12燃氣三聯供自動控制系統(tǒng)

1、12.2. 燃氣三聯供自動控制系統(tǒng)12.2.1.12.2.1.1. 三聯供系統(tǒng)分析分布式供能系統(tǒng)主要涉及2臺天然氣內燃發(fā)電機組、2臺余熱澳化鋰機組，以配套工藝設備（管線）為輔機，進行供熱、供冷、供電系統(tǒng)（以下簡稱三聯供系統(tǒng)）的分布式控制。主要有并網控制、群控功能和集中控制等，本技術方案針對整個三聯供控制系統(tǒng)而做。根據整個三聯供控制系統(tǒng)的功能要求，主要對2臺康明斯自帶并網控制功能的天然氣內燃發(fā)電機組及相關配套的輔助設備（冷卻水箱，水泵）控制、2臺余熱澳化鋰機組及相關配套的輔助設備（水泵，冷卻水箱）控制、三聯供系統(tǒng)的探頭（流量、壓力、溫度）、狀態(tài)檢測（壓力開關和溫度開關）、調節(jié)控制（閥門）等二次設

2、儀表設備進行集中測控，以實現在控制室內對本期建設的整個三聯供系統(tǒng)集中監(jiān)控,并與上一級BA監(jiān)控系統(tǒng)聯網,同時也可以通過通訊在BA勺后臺進行遠程操作，通過硬接線可以在BA的后臺進行遠程的緊急事件進行操作停機功能。12.2.1.2. 測控對象分析根據工藝設備及集中監(jiān)控的要求，三聯供控制系統(tǒng)需對以下對象進行測控：發(fā)電機組：a:發(fā)電機組的遠程自動的啟停控制。（通過主控PLC柜及BA后臺集中控制）b:發(fā)電機組的遠程自動的并網和負荷分配控制。（通過發(fā)電機自帶的帶并網功能的PCC3.3控制箱進行控制）。c:發(fā)電機組運行參數顯示（通過發(fā)電機的RS485連接到主控PLC柜，再通過主控轉換為工業(yè)以太網上傳到BA）。

3、余熱澳化鋰機組a:澳化鋰機組的遠程自動的啟停控制。（通過主控PLC柜集中控制）b:澳化鋰機組運行參數顯示（通過澳化鋰機組的RS485連接到主控PLC,再通過主控轉換為工業(yè)以太網上傳到BA）。各子系統(tǒng)的電源及控制柜（比如MCC柜，G舊,風機水泵控制柜等），通過IO干接點或通訊連接到主控柜并通過主控PLC進行遠程控制，信號集成后上傳到BA各管路上的溫度傳感器、壓力等傳感器、流量計和電動閥門等，通過模擬量或4-20ma連接到主控柜并通過主控PLC集成后上傳到BA。12.2.1.3. 技術方案本技術方案對整個三聯供系統(tǒng)采用分布式控制系統(tǒng)，發(fā)電機組和澳化鋰及相應輔機構成一個獨立單元。測控相對獨立，分為三

4、層，系統(tǒng)框圖見圖1,低層為監(jiān)測層，以儀表、傳感器、電動閥門、流量計等為監(jiān)測手段；中層為執(zhí)行層，以發(fā)電機組原廠PCC3.3為核心的全自動并網控制箱為核心，實現發(fā)電機組自身控制和并網控制、負載分配、電器保護等功能；以澳化鋰自帶控制器實現澳化鋰自身控制、前后端工藝設備管理；以子系統(tǒng)的電源及控制柜來實現各子系統(tǒng)設備的具體運行控制，保證可靠性的同時，最大的降低運行能耗，同時滿足各工況下的運行策略調整；上層為操作層，以高性能的西門子S7300PLC和商用觸摸平板電腦為硬件，配以應用軟件，通過數模轉換模塊及通訊來實現對低、中層數據的采集、分析及管理。實現對系統(tǒng)控制對象的集中監(jiān)視（并網畫面、運行曲線）、自動調

