2000年電廠(chǎng)自動(dòng)化設計展望

徐繼剛

【摘要】從電力設計的角度，闡述了2000年電廠(chǎng)自動(dòng)化設計中遇到的問(wèn)題和發(fā)展趨勢，包括現場(chǎng)總線(xiàn)的應用、分散控制系統(DCS)的物理分散和軟件優(yōu)化、常用輔助系統的集中控制等。指出設計的關(guān)鍵是擴大集散控制系統的規模和進(jìn)一步開(kāi)發(fā)潛力，并在全廠(chǎng)建立計算機網(wǎng)絡(luò )。[關(guān)鍵詞]自動(dòng)化設計集散控制系統現場(chǎng)總線(xiàn)軟件優(yōu)化輔助系統

2000年上半年動(dòng)力裝置設計展望

摘要：從電源設計的角度，闡述了2000年上半年電源自動(dòng)化設計的問(wèn)題和發(fā)展趨勢，包括現場(chǎng)總線(xiàn)的應用、物理集中和分布式控制系統的軟件優(yōu)化、公共輔助系統的集中控制等。它表明，設計的關(guān)鍵是規模擴大和潛力進(jìn)一步發(fā)展，以及建立一個(gè)計算機網(wǎng)絡(luò )和一個(gè)工廠(chǎng)。自動(dòng)設計；分布式控制系統；現場(chǎng)總線(xiàn)；軟件輔助系統的優(yōu)化

近10年來(lái)，分布式控制系統在我大型燃煤電廠(chǎng)得到了廣泛的應用。它以強大的功能優(yōu)勢取代了常規儀器，提高了機組的控制性能，合理有效地利用了資源，使自動(dòng)化水平和管理水平達到了更高的水平。面對日新月異的計算機、通信、控制和顯示技術(shù)，集散控制系統在2000年設計的新電廠(chǎng)中的地位和作用將發(fā)生變化。本文將探討其發(fā)展趨勢。

