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《集散控制概论》结课论文
《集散控制概论》结课论文------超超临界机组分散控制系统(DCS)分析
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超超临界机组分散控制系统(DCS)
[摘要]：本文对邹县电厂四期工程1000MW超超临界机组分散控制系统(DCS)的设计进行了详尽的分析和介绍，总结了超超临界机组分散控制系统(DCS)的设计经验。
[关键词]：分散控制系统(DCS)；配置；FF现场总线
[ 正文] 1 工程概况
华电国际邹县发电厂四期工程为国内首批2X1000MW国产化超超临界燃煤机组。锅炉为东方锅炉（集团）生产的超超临界参数变压运行直流炉，旋流燃烧器，前后墙对冲布置，尾部双烟道，烟气挡板调节再热汽温，喷水减温调节过热汽温，一次中间再热、平衡通风，三分仓容克式回转空气预热器，刮板捞渣机连续固态排渣。锅炉最大连续蒸发量为3033t/h，过热蒸汽出口压力为26.25MPa，过热蒸汽出口温度为605℃，再热蒸汽流量为2469t/h，再热蒸汽出口温度为603℃。
锅炉运行方式：带基本负荷并参与调峰。每台锅炉共设有48只旋流燃烧器，燃烧器分前后墙各3排，每排设8只燃烧器，每排燃烧器由同一台磨煤机供给煤粉。锅炉采用二级点火方式，高能电火花点火器—主油枪—煤粉燃烧器。分散控制系统DCS的选型原则
2.1 分散控制系统DCS是控制机组安全运行的核心设备，其软件、硬件设备的可靠性，尤其是设备集成商对调节系统、控制逻辑的设计、组态能力是设备选型的重点因素，对此，邹县四期工程对分散控制系统DCS的选型确定如下原则： 在国外应具有1000MW等级超超临界机组成熟的应用业绩；
由具有业绩的国外设备供应商提供技术支持，并由技术支持方担任本项目的主要技术负责人，且有书面保证协议。
2.2 通过招标确定采用西屋公司的OVATION控制系统，实践证明以上设备选型原则保证了工程的顺利实施。分散控制系统DCS的功能
3.1 本工程分散控制系统（DCS）功能包括数据采集系统（DAS）、模拟量控制系统(MCS)、炉膛安全监控系统(FSSS)、顺序控制系统（SCS，含电气控制）、循环水泵房、凝结水精处理系统、燃油泵房控制等。两台单元机组的控制分别由两套DCS实现，公共系统（凝结水再生系统、燃油泵房及空压机、厂用电源公用系统等）的控制由DCS公共系统实现。循环水泵房、燃油泵房、凝结水精处理系统分别采用远程I/O站控制方式，远程I/O柜与机组DCS间采用冗余光纤通讯连接。
3.2 炉顶壁温、发电机本体温度及汽机轴封系统采用FF总线控制方式，FF总线柜与机组DCS间采用冗余光纤通讯连接。
3.3 模拟量控制系统（MCS）能够满足机组启停、定/滑压运行和RUN BACK工况的所有要求，保证机组在不投油稳燃负荷至100%MCR负荷范围内，控制运行参数不超过允许值。协调控制包括协调控制方式，炉跟踪方式，机跟踪方式，手动控制方式等。
3.4 SCS采用功能组级/功能子组级和设备级顺序控制，通过LCD和键盘发出启停指令，可以实现功能组级/功能子组级和设备级中所有设备的顺序启停控制。
3.5 炉膛安全监控系统(FSSS)能够在锅炉正常工作和启动等各种运行方式下，连续地监视燃烧系统的参数和状态，并在出现任何危及锅炉安全运行的工况时，快速切断所有进入炉膛的燃料，以保证锅炉安全，避免事故发生或限制事故进一步扩大。分散控制系统DCS的配置
4.1 网络配置
4.1.1 单元机组网络配置
OVATION系统的通讯设备采用快速以太网交换机, 网络为单层的，点对点的对等结构的冗余的100Mbps的一体化的快速以太网，系统中不需要任何网关。数据库为Oracle全嵌入式、分散形的关系数据库, 系统能将数据管理分散嵌入到网络上的对应的站点中, 任何站点的工作均不需要彼此依赖，使得系统在数据管理上真正做到了彻底地分散。
单元机组DCS 提供了2对冗余交换机，用于单元机组控制器，操作员站，工程师站等的通讯。
4.1.2 公用系统网络配置
公用系统配置了独立的1对冗余交换机用于公用控制器的通讯。在最高一层上，配置了1对冗余的中心交换机，通过中心交换机，机组可控制公用系统。
公用系统与各机组的子系统之间采用标准的TCP/IP网络通讯，保证了所有系统之间的无缝联接，从而保证了系统的可靠性。
4.2 控制系统配置
4.2．1.单元机组控制系统及I/O分配原则
（1）顺序控制系统（SCS）的控制处理器和I/O柜根据工艺系统统筹配置，发电机/变压器组及厂用电源系统的控制处理器单独配置。控制机柜都集中布置在集控楼17.0米层电子设备间内。
（2）数据采集系统（DAS）不单独配置控制器，根据工艺系统的功能分散在SCS控制器内。
