和利時(shí)MACS系統(tǒng)在黔北火電廠(chǎng)新建工程中的應(yīng)用

1、引言和利時(shí)公司作為國(guó)內(nèi)在 DCS 控制領(lǐng)域的領(lǐng)軍企業(yè)，在 300MW 以上的單元火電機(jī)組控制領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)突破，先后承接了黔北、鴨溪、黔西、鶴壁電廠(chǎng)等多個(gè)300MW 機(jī)組以及陜西國(guó)華錦界 4X600MW 煤電工程DCS 控制系統(tǒng)項(xiàng)目， 為電力企業(yè)實(shí)現(xiàn)規(guī)模經(jīng)濟(jì)效益、 降低運(yùn)營(yíng)成本、 提高火電工程技術(shù)的自動(dòng)化水平作出 貢獻(xiàn)。貴州黔北電廠(chǎng) 300MW 新建機(jī)組是西部大開(kāi)發(fā) 西電東輸?shù)闹匾?xiàng)目之一。和利時(shí)派出了具有豐富現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施經(jīng)驗(yàn)的工程團(tuán)隊(duì)和專(zhuān)家組，用專(zhuān)業(yè)化的解決方案，先進(jìn)、可靠、經(jīng)濟(jì)的系統(tǒng)和產(chǎn)品，放心、滿(mǎn) 意的服務(wù)，保證了兩臺(tái)機(jī)組順利投運(yùn)，并實(shí)現(xiàn)了國(guó)內(nèi) 300MW 機(jī)組試運(yùn)期最短記錄。項(xiàng)目概述黔北電廠(chǎng)（4

2、 >300MW）新建工程#3、#4機(jī)組汽輪機(jī)、鍋爐、發(fā)電機(jī)分別由東方汽輪機(jī)廠(chǎng)、東方鍋爐廠(chǎng)、東方電機(jī)廠(chǎng)制造，熱控系統(tǒng)采用和利時(shí)公司 HOLLiAS MACS 大型集散控制系統(tǒng)。黔北電廠(chǎng) #3、 #4機(jī)組鍋爐是由東方鍋爐（集團(tuán)）股份有限公司根據(jù)美國(guó) Forter Wheeler 型 300MW機(jī)組“W火焰鍋爐生產(chǎn)，型號(hào)：DG1025/18.2-HI5。鍋爐型式：亞臨界、中間一次再熱自然循環(huán)、雙拱型單爐膛，倒“ I型布置，燃燒器布置于拱上、煙氣擋板調(diào)溫、“W型火焰固態(tài)排渣。汽輪機(jī)：東方汽輪機(jī)廠(chǎng)型號(hào)： N300-16.7/537/537 型式：亞臨界、單軸、雙缸雙排汽、再熱凝汽式汽輪機(jī)，抽汽級(jí)數(shù)

3、： 8 級(jí)（ 3 高加+1 除氧器 +4 低加）。項(xiàng)目規(guī)模系統(tǒng)配置黔北電廠(chǎng)（4X300MW ） #3、#4機(jī)工程DCS系統(tǒng)采用和利時(shí)公司的第四代DCS系統(tǒng)HOLLiAS MACS系統(tǒng)。工程共分為 3 個(gè)域，其中 #3 機(jī)組為 1#域， #4 機(jī)組為 2#域， #3、 #4 機(jī)公用系統(tǒng)和循環(huán)水泵房遠(yuǎn)程 I/O 為0#域。工程操作界面考慮 #3、 #4分開(kāi)， #3機(jī)操作 1#域， #4機(jī)操作 2#域，公用系統(tǒng) 0#域可以在#3級(jí) 操作也可以在 #4 機(jī)操作。黔北#3、#4機(jī)組及公用DCS系統(tǒng)共提供現(xiàn)場(chǎng)控制機(jī)柜 28臺(tái)，端子柜28臺(tái)，服務(wù)器柜6個(gè)，配電 柜2個(gè)，繼電器柜3個(gè)，接地柜1個(gè)，操作臺(tái)10個(gè)

