揚州電廠分散控制系統應用案例

　　一、概述
　　
　　1.1工程及主輔機概況
　　
　　揚電公司地處揚州市東北郊灣頭鎮西北側，揚州發電有限公司工程是新建兩臺300MW燃煤機組。鍋爐為東方鍋爐廠300MW國產引進型亞臨界參數、自然循環、單汽包、單爐膛、四角切圓燃燒、一次中間再熱、平衡通風、露天布置、全鋼構架、燃煤、固態排渣爐。
　　
　　汽機為哈爾濱汽輪機廠亞臨界、一次再熱、雙缸雙排汽、單背壓抽汽凝汽式汽輪發電機組。
　　
　　發電機采用哈爾濱電機廠按引進西屋公司技術生產的300MW水氫氫汽輪發電機，型號：QFSN－315－2。
　　
　　每臺鍋爐配5臺磨煤機，4運1備，同時配備5臺耐壓式電子稱重式給煤機。另外每臺爐配2臺單吸雙支撐離心式一次風機、2臺動葉可調軸流式送風機、2臺靜葉可調軸流式吸風機。空氣預熱器為三分倉容克式雙密封空氣預熱器。
　　
　　每臺汽機設置1套簡化功能的高低壓串聯旁路系統，容量為30%B－MCR。設置2臺50%B－MCR的轉速調節汽動給水泵，1臺50%B－MCR的備用調速電動給水泵。每臺機組安裝2臺容量的電動凝結水泵。中壓凝結水精處理裝置（每機一套）包括2臺過濾器和2臺混床，兩臺機組合用一套再生裝置。
　　
　　1.2分散控制系統（DCS）概況
　　
　　本工程分散控制系統DCS采用國產新華控制工程有限公司的XDPS－400系統。
　　
　　分散控制系統的配置及功能設計應本著全廠自動化水平的要求來完成。工程單元機組采分散控制系統，輔助生產車間采用可編程控制器技術，單元機組和輔助車間具有較高自動化水平。全廠還設置廠級監控信息系統（SIS），實時協調各機組和車間運行及生產管理。
　　
　　DCS控制范圍包括鍋爐及其輔助系統、汽輪發電機組及其輔助系統、除氧給水系統、高低壓廠用電系統、發電機變壓器組及兩臺機組公用部分等。同時與汽機TDM、電廠實時信息管理系統（SIS）、全廠時鐘同步系統、自動勵磁調節系統、準同期系統（ASS）、繼電保護系統及與輔助系統（PLC控制系統，如補給水、灰渣、輸煤）等進行通訊，實現全廠統一監控管理。
　　
　　DCS主要功能包括以下：數據采集系統（DAS）、模擬量控制系統（MCS）、順序控制系統（SCS）、鍋爐爐膛安全監控系統（FSSS）、電氣控制系統（ECS）和兩臺機組公用部分等。
　　
　　二、分散控制系統（DCS）配置
　　
　　2.1DCS網絡結構
　　
　　本工程XDPS－400系統為環形光纖以太網結構，網絡配置見下圖。
　　
　　單元機組DCS的網絡結構為環形，將各分散處理單元、輸入/輸出處理系統及人機接口和系統外設聯接起來；公用DCS系統采用星形結構。單元機組DCS與公用DCS系統之間通過XDPS網橋實現隔離。
　　
　　冗余的數據通訊總線（包括冗余通訊總線接口模件）互為熱備。系統網絡主干架由3條10Mbps數據通訊網組成RTFNET（冗余）、INFNET網為高速數據管理信息網。RTFNET網主要完成實時數據的傳遞。INFNET網實現非實時數據傳遞，如歷史數據調用等。所有DPU（分布式處理單元）都連接在RTFNET網，所有人機界面均同時連接RTFNET和INFNET通訊網絡上，無中間數據庫式通訊裝置。循環水泵房遠程站采用冗余光纜FCS總線完成
　　
　　各層網絡的主要技術數據見下表二　　
　　2.2DCS硬件配置
　　
　　2.2.1I/O信號數量如下：
　　
　　Ⅰ、鍋爐部分　　
　　Ⅱ、鍋爐部分遠程　　
　　Ⅲ、汽機部分
　　　　Ⅳ、鍋爐部分遠程　　
　　Ⅴ、電氣發變組及廠用電源部分　　
　　ⅤI、匯總
　　
　　單臺鍋爐3106點，循泵房302點，
　　
　　單臺汽機2651點，爐機公用129點
　　
　　單臺電氣發變組729點，電氣公用177點
　　
　　2.2.2DCS硬件設備
　　
