HOLLiAS—MACS,V,DCS控制系统在供热发电机组的应用
时间：2021-04-07 07:51:23 来源：达达文档网 本文已影响 人 
【摘 要】针对传统发电厂中蒸汽热能被大量浪费的情况，大唐渭河热电厂启动热电联产技改工程，将这些蒸汽用来为周边地区供热。本文基于HOLLiAS-MACS V DCS控制系统在渭河热电厂的成功应用，介绍该热电厂的DCS控制系统的网络结构、硬件配置、软件组态、系统的监控界面，系统的控制方式及主要控制系统。该控制系统完善和提高电气系统的运行监控能力和水平，提高了电气控制的可靠性，并最终达到完全集控运行能力。由其组成的机组已顺利并网发电供热两年，供热容量仍在扩展中，热用户覆盖广大周边地区。
【关键词】DCS；网络结构；站；控制系统
【Abstract】For the situation of the lots of wasting of steam heat in conventional power plants， the Datang Weihe Thermal Power Plant started technical renovation project of cogeneration to use these steam heat for the surrounding area heating. Based on the successful application of HOLLiAS-MACS V DCS system in Weihe Thermal Power Plant， this article introduces the Network Structure， the Hardware Configuration， the Software Configuration， the System Monitoring Interface， the Control Method of System and the Main Control System of the DCS system in thermal power plant. The control system has refined and improved the ability and level of the operation monitoring of the electrical system， improved the reliability of the electrical control and achieved the fully integrated control running ability ultimately. The crew consisting of the system has been combined to the grid heating smoothly two years， the heating capacity is still in the expansion and the heat users have covered the surrounding area.
【Key words】Distributed Control System （DCS）；Network Structure；Station；Control System
0 引言
传统纯凝汽式电厂中蒸汽在汽轮机做完功后，排入凝汽器凝结成水，浪费热能，且排出污水破坏环境。热电厂利用汽轮机较高压力的排汽或可调节抽汽送给热用户在产生电能的同时对外供热，即提高能源利用率又保护了环境，是我国发电厂的必然发展趋势。
大唐渭河热电厂地处陕西省咸阳渭城区，是大唐集团旗下的火力发电厂。“十一五”期间，我国电力工业提出要“上大压小”，加快关停小火电机组。而2007年8月以前，大唐渭河热电厂以大量分散的小锅炉为主，热效率低，能耗高，且污染严重。根据国家热电联产政策和周边区域热力负荷需求状况，大唐渭河热电厂于2007年8月正式启动了热电联产技改工程。大唐渭河热电厂根据国家节能减排政策，拆除原有两台5万千瓦机组，在原厂址上规划建设两台30万千瓦燃煤供热机组，同步安装烟气脱硫装置，建设配套热网工程。大唐渭河热电厂技改工程属“上大压小”环保型技改项目，供采暖能力1300万平方米，年发电量33亿度，在为社会发展提供电能的同时，实现向西安、咸阳两市集中供热。该厂投产机组为西北第一家脱硝机组，脱硫脱硝环保设施与主机实现“三同时”。该项目节约能源、节约土地、使用城市中水、增容不增污，极大地改善了周边区域生活环境和生活质量，有利于西安、咸阳区域加快建设资源节约型、环境友好型的和谐社会，有利于“西咸一体化”战略的重点突破和快速推进。