5、參、數據記錄、運行分析、以及與上級BA系統(tǒng)聯網。上層：操作中層：控制低層：監(jiān)測圖1系統(tǒng)框圖上級BA監(jiān)控主機澳化鋰機組發(fā)電機組12.2.1.4. 控制工藝流程本技術方案依據控制工藝要求完成由發(fā)電機組和澳化鋰機組組成的三聯供系統(tǒng)實現供電供冷供熱，在保證發(fā)電機組正常運行條件下使其余熱得到有效利用,達到節(jié)能減排的目的系統(tǒng)工況1:供電工況發(fā)電機組主要是與市電并網實現余電上網的供電模式。也可以按照需要進行孤島運行。2:制冷工況和制熱工況在發(fā)電機組運行在供電的條件下，利用發(fā)電機組的高溫煙氣和缸套熱水，經電動閥和換熱器后進入澳化鋰進行制冷和制熱。備注：澳化鋰和相關電動蝶閥設置邏輯互鎖，即任何時刻兩個進口煙氣閥

6、門不會同時關閉，以保證在緊急工況下系統(tǒng)的安全與可靠。12.2.2. 系統(tǒng)配置12.2.2.1. 監(jiān)測層（底層）監(jiān)測信號主要監(jiān)測對象有溫度、流量、壓力、流量、甲烷濃度等。（1）發(fā)電機組信號：（信號采用通訊形式提供到主控PLC柜）缸套水進出溫度（0120C）2個；中冷器進出溫度（0100C）2個；箱體內溫度1個；潤滑油壓力和溫度等（2）澳化鋰機組：（信號采用通訊形式提供到主控PLC柜）冷卻水：進、出水溫度（0100C）2個；冷溫水：進、出水溫度（0-10OC）2個煙氣出口溫度（0500C）1個；壓差式水流開關信號2組；冷溫水：進、出口壓力2個；冷卻水：進、出口壓力2個；冷卻泵：進、出口壓力2個；缸

7、套水循環(huán)泵：進、出口壓力2個；（3）管路系統(tǒng)：（通過傳感器及計量表計提供信號給主控PLC柜）各換熱器前后溫度、壓力信號；控制閥門的位置狀態(tài)信號；系統(tǒng)各報警點信號等?？刂茖ο罂刂茖ο笾饕园l(fā)電機及澳化鋰機組為中心的相應配套的泵閥的控制（1）主機設備燃氣發(fā)電機組：2臺澳化鋰：2臺冷卻水箱：2臺離心冷水機組3組燃氣真空鍋爐3臺（2）輔肋系統(tǒng)冷溫水泵：4臺（兩用兩備）冷卻水泵：4臺（兩用兩備）缸套水循環(huán)冷卻泵：2臺（一用一備）全程水處理器2臺軟化水設備1套空調/采暖系統(tǒng)分/集水器一組（3）管路系統(tǒng)電動煙氣調節(jié)閥4個電動煙氣開關閥2個電動水系統(tǒng)三通閥4個遠傳表計、流量、溫度、壓力、甲烷濃度其他電動閥若干

8、12.2.2.2. 執(zhí)行層本層以各核心設備自帶控制器構成自身的閉環(huán)控制系統(tǒng)，以技術標內各設備技術資料內的為準，這里不做敷述。發(fā)電機組的并網控制箱即PCC3300O12.2.2.3. 操作層（即HMC300主控柜）操作層作為人機操作界面（或SCADA）,主要實現集中監(jiān)視（實時監(jiān)視、報警處理、運行曲線）、參數調整、數據管理、運行分析以及通訊（含與上級監(jiān)控系統(tǒng)聯網）等。以高性能的西門子S7300PLC和商用觸摸平板電腦為硬件，配以應用軟件,通過數模轉換模塊及通訊來實現對低、中層數據的采集、分析及管理。實現對系統(tǒng)控制對象的集中監(jiān)視（并網畫面、運行曲線）、自動調參、數據記錄、運行分析、以及與上級BA系統(tǒng)