1現場(chǎng)總線(xiàn)的應用

現場(chǎng)總線(xiàn)(FCS)具有無(wú)可比擬的優(yōu)勢，如大大減少硬件設備和安裝材料，進(jìn)一步提高調控的質(zhì)量和精度，促進(jìn)更靈活的系統配置和更方便的操作維護等。這引起了儀表控制專(zhuān)家的廣泛關(guān)注，未來(lái)的工業(yè)控制將是FCS的天下。隨著(zhù)2000年電廠(chǎng)儀表控制系統的設計，能否采用現場(chǎng)總線(xiàn)已成為先要問(wèn)題。在充分考慮先進(jìn)性的前提下，先先要考慮可行性。雖然FCS已經(jīng)在石化、水電等行業(yè)小規模應用并積累了一些經(jīng)驗，但在不久的將來(lái)作為大型燃煤電廠(chǎng)的主控系統還為時(shí)過(guò)早。FCS提出了十年，但是進(jìn)展很慢。一方面，它涉及到幾乎每一個(gè)工業(yè)領(lǐng)域的現場(chǎng)設備和控制系統底層的互聯(lián)通訊，并且在技術(shù)、標準和行業(yè)習慣上存在很多問(wèn)題，需要大量的時(shí)間、人力和物力去研究；另一方面是商業(yè)利益的再分配。1994年，FF(FieldBusFoundation)正式成立，但要創(chuàng )造出真正具有實(shí)用價(jià)值并得到工業(yè)廣泛認可的新一代FCS，還需要很長(cháng)時(shí)間。目前，小型FCS已在安慶石化公司腈綸廠(chǎng)乙腈廠(chǎng)、吉林油田甲醇廠(chǎng)、揚子乙烯硫磺廠(chǎng)得到應用。而基于FF的Smar公司的FCS只是FF中的H1現場(chǎng)總線(xiàn)產(chǎn)品，也就是低速現場(chǎng)總線(xiàn)產(chǎn)品，只能實(shí)現一些局部的簡(jiǎn)單回路控制，而用于大規模復雜控制的H2高速現場(chǎng)總線(xiàn)和基于H1、H2的FCS還在開(kāi)發(fā)中。以CCS的功能為例，由于信息量大，相關(guān)子系統和相應參數多，聯(lián)鎖閾值復雜，即使成功的FCS已經(jīng)在電廠(chǎng)中使用，但沒(méi)有合適的高層集中控制器、順暢快速的信息交換和有效的控制策略，很難適應現場(chǎng)。大型電廠(chǎng)的控制水平往往落后于其他行業(yè)，這與電廠(chǎng)的特定環(huán)境和控制特點(diǎn)有關(guān)。因此，在不久的將來(lái)，大型燃煤電廠(chǎng)的主控系統只能是集散控制系統，充分發(fā)揮其現有的特點(diǎn)，大力挖掘其潛在的能力，這是2000年電廠(chǎng)設計的研究重點(diǎn)。作為集散控制系統主控系統的補充，本地現場(chǎng)總線(xiàn)系統和基于現場(chǎng)總線(xiàn)的智能儀表占據著(zhù)非常重要的地位。用Smar現場(chǎng)總線(xiàn)設備取代傳統的氣動(dòng)基礎型調節儀表已經(jīng)達到成熟的門(mén)檻，如襄樊電廠(chǎng)的4300MW機組和WISCO自備電廠(chǎng)的2200MW機組。如燃油泵房、液壓工業(yè)泵房、污水處理等輔助公共系統控制點(diǎn)分散，控制內容相對簡(jiǎn)單?；诂F場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)的小型控制系統應用門(mén)檻較高，在這些輔助系統中采用現場(chǎng)總線(xiàn)也是一種可行的方案。因此，雖然FCS目前無(wú)法取代DCS的核心地位，但可以在小范圍內積極有效地應用，逐步積累經(jīng)驗，為未來(lái)的平穩過(guò)渡打下良好的基礎。 #p#分頁(yè)標題#e#

2分散控制系統的物理分散

目前電廠(chǎng)中，DCS只實(shí)行職能下放，不實(shí)行實(shí)體下放。一方面，早期的DCS硬件本身環(huán)境適應性較弱；另一方面，為了方便管理和維護，用戶(hù)更愿意接受集散控制系統控制柜的集中布局方案。隨著(zhù)集散控制系統技術(shù)的發(fā)展和運行水平的不斷提高，在2000年電廠(chǎng)采用現場(chǎng)總線(xiàn)系統之前，有效設計和采用物理分散是有效發(fā)揮集散控制系統潛力的較重要問(wèn)題。根據法GEC-阿爾斯通公司提出的維斯塔(非常必要的團隊渦輪機安排)，

t)方案，傳統的集中控制樓將以DCS物理分散特性分成幾塊。以?xún)蓹C一控方式為例，集中電子設備間將分成每臺機組的鍋爐電子設備間、汽輪機電子設備間；另外，在主廠(chǎng)房外設立一個(gè)單先的小型控制樓，其中運行員操作站通過(guò)DCS高速通信網(wǎng)絡(luò )與鍋爐電子設備間及汽輪機電子設備間內的控制機柜相連。鍋爐電子設備間和汽輪機電子設備間到現場(chǎng)的距離小于傳統的集中設備間，節省了大量?jì)x表控制電纜。據GEC-ALSTHOM估算，VESTA方案可比常規方案節省控制電纜約35。僅此部分的安裝材料費用就可節省人民幣1000萬(wàn)元，若此部分費用用來(lái)提高發(fā)電廠(chǎng)自動(dòng)化水平，效果顯著(zhù)。內推薦的8家DCS廠(chǎng)商已紛紛致力于開(kāi)發(fā)適宜現場(chǎng)放置的控制機柜，有的公司已有成功的應用業(yè)績(jì)，這在物理分散方面更邁前了一步。對于機柜放置區域、機柜分散程度及設備造價(jià)、節省電纜費用和檢修維護方便等問(wèn)題，還應進(jìn)行平衡取舍，選出適合于具體項目的較佳方案。 作為DCS向FCS進(jìn)展過(guò)程中的過(guò)渡產(chǎn)品遠程智能I/O，也將在2000年發(fā)電廠(chǎng)設計中起重要作用。除有的DCS廠(chǎng)商已開(kāi)發(fā)出相應的遠程I/O站外，產(chǎn)遠程智能I/O系統已達到相當高的技術(shù)水平，在質(zhì)量和性能上不比進(jìn)口產(chǎn)品差。在近幾年工程實(shí)踐中，已有工程局部采用了DCS系統一體化和產(chǎn)化的遠程智能I/O設備，如鄂州電廠(chǎng)2×300MW機組采用DCS遠程I/O，實(shí)現了對循環(huán)水泵房的控制；陽(yáng)邏二期工程2×300MW機組采用產(chǎn)遠程I/O系統，實(shí)現了對鍋爐壁溫、發(fā)電機定子線(xiàn)圈及鐵心冷卻水溫等的采集監視，均收到良好效果。遠程智能I/O的大量采用，將為DCS物理分散更趨于合理化并推進(jìn)DCS向FCS發(fā)展做出貢獻。