4、，打印臺(tái)4個(gè)。HMI設(shè)備：操作員站10臺(tái)；歷史站2 臺(tái)；系統(tǒng)服務(wù)器6臺(tái)；工程師站2臺(tái)；72”大屏幕站2套；通信站8臺(tái)；SIS網(wǎng)關(guān)機(jī)2臺(tái)；24 口網(wǎng)絡(luò)交換 機(jī)16臺(tái)；GPS設(shè)備1套。控制規(guī)模每個(gè)單元機(jī)組配置13對(duì)冗余控制器，采用 Profibus-DP總線(xiàn)掛接525個(gè)I/O模塊及中斷設(shè)備。接受DCS系統(tǒng)控制的設(shè)備數(shù)量為：電動(dòng)機(jī)88臺(tái)，各類(lèi)閥門(mén)、加熱器等設(shè)備441 個(gè),調(diào)節(jié)設(shè)備165個(gè)，斷路器、快切裝置等電氣設(shè)備 67個(gè)，并可通過(guò)通信控制 88個(gè)吹灰器和7個(gè)電動(dòng)門(mén)。公用系統(tǒng)配置2對(duì)冗余控制器帶46個(gè)I/O模塊，分別用于監(jiān)控兩臺(tái)機(jī)組的電氣公用部分和機(jī)、爐公用部分；DCS總計(jì)控制設(shè)備為1754臺(tái)。其中

5、3#機(jī)組及公用系統(tǒng)的物理點(diǎn)數(shù)和配置點(diǎn)數(shù)如下表:類(lèi)型配置點(diǎn)數(shù)實(shí)際點(diǎn)數(shù)冗余率420mA（對(duì)外供電型）46437519.18%AI420mA/010mA47242210.59%Pt100/Cu5032827815.24%熱偶23218221.55%AO420mA24820915.73%PITTL16943.75%DI干接點(diǎn)3008267211.17%220VAC1612140113.09%SOE24018213.09%合計(jì)6620573024.17%整個(gè)工程（#3、#4、公用系統(tǒng)）實(shí)際的物理點(diǎn)數(shù)為：11016點(diǎn)，總配置點(diǎn)數(shù)為12664點(diǎn)。第三方設(shè)備的雙向冗余通信、遠(yuǎn)程采集點(diǎn)及單向通信點(diǎn)數(shù)總計(jì)為：13

6、00點(diǎn)?？刂平M態(tài)產(chǎn)生的變量約 8500點(diǎn)，顯示、報(bào)警、趨勢(shì)標(biāo)簽總計(jì)：27000點(diǎn)。分站原則測(cè)點(diǎn)按功能分站如下表:站號(hào)實(shí)現(xiàn)功能說(shuō)明10FSSS公用邏輯、A油組、A煤組11FSSSB/C/D油組12FSSSB/C/D煤組13MCS協(xié)調(diào)、燃燒14MCS送、引風(fēng)，給水，過(guò)熱器減溫15MCS+DAS再熱器減溫，汽機(jī)單回路，鍋爐部分DAS16MCS+TBC二次風(fēng)門(mén)，旁路，小汽機(jī)單回路 SCS17SCS/B鍋爐SCS18SCS/B鍋爐SCS19SCS/T汽機(jī)SCS20SCS/T汽機(jī)SCS21DAS汽機(jī)DAS22SCS/GA電氣 SCS，SOE23SCS/GA公用系統(tǒng)電氣SCS、DAS24SCS循環(huán)泵房SCS

7、其中綜合考慮測(cè)點(diǎn)分配均勻，各控制站負(fù)荷率< 10%各站點(diǎn)測(cè)點(diǎn)設(shè)備分配原則*危險(xiǎn)分散：同一設(shè)備冗余的測(cè)點(diǎn)分配到不同的模塊；冗余設(shè)備的測(cè)點(diǎn)分配給不同的控制站或不同的模件組上；*接線(xiàn)方便：同一設(shè)備的非冗余的相關(guān)測(cè)點(diǎn)盡量安排在一起；*備用：基本保證各模塊保持 > 10%的備用率；*系統(tǒng)間的重要信號(hào)，如：MFT、連鎖保護(hù)等，采用硬接線(xiàn)不同站、模件多路輸岀；* DCS系統(tǒng)與其他系統(tǒng)（如：DEH ）的模擬信號(hào)采用有源型隔離器進(jìn)行隔離。系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用Client/Server體系結(jié)構(gòu)，控制管理網(wǎng)絡(luò)采用兩層結(jié)構(gòu)，星型連接，控制網(wǎng)絡(luò)雙冗余配置?？刂?網(wǎng)絡(luò)和管理網(wǎng)絡(luò)的分離有利于將交換機(jī)設(shè)備故障風(fēng)險(xiǎn)分散，同