9、聯網。保證可靠性的同時，最大的降低運行能耗，同時滿足各工況下的運行策略調整。該套自控系統(tǒng)由康明斯和西門子工控聯合研發(fā)，結合了兩個原始設備制造商的知識和經驗，在虹橋一期、南京鳳凰數據中心、天津西站等三聯供項目上均有實際運行經驗和數據。通過不同項目的實施和應用，該套HMC300系統(tǒng)均能完全滿足不同業(yè)主不同項目不同環(huán)境的要求。通過這些項目的實際運行，充分說明了HMC300這套自控系統(tǒng)是一個非常成熟可靠的。考慮三聯供系統(tǒng)的特殊性，整體采用由樹形和星型構成的混合性拓撲結構來設計自控系統(tǒng)。四個供能單元及兩個供電單元內部采用樹形結構，具有連結簡單，維護方便，適用于匯集信息的應用要求，易于擴展，故障隔離較容易

10、。整個系統(tǒng)采用星型結構，具有集中控制且控制簡單，故障診斷和隔離容易，網絡延遲時間短，誤碼率低，結構簡單、容易實現、便于管理與拓展。兩種拓撲結構取長補短，樹形結構單節(jié)點故障易導致系統(tǒng)上下鏈路同時故障的問題被星型結構的放射式鏈路所解決；星型結構存在中央節(jié)點負擔重、容易形成系統(tǒng)瓶頸的問題，樹形結構的多節(jié)點分散式控制正好可以處理大量的數據，減少中央節(jié)點的負擔，快速提開整個系統(tǒng)的響應和刷新速率。混合型的架構不但可靠、安全還具有強大的同類擴展能力。進一步考慮自控系統(tǒng)的操作便利性、兼容性、安全性，我們將對客戶開放自控系統(tǒng)的代碼程序，提供客戶需要的通訊接口和地址表以滿足BA系統(tǒng)的要求，該系統(tǒng)在軟硬件上充分考慮

11、了上下級控制系統(tǒng)的兼容性，為了保證系統(tǒng)的安全操作，系統(tǒng)提供多級用戶權限管理，不同權限的用戶對應不同的操作范圍。提供日報、月報打印功能，可提供定時打印、事件驅動打印、召喚打印等。通訊方式：依據虹橋一期項目的經驗，為了避免和BA系統(tǒng)存在通訊延時及錯誤而頻繁導致誤保護和誤動作，自控系統(tǒng)我們采用雙點通訊。全雙工并行通訊技術和交換技術后，使得網絡的通訊能力得以充分地利用。系統(tǒng)調節(jié)和控制：系統(tǒng)內各傳感器獲得的數據以及各類自控執(zhí)行器件狀態(tài)信號接入HMC300,按PID設定好的工藝路線來實現系統(tǒng)的自動監(jiān)控、運行以及調節(jié)。以實現無人值守、一鍵啟動、一鍵復位、上級指令調整、自動檢測故障點等先進自動化功能。來滿足能

12、源站對于減少系統(tǒng)維護工作的同時又保證系統(tǒng)可靠性的要求。并網管理：燃氣機組并網上網的管理和保護功能由HMC300主控柜完成，并通過G59外同步模塊來保持與市電同步工況，X2N-1模塊可在市電故障等非標準工況下保護燃氣發(fā)電機組并進行逆功率保護。這些專用功能件的運用更增強了系統(tǒng)安全運行的能力。在特殊情況下，機組自帶PCC3300的控制箱也可以獨立完成與市電并網上網的運行要求。在虹橋一期工程中，我們通過大量的數據積累和故障分析，對整個并網上網系統(tǒng)所需要標定的幾十個保護整定值有了更可靠的原始數據和排障方法，相信這方面的經驗可以使西虹橋項目在并網上網調試過程中更加順利。友好的操彳界面：HMC300主控柜采