　　本工程每臺單元機組分散控制系統的硬件設備主要包括：機柜50面，操作員站5套，工程站2套，歷史數據站（HSU）1套，性能計算站1套，值長站1套。
　　
　　具體機柜分布下表：　　
　　公用系統XDPS-400硬件設備　　
　　DCS人機接口站（MMI）接口設備包括操作員站、工程師站，歷史數據站、性能計算站、值長站數量及性能見下表　　
　　2.3系統硬件特點
　　
　　2.3.1通訊網絡
　　
　　揚電工程XDPS系統的網絡部分采用了環形光纖以太網。其核心部件——網絡交換機，采用了德國HIRSCHMANN公司的10/100M自適應RS2－FX/FX以太網光纖交換機。
　　
　　在傳統的以太網結構定義中，以太網的拓撲被定義為總線形或星形結構，并無環形一說。而總線或星形網絡中任一傳輸介質或傳輸設備的故障，都將導致原來一體的網絡被分割為各自獨立的兩段，從而引發網絡節點之間通訊中斷。HIRSCHMANN公司推出的環形以太網絡，在網絡結構上解決了單個傳輸介質或傳輸設備故障后引發的網絡連通問題，從而大大提高的網絡的可靠性。
　　
　　環形網絡的核心部件——RS2－FX/FX光纖交換機，提供了環形網絡冗余管理器（RedundantManager）的功能。被配置為RM管理器的交換機在整個環形物理網絡中作為邏輯斷點存在。換句話說，環形以太網雖然在物理上是個環狀結構，但在邏輯上還是個總線結構。當某一段光纖或某一個交換機發生故障時，環形網在物理上退化為總線形網絡，但邏輯總線特征并未發生變化，網絡中的各個節點還如通常的總線或星形網絡正常工作。整個網絡的容錯能力得到了大大的加強。
　　
　　采用光纖作為光傳輸介質，解決了通訊電纜抗電磁干擾性能差的問題，同時，為建立遠程控制器之間的通訊創造了條件。公用循環水泵DCS控制設備遠在廠區邊，通過500米的光纜實現機組集控室對循泵房設備的監控。
　　
　　在上面的網絡配置圖表一中，單元機組DCS的網絡結構為環形，公用DCS系統則采用了星形結構。單元機組DCS與公用DCS系統之間通過XDPS網橋實現隔離，保持單元機組和公用系統DCS之間的相對獨立性。網橋完成單元機組DCS和公用DCS系統之間的時實數據傳輸過程：1、實現雙向的實時過程量的傳遞；2、將單元機組操作員站發出的操作指令單向傳送至公用DCS系統。單元機組和公用系統的數據庫是相互獨立的，單元機組DCS系統軟硬件結構的變化對公用系統無影響。
　　
　　在網絡節點的分布上，遵循了節點間的點對點通訊相對獨立的原則。以太網交換機具有根據網絡數據幀的MAC地址對各端口的數據進行分流的功能，而不象網絡集線器（HUB）那樣，各個端口上充斥著相關與無關的數據包。在XDPS系統中，冗余DPU之間存在著點對點的實時數據跟蹤和拷貝。通過將相關的冗余DPU連接在同一交換機上，各個冗余DPU之間的點對點數據傳輸在本地交換機上實現直接轉發，減輕了主干環網的網絡負荷。
　　
　　2.3.2控制器
　　
　　分布式處理單元DPU是XDPS400的過程控制站，是DCS的核心。DPU就是一臺小型的工業PC，采用Inel公司的Pentium266的中央處理器，配置32MBRAM，ISA總線板，可讀寫*存貯器Disk0nChip24MB。分布式處理單元DPU存儲系統信息和過程控制策略與數據，通過冗雙向的信息交換，實現各種控制策略，完成數據采集、摸擬調節、順序控制、控制、專家系統等功能要求。處理器模件使用DOC芯片技術，無需后備電池。且還具有以下特點：
　　
　　2.3.2.1某一個處理器模件故障，不影響其它處理器模件的運行。此外，數據通訊總線故障時，處理器模件能繼續運行。
　　
　　2.3.2.2對某一個處理器模件的切除、修改或恢復投運，均不影響其它處理器模件的運行。
　　
　　2.3.2.3所有控制處理器冗余配置，一旦某個工作的處理器模件發生故障，系統能自動地以無擾方式，快速切換至與其冗余的處理器模件，并在操作員站報警。