3 DCS一體化

DCS較初進(jìn)入大型燃煤電廠(chǎng)只是用于數據采集處理系統(DAS)和模擬量調節系統(MCS)，并逐步用于順序控制系統(SCS)，至今又基本占領(lǐng)了爐膛安全監控系統(FSSS)市場(chǎng)。DCS覆蓋以上4大功能已是目前DCS設計的基本模式。作為十分重要的汽輪機電液調節系統(DEH)目前卻存在著(zhù)2種設計方式：一種是由DCS覆蓋，DEH與DCS從硬件到軟件均融合成一個(gè)整體，實(shí)現了控制系統一體化；另一種是由汽輪機廠(chǎng)成套提供，DEH具有先立的操作員站和操作面板。為使運行人員通過(guò)DCS便能更加全面地掌握全廠(chǎng)信息，有的工程將DEH通過(guò)串行口與DCS相連，構成當前普遍存在的5臺DCS操作顯示器加1臺DEH操作顯示器的單元控制室主控制臺。 對于DEH由DCS統一覆蓋還是由汽輪機廠(chǎng)單先配套，從爐機電單元集中控制并實(shí)現正常運行時(shí)只有一人操作的運行水平考慮，DCS覆蓋DEH在簡(jiǎn)化系統、減少監視操作面和便于維護管理等方面具有明顯的優(yōu)越性。但DEH與汽輪機具有緊密不可分的關(guān)系，DEH控制性能與汽輪機的品質(zhì)相輔相成，DCS廠(chǎng)商很難深入到其它汽輪機廠(chǎng)的DEH中，外基本上均由汽輪機廠(chǎng)配供DEH。經(jīng)多年工程實(shí)踐，目前內工程中如媽灣電廠(chǎng)、湘潭電廠(chǎng)及常熟電廠(chǎng)等300MW產(chǎn)機組，已成功地由DCS廠(chǎng)商實(shí)現DEH控制，且除貝利公司外，西屋公司、ABB公司和日立公司等均已具備這一能力和經(jīng)驗。因此，有條件的項目采用DCS實(shí)現DEH硬件一體化是先選方案。當然，為充分保證系統可靠性，在不具備條件的情況下，不應強求DCS覆蓋DEH功能；若DEH不能與DCS實(shí)現硬件一體化，也應以DCS為主體取消DEH操作員站，通過(guò)網(wǎng)絡(luò )通信接口實(shí)現信息共享和人機界面共用，在操作運行層面上實(shí)現DCS一體化。這就需要DCS、DEH廠(chǎng)商共同開(kāi)發(fā)合適的通信接口(如網(wǎng)關(guān))，以實(shí)現通過(guò)DCS操作員站對DEH進(jìn)行控制，取代目前僅局限于監視的串行通信接口模式。DEH與DCS通信接口的研究，將是2000年發(fā)電廠(chǎng)中不能實(shí)現硬件一體化前提下的一個(gè)熱點(diǎn)和難點(diǎn)。 同理，汽輪機給水泵控制系統(MEH)、旁路控制系統(BPS)、吹灰程控系統、膠球清洗程控系統及電氣除塵器程控系統等，均可由以上2種方式通過(guò)DCS操作員站進(jìn)行控制，只是這些系統監控規模相對較小，與DCS接口相對簡(jiǎn)單。#p#分頁(yè)標題#e#