13、用研華17寸觸摸屏來完成人機界面功能的實現。有高壓一次（并網上網）子畫面、脫硝子畫面、澳化鋰子畫面、燃氣機組子畫面及輔助系統(tǒng)子華面和統(tǒng)PID主畫面，各畫面之間可以自由切換，并且通過該人機界面以圖形方式監(jiān)控順序控制過程。趨勢控制：通過HMC300自帶的功率檢測及變送器并通過數字和模擬輸入輸出模塊對各個系統(tǒng)工藝撬塊和自控閥門進行指令發(fā)送，通過傳感器及各類信號的反饋，來判斷系統(tǒng)是否運行在要求的狀態(tài)。并根據反饋的結果可以給出參考的調節(jié)參數供操作人員參考和借鑒。多重報警：依據虹橋一期項目的經驗，報警類型、設備可通過不同的聲音及燈光組合，在現場吵雜的環(huán)境下，方便操作人員快速判斷故障。人工智能AI:依據虹橋

14、一期項目的經驗，按照事先設定的設備維保周期及實際運行工況，結合系統(tǒng)數據如天然氣成分等，HMC300會自動提供系統(tǒng)內各設備的維保時間的畫面提示。通過上述的自控系統(tǒng)的描述，可以清晰的了解我們自控系統(tǒng)成熟的架構，雙點通訊方式的可靠性，系統(tǒng)功能的全面性，人工智能的應用等等，通過HMC300的各項功能，可以實現整個三聯供聯供系統(tǒng)的無人值守。如果業(yè)主有更高的要求，我們可以用WINCC開發(fā)軟件對HMC300進行拓展，在PC側實現HMC300的全部功能。通過多模光纖進行數據傳輸將HMC300拓展到能源站任何一個地方，實現更進一步的分層管理。S7-300PLC性能指標 運行速度高，執(zhí)行一條二進制指令80nsec

15、 存儲器容量大，裝載存儲器可以擴展 I/O擴展功能強，可以擴展21個機架，最大262144個數字量，16384個模擬量I/O具有極強的通訊能力，容易實現分布式結構控制系統(tǒng)，集成的MPI能建立最多32個站的簡單網絡 診斷緩沖區(qū)，最后的120個故障和中斷事件保存在一個環(huán)形緩沖器中，用于進行診斷 具有高容錯功能 主干網絡100Mbps標準工業(yè)通訊協(xié)議操作層的主要功能有：1、通訊管理(1)系統(tǒng)內通訊系統(tǒng)內通訊是指在集中監(jiān)控系統(tǒng)內，PLC與監(jiān)視主機間的通訊，服務器與客戶端問的數據通訊，數據交換信息；服務端實時有效的檢測到系統(tǒng)與分散于不同區(qū)域的網絡數據采集單元的網絡連接狀態(tài)，系統(tǒng)與各個網絡數據采集單元之間

16、的通訊是否正常及數據交換情況。系統(tǒng)與所有監(jiān)測設備的通訊狀態(tài)及通訊原始數據等。根據所連接的設備情況，遠程配置各個網絡數據采集單元的每個通訊端口的通訊參數。(2)系統(tǒng)間通訊通過網絡與系統(tǒng)間的其它設備，如發(fā)電機控制器、澳化鋰機組控制器等設備以及上一級SCADA系統(tǒng)進行數據通訊2、數據管理(1)實時數據：監(jiān)控中心服務端可通過TCP/IP網絡實時向各遠程監(jiān)控站中的網絡數據采集單元和各個監(jiān)控設備發(fā)送采集各種數據的指令，同是自動實時監(jiān)測所有來自不同設備的數據，對所采取數據進行分析、計算，從而獲取各個設備的運行狀態(tài)、運行參數及各種故障參數等，并對各種運行數據有效存儲。系統(tǒng)采用多線程并發(fā)計算技術可同時處理來自不