　　
　　2.3.2.4冗余配置的處理器模件與系統均有并行的獨立接口，即均能接受系統對它們進行在線的組態和組態修改。處于后備狀態的處理器模件，能不斷更新其自身獲得的信息。
　　
　　2.3.2.5系統的控制和保護功能的各類數據信息不會因冗余切換而丟失或延遲。
　　
　　2.3.2.6電源故障屬系統的可恢復性故障，一旦重新受電，處理器模件能自動恢復正常工作而無需運行人員的任何干預。
　　
　　單元機組共19對DPU，兩對通訊的DPU，負責與外圍PLC通訊。通訊采用廣泛使用、現成的通訊協議，如TCP/IP，MODBUS，MODBUSPLUS或PROFIBUS。公用系統設置4對DPU。循環水泵房4對DPU，公用系統設置一臺工程師站，不設獨立的操作員站。
　　
　　三、分散控制系統功能
　　
　　3.1數據采集系統（DAS）：DAS至少有顯示、制表記錄、歷史數據存儲和檢測、性能計算等功能。
　　
　　3.2模擬量控制系統（MCS）
　　
　　3.2.1鍋爐-汽機協調控制
　　
　　3.2.2機組負荷指令
　　
　　3.2.3汽機控制
　　
　　3.2.4鍋爐控制
　　
　　3.2.4.1磨煤機控制
　　
　　3.2.4.2二次風量控制
　　
　　3.2.4.3風箱擋板控制
　　
　　3.2.4.4一次風壓力控制
　　
　　3.2.4.5爐膛壓力控制
　　
　　3.2.4.6主蒸汽溫度控制
　　
　　3.2.4.7再熱汽溫控制
　　
　　3.2.4.8給水控制
　　
　　3.2.4.9給水泵再循環控制
　　
　　3.2.4.10空預器冷端平均溫度控制
　　
　　3.2.4.11燃油控制
　　
　　3.2.5除氧器水位和壓力控制
　　
　　3.2.6凝器熱井水位控制
　　
　　3.2.7汽機潤滑油和EH液冷卻控制
　　
　　3.2.8高低壓加熱器水位控制
　　
　　3.2.10其它單沖量閉環控制系統
　　
　　3.3鍋爐爐膛安全監控系統（FSSS）
　　
　　3.3.1BCS功能：應包括鍋爐點火準備、點火槍點火、油槍點火、煤燃燒功能。
　　
　　3.3.2FSS功能：應由爐膛吹掃、油燃料系統泄漏試驗、燃料跳閘三個系統完成。
　　
　　3.4順序控制系統（SCS〈B/T、G/T）
　　
　　3.4.1鍋爐功能子組控制項目
　　
　?。?）空預器子組項
　　
　?。?）送風機子組項
　　
　　（3）引風機子組項
　　
　?。?）一次風機子組項
　　
　　（5）鍋爐疏水、放汽及定期排污程序控制子組
　　
　　（6）吹灰程序控制系統
　　
　?。?）電動給泵子組項
　　
　?。?）汽動給水泵子組
　　
　　3.4.2汽機功能子組控制項目
　　
　?。?）汽機油系統子組項
　　
　　（2）凝結水子組項
　　
　?。?）凝汽器子組項
　　
　?。?）凝汽器真空系統子組項
　　
　　（5）汽機軸封系統子組項
　　
　?。?）低壓加熱器子組項
　　
　?。?）高壓加熱器子組項
　　
　　（8）汽機蒸汽管道疏水閥子組項
　　
　　3.4.3高低壓旁路控制功能
　　
　　3.4.4循環水泵功能子組
　　
　　3.4.5發變組及廠用電源系統控制（SCS〈G/A）具體功能
　　
　　3.4.5.1發電機變壓器功能組：包括同期系統、發電機變壓器線路組系統、發電機勵磁系統控制功能。
　　
　　3.4.5.2廠用電系統功能組：包括6kV廠用工作電源系統、220kV備用電源系統、380V廠用工作電源系統、保安電源系統、輔助廠用電系統控制功能。
　　
　　四、結論
　　
　　綜上所述，國產XDPS－400分散控制系統無論是硬件可靠性，還是系統的可操作性，*滿中以滿足新建300MW燃煤機組的需要，并且環形以太網技術在以太網廉價，兼容性好、可靠性高的基礎上，為以太網在工業控制上的廣泛應用創造了良好的條件，必然在工業生產過程控制系統領域中有著廣闊前景。