8、時(shí)大大減少了數(shù)據(jù)處理量和網(wǎng)絡(luò)上的擁塞。遠(yuǎn)程控制站（循環(huán)水泵房）采用 100M以太光纖連入系統(tǒng)，網(wǎng)絡(luò)實(shí)際結(jié)構(gòu)如圖:采用HOLLiAS MACS系統(tǒng)作為監(jiān)控軟件平臺(tái)，其中： ConMaker部分完成算法的組態(tài)與下裝，而PlantView完成人機(jī)監(jiān)控和與控制器的通信。每個(gè)ConMaker工程用于單個(gè)I/O控制站的控制方案，共有28個(gè)ConMaker工程對(duì)應(yīng)28個(gè)I/O控制站。PlantView工程用于建立通信連接及人機(jī)交互界面，按照功能的不同，系統(tǒng)包括12個(gè)子工程，分別是：* QBDB1 : #3機(jī)組數(shù)據(jù)庫(kù)工程，用于#3機(jī)組監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)接入；* QBDB2 :公用系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)工程，用于公用系統(tǒng)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)接入

9、；* QBDB4 : #4機(jī)組數(shù)據(jù)庫(kù)工程，用于#4機(jī)組監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)接入；* QBDB3 :趨勢(shì)、報(bào)警服務(wù)器工程，用于整個(gè)DCS系統(tǒng)的趨勢(shì)記錄、報(bào)警檢測(cè)、時(shí)間服務(wù)等；* QBDC4 : #4機(jī)組操作員站圖形工程，用于操作員對(duì) #4機(jī)組及公用系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控；* QBDC : #3機(jī)組操作員站圖形工程，用于操作員對(duì)#3機(jī)組及公用系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控；* COMM1 : #3機(jī)組#1通信站工程，用于吹灰、爐管泄漏、CEMS、空調(diào)系統(tǒng)通訊接入；* COMM2 : #3機(jī)組#2通信站工程，用于 DEH、廠(chǎng)用電、發(fā)變組系統(tǒng)通訊接入；* COMM3 : #3機(jī)組#3通信站工程，用于IDAS、發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)通訊接入；* CO

10、MM41 : #4機(jī)組#1通信站工程，用于吹灰、爐管泄漏、CEMS、空調(diào)系統(tǒng)通訊接入；* COMM42 : #4機(jī)組#2通信站工程，用于 DEH、廠(chǎng)用電、發(fā)變組系統(tǒng)通訊接入;* COMM43 : #4機(jī)組#3通信站工程，用于IDAS、發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)通訊接入服務(wù)配置本工程的PlantView完成五種服務(wù)、一種客戶(hù)請(qǐng)求，即：* I/O服務(wù)：負(fù)責(zé)收集數(shù)據(jù)并根據(jù)請(qǐng)求發(fā)送；*趨勢(shì)服務(wù)：負(fù)責(zé)歷史數(shù)據(jù)的采集與存儲(chǔ)；*報(bào)警服務(wù)：負(fù)責(zé)處理數(shù)據(jù)異常報(bào)告；*報(bào)表服務(wù)：負(fù)責(zé)完成數(shù)據(jù)的紀(jì)錄與報(bào)告生成；*時(shí)間服務(wù)：負(fù)責(zé)系統(tǒng)的校對(duì)，保持?jǐn)?shù)據(jù)的同一性?？蛻?hù)請(qǐng)求：人機(jī)界面接口，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)、報(bào)警、趨勢(shì)等顯示，提供給操作人員直觀(guān)的操