17、同網絡單元和不同設備的數據，進行并行分析和并行計算。亦可實時的查詢各個設備的所有數據，用戶可以根據需要自由選定設備、選定設備參數、選定時間段來查詢數據。中心服務端自動把所有實時數據通過TCP/IP網絡傳送給本機客戶端監(jiān)控程序和遠程的客戶端監(jiān)控程序。各個客戶端程序自動接收和處理來自服務端的數據，通過友好的人機界面通過文字、圖形、表格、動畫等多樣的形式實時顯示各個設備的運行參數、運行狀態(tài)和報警參數。(2)歷史數據：監(jiān)控中心服務端自動將所有有效的監(jiān)控數據存儲在SQLSEVER服務器中，操作人員可以隨時在服務端程序和客戶端程序的查詢檢測的所有設備的任意參數的歷史數據，可查詢任一天、任一時間段的歷史數據

18、，并且自動生成歷史曲線圖，將查詢結果以列表方式顯示或打印，以供分析之用。系統(tǒng)保存歷史數據不受時間限制。"二I»!第E-fqi;回p"*S3CaTINM間3MMmillj;號mi山>jd.4啕41bdiH-FUWIEJMUI«6(al1主扁p"明(3)備份數據：監(jiān)控系統(tǒng)提供多備份功能，可以將一份數據做幾個備份以防止重要數據丟失，同時對事件日志的記錄多少也可以根據實際情況而設定，備份的路徑也可以隨便設定。(4)歷史數據庫維護：系統(tǒng)具有歷數史數據庫完全備份功能；系統(tǒng)提供數據庫工具可以幫助用戶在歷史數據庫異常時重建歷史數據庫，并把數據恢復到最近保

19、存的備份狀態(tài)。對于歷史數據記錄的刪除，系統(tǒng)提供了兩種方式：用戶選擇刪除按時間段刪除；系統(tǒng)根據用戶定義時間自動刪除指定時間以前的記錄，以保持歷史數據不會太過于龐大。3、安全管理：(1)用戶操作權限：無論是客戶端和服務端，系統(tǒng)都提供了有效用戶分級管理機制。系統(tǒng)根據不同的操作者劃分了多級操作權限，最低級操作權限只能查看監(jiān)控數據、無法對系統(tǒng)進行調整、無法對設備進行控制操作，無法退出系統(tǒng)。具有控制權限的操作者可以進行對監(jiān)控對象發(fā)送控制指令，例如：開、關空調；開、關照明系統(tǒng)等；具有系統(tǒng)修改權限的操作者可以對系統(tǒng)所有控件進行屬性、參數的修改；最高級的操作權限可以對用戶授權，可以修改系統(tǒng)的所有參數，包括系統(tǒng)的

20、運行參數，及對系統(tǒng)數據庫進行維護。系統(tǒng)具有非常完善的權限分級管理功能，亦可根據用戶實際需求，可對操作者劃分不同的操作權限等級劃分操作權限，不同的用戶只能在自己的操作權限內進行系統(tǒng)的操作。(2)用戶操作記錄：系統(tǒng)的服務端和客戶端都提供了完善的用戶操作記錄功能，實現對用戶操作的跟蹤記錄，所有操作記錄都存儲在SQLsever數據庫服務器中；客戶端和服務端的操作記錄分別存儲于不同的數據表。系統(tǒng)對所有操作者所進行的系統(tǒng)操作均作詳細的操作記錄，包括操作用戶ID、操作用戶名稱、操作內容、操作時間和操作者所用主機的IP地址。A服務端操作記錄：服務端操作記錄主要包括對用戶對以下操作內容的跟蹤：系統(tǒng)啟動、系統(tǒng)退出