（3）对于炉顶壁温检测和发电机本体温度点等相对集中的温度测点采用FF现场总线方式，机柜布置在现场。
（4）循环水泵房控制采用远程IO站的方式、控制器和I/O端子柜布置在循环水泵房电子设备室内。
（5）凝结水精处理混床部分采用独立的控制器，控制器和I/O端子柜布置 5 机柜配置
5.1 DCS机柜按功能配置，包括控制柜和端子柜，控制柜内安装控制器和各类卡件，端子柜内安装端子接线板，DO端子板上带有输出继电器。FF现场总线
6.1 现场总线技术作为新兴的控制技术，在有效降低安装工作量、提供更丰富的设备信息量、设备远程维护、诊断等方面具有极大的优势。
6.2 本工程对现场总线技术也进行了大胆的尝试，设计院会同建设单位经过广泛的调研和论证，确定在主厂房轴封供汽压力调节回路，锅炉管壁金属温度检测，发电机本体温度检测等处采用FF现场总线技术，FF总线的总I/O点数约为350点。
6.3 在现场总线通讯协议的选择上，充分考虑分散控制系统DCS的兼容性，最终选择了西屋分散控制系统DCS支持的FF协议，并利用同为西屋公司开发的总线产品，与DCS控制系统实现无缝连接，保证总线通讯的畅通。
6.4 现场总线系统由网关、现场总线H1通讯卡、电源隔离器与现场测量元件组成。网关负责控制器与现场总线设备的通讯，网关与现场设备间的数据交换通过H1卡来实现，每个网关可以挂两块H1卡。每块H1卡有两个端口，一个端口就是一个段。从现场来的总线通讯电缆接在电源隔离器上，电源隔离器给现场测量
元件提供电源并接受现场发来的信号，并把现场电源与总线电源隔离。现场总线设备为24V DC两线制供电，信号与电源通过通讯总线传输。
6.5 锅炉管壁金属温度检测，发电机本体温度检测采用了Rosemount的848T产品，它是基于现场总线通讯的8通道温度变送器，每段现场总线可以接128个温度点。锅炉壁温配置2个机柜，布置在就地，每个机柜内有2个段，现场信号接至现场机柜内，每个段用一根总线通讯至电子间机柜。发电机线圈温度配置1个现场机柜，机柜内有2个段。
6.6 轴封控制系统设5个调节回路和3个压力变送器，调节阀和压力变送器设在一个总线段上，通过2个现场接线盒和1根通讯电缆连接至电子间机柜。
6.7 现场总线设备调试期间存在的问题：
6.7.1在调试期间，锅炉壁温测点有时候某一段上的点全部坏死，换一个通道口又会重新恢复。经西屋公司与美国技术支持方的研究，确定新推出的FF软件存在Bug,后对软件进行了升级，现问题已解决。
6.7.2 在#7调试期间曾试图将轴封压力调节回路的控制策略下装到调阀中，但由于对西门子的阀门定位器中的参数设置不熟悉，造成下装后就锁住，无法实现控制，之后将控制策略方在DCS控制器中，该问题得以解决。在#8机调试期间解决了参数设置问题，成功地将控制策略下装到阀门中。
为了保证控制效果，使FF总线的循环周期相对固定，实际运行中仍然将控制策略放在DCS控制器中。AMS 智能设备管理系统
邹县四期工程在设计中随DCS系统每台机组配备一套西屋公司的AMS 智能设备管理系统，用于对智能仪表、智能阀门定位器等设备进行在线组态、调试、校验管理、诊断及历史事件记录管理等，能够更有效的管理现场设备。其范围包括所有智能变送器（HART协议）400点左右、FF现场总线设备（锅炉壁温、发电机线圈温度）344点，轴封系统压力调节阀5个点，AMS管理的设备合计约750点。总结
9.1 由于华电集团明确在火力发电厂不采用大屏幕显示器，为此两台机组共设置6台63吋等离子电视，与LCD操作员站同时作为运行人员与工艺系统的界面。
9.2 本工程应业主要求凝结水精处理系统纳入DCS控制，这与电厂运行管理有关系。从回访情况看，电厂对凝结水精处理系统纳入DCS控制比较满意。
9.3 邹县工程发电后，西屋公司对控制器的配置数量进行了评估，认为单元机组MCS目前配置的7对控制器偏多，用3对即可；FSSS目前配置的7对控制器可以满足最复杂的情况，考虑风险分散后，一般4对即可；机侧SCS目前配置7对控制器，用5对即可。这是西屋公司的观点，但是，从设计院到现场回访所了解的情况看，电厂认为目前控制器配置比较合适，这反映了不同的人是从不同角度考虑同一问题，从电厂安全运行考虑，设计院认为目前配置的控制器对数比较合适。
9.4 在招标阶段由于当时国内集成商还没有1000MW机组DCS运行业绩，所以要求DCS由国外设备供应商提供技术支持，并有书面保证，但实际情况是在签订技术协议时外方参与了，实际设计时国内DCS厂商与国外技术支持方接触过，而作为业主及设计院并没有与国外技术支持方真正交流过，说明作用并不太大。随着1000MW机组的相继投产，由于已有1000MW机组DCS运行业绩，对于后续工程，建议不再要求由国外设备供应商提供技术支持。
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