)劃分可分為鍋爐系統(tǒng)、汽機(jī)系統(tǒng)及電氣系統(tǒng):公用系統(tǒng)按系統(tǒng)劃分可分為公用電氣系統(tǒng)、公用熱控系統(tǒng)及輔網(wǎng)系統(tǒng),其中公用熱控系統(tǒng)主要由熱網(wǎng)系統(tǒng)、壓縮空氣、調(diào)壓站、增壓機(jī)及制冷站等部分組成,輔網(wǎng)系統(tǒng)按分系統(tǒng)劃分又可劃分為化學(xué)水、工業(yè)廢水、生活污水、循環(huán)水加藥及尿素區(qū)。

石家莊2×9F燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)機(jī)組DCS設(shè)計內(nèi)容主要包括硬件和軟件兩個部分:(1)硬件設(shè)計主要為根據(jù)現(xiàn)場電纜清冊、現(xiàn)場橋架布置、系統(tǒng)劃分及現(xiàn)場要求對I/O清冊及DPU進(jìn)行分配,對控制柜I/O模塊進(jìn)行選型及分配,并設(shè)計生產(chǎn)控制柜,設(shè)計接地電纜、電源電纜及網(wǎng)絡(luò)電纜清冊:(2)軟件部分主要為根據(jù)現(xiàn)場要求采購并配置工作站,搭建現(xiàn)場DCS網(wǎng)絡(luò)平臺,完成監(jiān)控畫面編輯、邏輯組態(tài)等工作。

2.2xPU分配及機(jī)柜設(shè)計

根據(jù)現(xiàn)場電纜清冊、系統(tǒng)劃分及現(xiàn)場要求,單元機(jī)組共設(shè)計l4對DPU、21面I/O控制柜、1面繼電器柜、1面電源柜及1面網(wǎng)絡(luò)柜。其中鍋爐系統(tǒng)共設(shè)計4對DPU、7面I/O控制柜:汽機(jī)系統(tǒng)共設(shè)計7對DPU、10面I/O控制柜,其中1對DPU專門用于APS:電氣系統(tǒng)共設(shè)計3對DPU、4面I/O控制柜、1面繼電器柜。單元機(jī)柜均布置在單元電子間。

公用系統(tǒng)共設(shè)計9對DPU、l5面I/O控制柜、1面繼電器柜、2面電源柜及2面網(wǎng)絡(luò)柜。其中公用電氣系統(tǒng)共設(shè)計2對DPU、2面I/O控制柜、1面繼電器柜:熱網(wǎng)系統(tǒng)、壓縮空氣、調(diào)壓站及制冷站共設(shè)計2對DPU、4面I/O控制柜,其中調(diào)壓站大部分測點(diǎn)通過第三方通信接入DCS系統(tǒng):化水系統(tǒng)共設(shè)計2對DPU、4面I/O控制柜:工業(yè)廢水及生活污水共設(shè)計1對DPU、3面I/O控制柜,生活廢水通過I/O總線擴(kuò)展模塊BEM連接至工業(yè)廢水系統(tǒng):尿素區(qū)共設(shè)計1對DPU、1面I/O控制柜:循環(huán)水加藥共設(shè)計1對DPU、1面I/O控制柜。公用電氣系統(tǒng)及公用熱控系統(tǒng)控制柜均布置在單元電子間,化學(xué)水、工業(yè)廢水、生活污水、循環(huán)水加藥及尿素區(qū)系統(tǒng)控制柜分布在各個分系統(tǒng)就地電子間。

2.3I/O模件選型及分配

現(xiàn)場控制信號類型可分為模擬量輸入模塊AI、模擬量輸出模塊A0、熱電偶輸入模塊TC、熱電阻輸入模塊RTD、開關(guān)量輸入模塊DI、開關(guān)量輸出模塊DO、脈沖輸入模塊PI、事件順序記錄信號SOE以及I/O總線擴(kuò)展模塊BEM。石家莊DCS側(cè)設(shè)計測點(diǎn)如表l所示,單元系統(tǒng)的模件數(shù)量統(tǒng)計如表2所示。單元系統(tǒng)測點(diǎn)總數(shù)為4280,公用系統(tǒng)測點(diǎn)總數(shù)為3047,考慮到系統(tǒng)的安全性、可靠性及經(jīng)濟(jì)性,在模件設(shè)計時,模擬量在現(xiàn)有測點(diǎn)的基礎(chǔ)上增加25%的冗余度,開關(guān)量在現(xiàn)有測點(diǎn)的基礎(chǔ)上增加20%的冗余度。

2.4工作站配置

每套單元機(jī)組共配置7臺工作站及3臺打印機(jī),在集控室設(shè)置3臺操作員站及2臺打印機(jī),在工程師站間設(shè)置1臺工程師站、1臺高性能歷史站、1臺與SIS通信的0pC站、1臺LINK站以及1臺打印機(jī),LINK站用于與大屏LED及電氣PLC進(jìn)行通信。

公用系統(tǒng)共配置8臺工作站及2臺打印機(jī),在集控室設(shè)置2臺操作員站及1臺打印機(jī),在工程師站間設(shè)置1臺工程師站、1臺高性能歷史站、1臺具有LINK站功能的0pC站以及1臺打印機(jī),在化學(xué)水、工業(yè)廢水以及尿素區(qū)各設(shè)置1臺操作員站,公用系統(tǒng)0pC站除與SIS通信外,還與電氣PLC、調(diào)壓站及增壓機(jī)進(jìn)行485通信。

2.5系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計

MaxNet通信網(wǎng)絡(luò)將每臺機(jī)組的分散控制單元(DpU)、MaxLINKs接口機(jī)、工程師站、歷史站、操作員站、大屏幕系統(tǒng)及公用系統(tǒng)的分散控制單元(DpU)、MaxLINKs接口機(jī)、工程師站連接在一起,并通過應(yīng)用服務(wù)器與電廠SIS網(wǎng)絡(luò)連接,2臺機(jī)組網(wǎng)絡(luò)之間通過公用系統(tǒng)的一對交換機(jī)進(jìn)行連接。每臺機(jī)組通過4對總線擴(kuò)展模件(BEM)將空壓機(jī)遠(yuǎn)程、燃油泵房遠(yuǎn)程、爐頂遠(yuǎn)程、發(fā)電機(jī)遠(yuǎn)程連接到相應(yīng)的遠(yuǎn)程控制單元(RpU)中。系統(tǒng)的整個網(wǎng)絡(luò)在硬件底層是連通的,在應(yīng)用層面上采用特有的域機(jī)制,將其劃分為3個不同的域,1單元可以同時訂閱自身域以及公用域的數(shù)據(jù),2單元可以同時訂閱自身域以及公用域的數(shù)據(jù),公用域可以同時訂閱自身域以及2個單元域的數(shù)據(jù)。網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如圖1所示。

3結(jié)論

maxDNA大型分散控制系統(tǒng)在華電石家莊2×9F雙軸燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)機(jī)組中得到了成功應(yīng)用,自機(jī)組投運(yùn)以來,maxDNA控制系統(tǒng)運(yùn)行安全可靠,各項功能完備,各項性能指標(biāo)突出,獲得了用戶的一致認(rèn)可。