21、、用戶登錄、用戶管理、密碼修改、系統(tǒng)參數修改、系統(tǒng)數據表修改、設備數據表修改、控制參數數據表修改、時間段參數數據表修改、報警參數數據表修改、用口參數表修改、網絡采集單元參數表修改、歷史數據查詢、報警記錄查詢、歷史數據維護、報警記錄維護、用戶操作記錄維護等等。B客戶端操作記錄：客戶端操作記錄項的內容還包括操作者所用主機的IP地址，并且所有客戶端的的操作記錄是集中存儲在中心的SQLSEVER數據庫服務器中，有利于集中管理。主要包括對用戶對以下操作內容的跟蹤：系統(tǒng)啟動、系統(tǒng)退出、用戶登錄、用戶管理、密碼修改、系統(tǒng)參數修改、連接服務端、斷開服務端、查看歷史數據、查看報警數據、查看短信記錄、查看電話報警

22、記錄、設置服務端參數、修改當前服務端的IP參數、服務端數據維護、客戶端數據庫維護。C無論是客戶端還是服務端操作記錄都可以在遠程服務端查詢，用戶可以自由選擇要查詢的時間段；并提供操作記錄報表打印功能。(3)軟件安全只有獲得我公司的正確許可權后才能將軟件程序拷貝到其他監(jiān)控主機上運行，否則所拷貝的軟件程序將不能正常運行，其目的保障用戶使用該系統(tǒng)時應具有的軟件安全性。4、配置管理(1)系統(tǒng)參數配置：只有在具有系統(tǒng)參數修改操作權限的操作者才能對整個系統(tǒng)軟件的運行參數、數據管理參數、報警參數等進行配置、修改，如配置或修改不當，系統(tǒng)參數可以設定系統(tǒng)的登錄方式、報警方式、客戶端和服務端的連接參數。(2)監(jiān)控參

23、數配置：同樣只有在具有權限的操作者才能修改監(jiān)控對象的監(jiān)控參數，包括新增、刪除、修改監(jiān)控對象的監(jiān)控參數。(3)遠程管理：只要具有權限，用戶既可以在監(jiān)控中心也可在遠程對系統(tǒng)進行修改和維護，如遠程修改用戶操作界面，遠程設置報警參數、遠程維護系統(tǒng)數據庫、遠程維護歷史數據庫在線升級維護：用戶可以在系統(tǒng)在線工作時，對系統(tǒng)的操作界面進行升級和維護。線時對遠程監(jiān)控站的監(jiān)控參數進行修改，功能如同上所述。(4)系統(tǒng)數據庫配置及備份恢復：當系統(tǒng)的數據庫由于操作系統(tǒng)故障、病毒或誤操作導致系統(tǒng)數據庫異常時，用戶可以通過系統(tǒng)提供的數據庫工具快速、簡便的把系統(tǒng)數據庫恢復到正常狀態(tài)，恢復上次備份的數據。系統(tǒng)提供數據庫配置工具

24、可以幫助用戶配置客戶端、服務端與系統(tǒng)庫的連接參數。系統(tǒng)數據庫工具可以幫助用戶在系統(tǒng)庫異常時重建客戶端、服務端數據庫，并把客戶端、服務端恢復到上次的正確備份中。系統(tǒng)數據庫工具可以幫助用戶快速、完整的備份系統(tǒng)客戶端、服務端數據庫5、報警報表管理在窗口中可以查詢指定時間范圍內的報警記錄，可以查看到報警發(fā)生的時問、等級、名稱、編號、及發(fā)生報警時的變量值及原因分和處理方法等信息，系統(tǒng)將所保存的歷史數據、操作記錄、事件日志生成各種報表進行管理，可針對監(jiān)控對象形成獨立的報表，亦可對所有的監(jiān)控對象生成整體的統(tǒng)計報表，并具有打印功能。/屈算密3國直I南'七SIEEIWTilVhn：癡三二2Lu第也也值加iMWireji.-*imQ<T爆則記箕或第，理日/rr也1m推出IF耳區(qū)加必0金Hilli<i>taiiiKABP.T；f«kmr渣iTra圮加iriJHUE恥啊管蚪拓鼻黃