11、作界面。這五種服務(wù)通過(guò)計(jì)算機(jī)設(shè)置功能分散配置，參照網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖，設(shè)置服務(wù)功能為：I/O服務(wù)報(bào)警服務(wù)趨勢(shì)服務(wù)時(shí)間服務(wù)圖形服務(wù)主從主從主從SERVER1V 1SERVER2V 1SERVER3V1SERVER4V 1SERVER5V 1V 1VVSERVER6VVVSERVER7V |SERVER8V各操作站VDCS系統(tǒng)對(duì)時(shí)設(shè)計(jì)#3、#4機(jī)組統(tǒng)一對(duì)時(shí)，其中：控制器、服務(wù)器和客戶(hù)端采用網(wǎng)絡(luò)對(duì)時(shí)，每60分鐘以廣播方式發(fā)布時(shí)鐘服務(wù)器基準(zhǔn)時(shí)間，時(shí)鐘服務(wù)器時(shí)間由 GPS校準(zhǔn)；SOE模件(FM161E_SOE_A01 )第16路接受FM197集線(xiàn)器每間隔60秒發(fā)一次的脈沖對(duì)時(shí)信號(hào)，保證秒和毫秒精度。校時(shí)流程*

12、GPS天線(xiàn)收到時(shí)間信號(hào);*從串口上發(fā)到FM197校時(shí)集線(xiàn)器中;FM197 校時(shí)集線(xiàn)器發(fā)到系統(tǒng)時(shí)間服務(wù)器中； 時(shí)間服務(wù)器定時(shí)或在本機(jī)時(shí)間改變時(shí)在網(wǎng)內(nèi)廣播校時(shí)包； 設(shè)置同時(shí)間服務(wù)器同步的客戶(hù)機(jī)收到校時(shí)包后改變本機(jī)系統(tǒng)時(shí)間； 客戶(hù)機(jī)開(kāi)始運(yùn)行系統(tǒng)時(shí)向時(shí)間服務(wù)器請(qǐng)求校時(shí)。校時(shí)特點(diǎn) 控制系統(tǒng)校時(shí)收發(fā)以網(wǎng)絡(luò)傳遞為主；* SOE關(guān)鍵快速時(shí)鐘校對(duì)以硬接線(xiàn)發(fā)秒脈沖為主，保證站間SOE時(shí)鐘誤差 1ms,; 采用校時(shí)集線(xiàn)器接受 GPS 時(shí)鐘信號(hào)，給 DCS 時(shí)鐘服務(wù)器、 SIS 系統(tǒng)及其他設(shè)備同時(shí)進(jìn)行校時(shí)；* 網(wǎng)絡(luò)校時(shí)時(shí)鐘服務(wù)器唯一設(shè)置。實(shí)現(xiàn)的控制功能和利時(shí) HOLLiAS MACS 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集處理（ DAS

13、）、事件順序記錄（ SOE ）、歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和 檢索（HSR ）、輔機(jī)順序控制（SCS ）、模擬量控制（MCS ）、電氣控制（ECS ）、鍋爐爐膛安全監(jiān)控（FSSS） 及機(jī)爐協(xié)調(diào)控制（ CCS） 、自動(dòng)發(fā)電控制（ AGC ）等控制功能。該系統(tǒng)以其良好的開(kāi)放性、 擴(kuò)展性順利實(shí)現(xiàn)了與其他 7 個(gè)系統(tǒng)的通訊任務(wù)， 分別為 DEH/MEN 監(jiān)控系統(tǒng)、 爐管泄漏報(bào)警裝置、鍋爐吹灰控制系統(tǒng)、發(fā)電機(jī)勵(lì)磁裝置、廠(chǎng)用電監(jiān)控系統(tǒng)、溫度數(shù)據(jù)采集前端（IDAS）及廠(chǎng)級(jí)監(jiān)控系統(tǒng)（SIS）等。并與大屏幕 EOS主機(jī)配合，實(shí)現(xiàn)了兩個(gè)大屏幕獨(dú)立于操作員之外即可雙屏分 別顯示又可合為一屏顯示的功能。SCS 功能主要完成機(jī)組輔機(jī)