随着单机组容量的增大、参数的提高，热力系统变得更加复杂，必须监视的信息量和用于控制的指令量迅速增加（300MW机组超过8000点），而各个控制对象又互相关联，传统的机、炉、电分别监控方式已不能适应大机组监控的要求。因此以4C（计算机、控制、通信和CRT）技术为基础的DCS（Distributed Control System）系统在发电厂自动控制得到迅猛的发展和应用。DCS控制系统，采用“管理集中、控制分散”的设计方法，也称为集散控制系统，DCS控制系统通过某种通信网络将分布在工业现场附近的现场控制站和控制中心的操作员站及工程师站等连接起来，以完成对现场生产设备的分散控制和集中操作管理。它避免了集中控制系统中因中心计算机故障而导致整个过程控制系统瘫痪的现象，具有更高的安全可靠性，而且还可以实现监视报警、日志管理、事故追忆等功能。
1 系统配置
渭河热电厂两台机组、脱硫、脱销DCS控制系统均为杭州和利时公司设计开发的第四代控制系统HOLLIAS-MACS系统，该系统是由以太网和使用现场总线技术的控制网络连接的各工程师站、操作员站、现场控制站、通讯控制站、打印服务站、数据服务器组成的综合自动化系统，完成大型、中型分布式控制系统（DCS）、大型数据采集监控系统（SCADA）功能。MACS V系统是DCS与FCS相结合的控制系统，具有OPC和ODBC接口，容易与ERP、CRM、SCM等系统连接，实现企业信息化。
1.1 DCS控制系统工作原理：
DCS控制系统即分布式控制系统，在国内自控行业又被称为集散控制系统，是相对于集中式控制系统而言的一种新型计算机控制系统。其实质是计算机技术对生产过程进行集中监视、操作、管理和分散控制的一种新型控制技术。其基本思想是分散控制、集中操作、分级管理、配置灵活以及组态方便。在系统功能方面，DCS和集中式控制系统的区别不大，但在系统功能的实现方法上却完全不同。作为一种纵向分层和横向分散的大型综合控制系统，它以多层计算机网络为依托，将分布在全场范围内的各种控制设备的数据处理设备连接在一起，实现各部分信息的共享和协调工作，共同完成控制、管理及决策功能。
图1 水位信号调节实例
图1 以一个水位信号调节的例子简单地说明DCS控制系统在实际生产中的应用过程。
将上述过程引申即可得如图2所示的DCS控制系统原理图。
1.2 DCS硬件配置：
HOLLIAS-MACS硬件体系结构图如图3所示。
图2 DCS控制系统原理
图3 硬件体系结构图
如图3所示，HOLLIAS-MACS系统硬件由工程师站、操作站、现场控制站（包括主控单元设备和I/O单元设备）、通讯控制站、打印服务站、系统服务器、系统网络、监控网络、控制网络等组成。
其中含有四种不同类别的站点，分别是工程师站、操作员站、服务站和现场控制站。工程师站是运行相应的组态管理程序，对整个系统进行集中控制和管理。操作员站的作用是操作员站运行相应的实时监控程序，对整个系统进行监视和控制。服务站运行相应的管理程序，对整个系统的实时数据和历史数据进行管理。现场控制站是MACS系统实现数据采集和过程控制的前端，主要完成数据采集、工程单位变换、开闭环策略控制算法、过程量的采集和控制输出、系统网络将数据和诊断结果传送到系统监控网，并有完整的表征I/O模件及MCU运行状态提示灯。
HOLLIAS-MACS系统的网络配置由三个网络层次组成，分别是监控网络、系统网络和控制网络。监控网络为冗余高速以太网，主要用于工程师站、操作员站和服务站的通讯连接采用TCP/IP通讯协议。系统网络为冗余高速以太网，用于服务站和现场控制站的通讯连接，采用TCP/IP通讯协议。控制网络存在于各个现场控制站内部，主控单元和智能I/O单元都连接在Profibus-DP现场总线上，采用带屏蔽的双绞铜线（串行总线）进行连接，具有很强的抗干扰能力。该网络中的通讯节点主要有DP主站和DP从站。利用总线技术实现主控单元和过程I/O单元间的通讯，以完成实时输入/输出数据和从站设备诊断信息的传送，并且通过添加DP重复器模件，可以实现远距离通讯，或者连接更多的智能I/O单元。