4 電氣納入DCS

爐機電單元機組集中控制的提法已有多個(gè)年頭，而電氣發(fā)電機?干式變壓器組和廠(chǎng)用電控制納入DCS設計方案只是近幾年才提出。為從本質(zhì)上實(shí)現單元值班化，協(xié)調爐機電控制水平，除發(fā)電機勵磁系統自動(dòng)調節裝置(AVR)、自動(dòng)準同期裝置(ASS)和廠(chǎng)用電快切裝置采用專(zhuān)用設備并與DCS接口外，2000年發(fā)電廠(chǎng)的發(fā)電機?干式變壓器組和廠(chǎng)用電納入DCS進(jìn)行控制成為趨勢。發(fā)電機?干式變壓器組、單元機組廠(chǎng)用電與單元機組運行有密切關(guān)系，直接納入單元機組DCS順理成章，而作為公用系統的廠(chǎng)用電部分應考慮如何納入DCS。根據不同的DCS和工程，2臺機組公用的廠(chǎng)用電系統納入DCS技術(shù)方案也不同，有以下幾種方式。 方式1：廠(chǎng)用電公用系統DCS進(jìn)入1號機組DCS某站，再由1號機組傳輸至2號機組。其顯著(zhù)特點(diǎn)是思路簡(jiǎn)明、造價(jià)低、容易實(shí)現。正常下的公用系統由1號機組控制，1號機組檢修時(shí)則由2號機組控制。主要缺點(diǎn)是在1號機組DCS檢修時(shí)，相應負責采集數據和傳輸數據的控制器不許停止運行，給檢修和運行帶來(lái)一定困難。 方式2：廠(chǎng)用電公用系統同時(shí)進(jìn)入1、2號機組DCS。其顯著(zhù)特點(diǎn)是2套DCS具有相同的硬件配置和軟件方案。正常運行時(shí)，由DCS軟開(kāi)關(guān)閉鎖功能解決通過(guò)某一套DCS進(jìn)行公用系統控制選擇。另外，該方案設計組態(tài)方便，2套DCS相一致。缺點(diǎn)是需要就地設備提供2套接點(diǎn)信號，2套DCS均要提供相應的過(guò)程I/O卡件，在設備利用上有一定浪費。 方式3：廠(chǎng)用電系統進(jìn)入DCS公用網(wǎng)絡(luò )。該網(wǎng)絡(luò )是介于2套DCS間的一個(gè)先立網(wǎng)絡(luò )，通過(guò)網(wǎng)橋與2套DCS相連，數據可同時(shí)進(jìn)入2套DCS。與前面方案一樣，通過(guò)系統軟件開(kāi)關(guān)進(jìn)行操作選擇。其顯著(zhù)優(yōu)點(diǎn)是單元機組與公用系統界面清楚，充分發(fā)揮了DCS網(wǎng)絡(luò )優(yōu)勢。缺點(diǎn)是若控制范圍和規模較小，單先配一套公用網(wǎng)絡(luò )將增加費用。 此外尚有一些延伸方案，如有的DCS設立專(zhuān)門(mén)的控制器，由其分別進(jìn)入2套DCS等。2000年發(fā)電廠(chǎng)DCS控制范圍擴大，控制水平提高，除電氣廠(chǎng)用電系統外，若將輔助工藝系統也納入DCS進(jìn)行控制，則公

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