14、、加熱器及各種閥門(mén)的操作、聯(lián)鎖、保護(hù)及程控等控制功能。FSSS 功能主要包括鍋爐自動(dòng)吹掃邏輯、 油檢漏試驗(yàn)程控邏輯、 MFT 動(dòng)作及首出邏輯、 OFT 動(dòng)作及首 出邏輯、冷卻風(fēng)系統(tǒng)的保護(hù)聯(lián)鎖 24 個(gè)油角的點(diǎn)火程控啟、停等等，各功能均有專(zhuān)用的操作、指示面板。ECS 功能除了完成對(duì) 60 個(gè)斷路器的控制外，還對(duì)廠(chǎng)用電切換裝置、機(jī)組勵(lì)磁裝置及同期裝置等電氣 設(shè)備進(jìn)行操作控制。MCS功能主要完成對(duì)165個(gè)調(diào)節(jié)設(shè)備的控制和 50多套自動(dòng)調(diào)節(jié)回路。其中主汽溫度采用 3級(jí)PID 控制，為使閥門(mén)開(kāi)度與流量線(xiàn)性化特增加了一級(jí)流量控制PID ;送風(fēng)風(fēng)量設(shè)定單獨(dú)采用了一個(gè) PID，通過(guò)參數(shù)設(shè)置實(shí)現(xiàn)風(fēng)煤交叉功能；給

15、水設(shè)計(jì)為全程控制，低負(fù)荷(v 14%ECR )時(shí)用給水旁路閥調(diào)節(jié)汽包水位同時(shí)給水泵調(diào)節(jié)給水壓力，負(fù)荷1420%ECR時(shí)采用給水泵進(jìn)行單沖量控制，高負(fù)荷(>20%ECR )時(shí)采用給水泵進(jìn)行三沖量控制。對(duì)于自動(dòng)調(diào)節(jié)功能系統(tǒng)不僅給運(yùn)行人員提供了清晰明了的操作界面，也為熱工維護(hù)人員繪制了類(lèi)似 SAMA圖式的調(diào)試界面，見(jiàn)下圖(給水全程控制調(diào)試畫(huà)面)：后記在項(xiàng)目相關(guān)各方單位的共同努力下，黔北電廠(chǎng)4X300MW工程#3機(jī)組的分部試運(yùn)和整套啟動(dòng)工作緊張有序，機(jī)組整個(gè)試運(yùn)過(guò)程僅用時(shí)不到4個(gè)月。自于2004年2月13日進(jìn)入整套啟動(dòng)試運(yùn)行，2月23日16 : 00達(dá)到滿(mǎn)負(fù)荷試運(yùn)條件并進(jìn)入168小時(shí)試運(yùn)行，至3

16、月1日16 : 00圓滿(mǎn)完成168小時(shí)試運(yùn)，歷時(shí)僅17天。在168小時(shí)試運(yùn)行期間，機(jī)組連續(xù)帶滿(mǎn)負(fù)荷運(yùn)行時(shí)間為136小時(shí)，機(jī)組連續(xù)平均負(fù)荷為 300.3MW，平均負(fù)荷率為100.1%，平均廠(chǎng)用電率5.28%，熱控自動(dòng)投入率 95%，熱工保護(hù)投入率100%，熱控、電 氣儀表投入率為100%，電氣自動(dòng)投入率100%，汽機(jī)各軸振、瓦振均達(dá)到優(yōu)良標(biāo)準(zhǔn)，汽機(jī)真空嚴(yán)密性試 驗(yàn)優(yōu)良(48Pa/min )，發(fā)電機(jī)漏氫量 7.08Nm3/d，補(bǔ)水率10.6%，汽水品質(zhì)各項(xiàng)指標(biāo)合格。#4機(jī)組于2004年9月19日進(jìn)入整套啟動(dòng)試運(yùn)行，9月22日14 : 00點(diǎn)達(dá)到滿(mǎn)負(fù)荷試運(yùn)條件，9月 29日14 : 00點(diǎn)圓滿(mǎn)完成168小時(shí)滿(mǎn)負(fù)荷試運(yùn)，歷時(shí) 10天。在168小時(shí)