渭河热电厂的DCS硬件系统配置图如图4所示。
1.3 DCS软件组态配置
HOLLIAS-MACS系统软件主要包括四部分，分别是工程师站组态软件、操作员站在线软件、现场控制器运行软件与服务器软件等。其中组态软件是安装在工程师站上的，它包括：数据库总控、设备组态、服务器算法组态、控制器算法组态、报表组态、图形组态、工程师在线下装等组成部分。完成用户对于测点、控制方案、人机界面等的组态。操作员站软件是安装在操作员站上的，它完成用户对于人机交互界面的监控包括流程图、趋势、参数列表、报警、日志的显示及控制调节、参数整定等操作功能。服务器软件是安装在服务器上的，它完成对系统实时、历史数据的集中管理和监视，并为各站的数据请求提供服务。控制站软件是安装在现场控制站中的主控单元中的，它完成数据采集、转换、控制运算等。
图4 DCS硬件系统配置图
DCS控制系统的软件组态步骤如图5示。
图5 DCS控制系统软件组态步骤
2 控制方案
2.1 DCS控制方式
HOLLIAS—MACS系统的所有设备均采用远程和就地相结合，并可互相进行切换。远程控制是操作员在操作员站对设备状态进行监视和动作控制是通过工程师站组态软件和操作员站在线软件实现的。
2.2 主要控制系统
供热发电机组的控制系统一般分为数据采集系统（DAS）、模拟量控制系统（MCS）、顺序控制系统（SCS）、燃烧器管理系统（FSSS）、旁路控制系统（BPS）、电气控制系统（ECS）等。这些控制系统的功能通过HOLLIAS-MACS V DCS的硬件和软件组态及系统的热力过程逻辑组态实现的。
DAS采集、处理与电厂机组有关的重要测点信号和设备状态信号，使操作人员能得到及时的运行信息，从而保证了机组安全、经济运行。同时，DAS还具备了屏幕显示、参数越限报警、事件序列、事故追忆、性能与效率计算和经济分析、打印制表、历史数据存储等功能。
MCS完成单元机组及辅机系统的模拟量自动调节控制。该系统将锅炉部分、汽轮机部分、电气部分作为一个整体进行协调控制，从而使锅炉部分和汽机部分同时响应负荷要求，这样就保证了机组快速适应负荷变化，保持稳定运行。模拟量控制主要包括机组协调主控、送，引风控制、炉膛压力控制、燃料控制和给水控制等系统。该项目的单参数回路的自动调节任务也是由MCS来实现的。
SCS对机组热力系统和辅机进行顺序启停控制是按照各设备的启停运行要求及运行状态并且经逻辑判断发出操作指令来实现的。同时根据热电厂的工艺要求实施联锁与保护。主要控制功能包括送、引风机系统、空预器系统、给水泵系统、锅炉吹灰、定期排污系统等。
FSSS在锅炉出现异常工况时发出报警，并且发出使相关辅机启、停的指令；通过连续监。锅炉在各种工况下的运行状态，随时进行逻辑判断和运算来实现的。必要时发出动作指令，对异常工况和未遂性事故做出快速反应和处理。主要控制功能包括炉膛吹扫、火焰监测、灭火保护、炉膛压力保护、主燃料跳闸等。
ECS对所有的电气设备实现安全可靠地软手操，同时提供必要的顺序控制及闭锁功能。监控系统主要是对该热电厂的发电机变压器组、发电机励磁系统、高压厂用电源、低压厂用电源、UPS电源系统、直流系统及380V厂用电系统等进行监控。
BPS系统的主要功能是便于机组安全、快速地启停；主汽压超压时及时溢流泄压；汽轮机甩负荷时，迅速排汽泄压并保护再热器不致过热损坏。旁路控制主要包括，按运行工况要求控制旁路阀前的压力和旁路阀的出口温度。通过改变旁路阀开度的手段来调节阀前压力；通过改变喷水阀开度的手段来调节旁路阀出口温度。
3 结论
目前， 2*300MW机组已顺利并网发电供热两年，年实际供热面积为500万平方米，供热容量仍在扩展中，热用户遍及周边飞机场、泾河开发区、秦汉开发区、西安北郊、咸阳东郊等。HOLLIAS-MACS V DCS在供热机组的成功应用，使系统运行稳定可靠，替代常规仪表设备减少了检修维护量，集中控制减少了运行人员劳动强度，提高工作效率，取得了良好效果。也为其他类似电厂提供了很好的参考。
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[责任编辑：曹明明]
