IA Series分散控制系统在太钢自备电厂中的应用.docx
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IASeries分散控制系统在太钢自备电厂中的应用
IASeries分散控制系统在太钢自备电厂中的应用
href="#"> 【摘要】介绍太钢自备电厂DCS控制系统基本结构和特点,通过介绍I/ASeries分散控制系统先进的硬件平台和网络构造,来进一步阐述此系统各项功能在太钢自备电厂中的有效运用。 【关键词】300MW机组DCSMesh网 机组的自动化控制水平的高低是衡量机组设备状况的综合性指标。 也是现代化火力发电厂技术和管理水平的综合体现。 太钢发电厂共有两台300MW机组,于2010年相继投产发电。 1.系统概况 太钢自备电厂DCS系统采用的是上海福克斯波罗公司的I/ASeries系统,I/ASeries自动化系列的特点是系统的软件、硬件和通讯系统都采用开放型标准设计。 硬件品种少,可靠性高,组态灵活。 1.1DCS系统组成 单台机组DCS系统采用21个I/O控制站、4面继电器柜完成DAS、MCS、SCS、FSSS、DEH等功能;6台操作员站、一台工程师站进行软件组态和生产过程的监控管理,包括: 显示工艺流程图,打印报表,控制各设备的自动化运行,显示历史趋势曲线,进行报警管理及事故分析等。 一台接口机完成DCS系统与SIS网的通信;对大型电机线圈温度、金属壁温、发电机线圈(定子)温度等信号和控制采用远程I/O技术,共设21个远程I/O站,分6个物理位置点,通过冗余的FBM224卡件实现与所有远程站的通讯。 公用系统有4个I/O控制站,两台机组与公用系统共同组成冗余的Mesh网络。 1.2硬件特点 应用操作站处理机AW70 AW70具有应用处理机和操作站处理机的双重功能。 即可作为一个应用处理机承担网络上的服务器功能,同时又可作为一个人机接口。 AW70执行与显示、生产控制、用户应用程序、诊断和组态等有关的应用功能。 并具有开发和执行需要扩展的数据处理和文件服务能力的应用功能。 操作站处理机WP70 WP70和与之相连的外设一起为用户和系统功能之间提供了一个操作界面。 它从自带硬盘和其它系统站上接受图象和文字信息,产生视频信号在视频监视器上显示信息。 控制处理机CP 控制处理机是一个可选的容错站,和与它相连的现场总线组件(FBM)一起,可按组态好的控制方案对过程进行控制。 它可实现连续控制、梯型逻辑控制和顺序控制等功能。 完成数据采集、检测、报警和传送信息的功能。 使用久经考验的算法(执行特定功能的数字计算)控制工业过程的变量,包括EXACT(专家自适应控制整定算法)和EXACTMV(EXACT多变量控制)系列算法。 这些算法包含在功能控制块中,现场工程师可对它们进行组态以完成要求的控制方案。 CP对功能块的最快处理周期可组态为0.05秒(在系统组态时定义)。 它对功能块的扫描周期可以是0.05~3600秒,由功能块的组态参数定义。 这些功能块可任意组合,实现常规调节控制的功能块有51种,包括: 输入/输出控制,信号处理,计算和转换以及报警和限幅等五大类。 实现梯形逻辑和顺序控制的模块有6种。 任何CP中的任意模块的参数均可连接到其它任何CP中的任意模块上去,以构成用户所要求的控制方案。 CP在电源接通时进行自检,而在工作期间执行运行时检查和监视时钟功能,在容错式控制处理机中,当检测到一个错误时,两个组件运行的内部自诊断测试,以确定哪个组件故障。 CP的负载能力由三个方面决定,一、最多挂64个FBM;二、最多可装载的功能块数量;三、每秒可运行的功能块的数量。 现场总线组件FBM: FBM(FieldBusModule) I/ASeries系统的现场总线组件FBM(FieldBusModule),可连接到运行I/ASeries综合控制软件的控制处理机或PC机上。 现场总线组件可与控制处理机或PC机一起就地按装,也可按装在远程的地方。 下表列出了输入输出卡件的主要类型表: 1.3DCS网络结构 Mesh网 I/A8.0以后的版本采用交换机组成Mesh网。 通讯标准IEEE802.3u/802.1w,传输速率100M/1G,传送介质光缆,传送距离多模光纤2km;单模光纤10Km,单模光缆加中继器100km。 网络结构有线型、环型、星型和树型。 下图为Mesh网的基本结构: 2系统的主要功能 2.1数据采集显示系统(DAS) 数据采集显示系统(DAS)分为锅炉显示操作系统、汽机显示操作系统、电气显示操作系统,其中: 锅炉显示画面35幅,汽机显示画面46幅,电气显示画面22幅。 DAS系统还包括历史及事故追忆。 按参数重要程度,分辨率为1秒及2秒点。 系统具有四个操作环境: 初始化环境、操作员环境、工程师环境。 系统具有流程画面检查、组画面检查、报警画面检查、事件顺序记录SOE过程检查、事故追忆检查、历史数据库检查、实时趋势和历史趋势检查功能。 通过DAS画面,使用球标可对各辅机、风门挡板、调门及电动门等进行操作。 为防止误操作,设有禁操画面。 DAS还具有过程报警、历史报警功能,日报表及月报表。 2.2闭环控制系统(MCS)功能 (1)机炉协调控制功能 机炉协调控制有两种方式,一种是炉跟机为基础的协调控制方式,另一种是机跟炉为基础的协调控制方式。 为提高机组的稳定性和相应性,在正常情况下,采用以炉跟机为基础的协调控制方式。 在锅炉辅机出现故障影响机组出力、机组在从定压控制转换到滑压控制方式以及机组出现RUNBACK运行工况,协调控制系统应切换到机跟炉为基础的协调控制方式。 炉跟机为基础的协调控制系统采用的是以锅炉控制压力,汽机控制负荷的运行方式,为了提高锅炉的响应性,稳定控制锅炉主汽压力,保证汽机对负荷的响应性,选用汽机调速级压力(P1)与汽机自动主汽门前压力(Pt)之比乘以机前压力定值(Ps)作为汽机对锅炉的能量需求(P1*Ps/Pt),该信号以动态前馈的形式控制锅炉的燃料量,这种控制方式加快了锅炉对汽机能量需求的响应性,稳定了锅炉的压力和燃烧,能保证锅炉控制的响应性和稳定性。 改变压力设定值Ps即改变了锅炉的燃料指令,从而达到了控制负荷的目的,直接能量平衡信号不但适用与定压控制方式,而且适用与滑压运行方式。 采用直接能量平衡信号,降低了汽机调门动作对锅炉出口压力的动态影响,提高了在变负荷工况下机组对负荷的响应性。 机跟炉为基础的协调控制系统采用的是汽机控压力,锅炉控负荷的运行方式,这种控制方式由于充分利用了汽机调门动作对压力响应快的特点,因此能很好地控制机组压力,但由于锅炉的燃烧特性比较慢,因此对负荷的响应比较慢,为提高锅炉的响应性,将机组指令以前馈和反馈的方式作用到锅炉控制,以加大前馈量的方式提高锅炉对负荷的响应性。 锅炉协调主要考虑风、水、煤的协调,以直接能量平衡信号(P1*Ps/Pt)作为燃料指令信号。 送风控制跟随负荷指令,同时用氧量进行修正,引风控制炉膛负压,给水控制汽包水位。 汽包水位的控制有单、三冲量两种控制方式。 在低负荷时(负荷小于30%)采用单冲量方式,控制给水调节阀。 在高负荷时采用三冲量控制方式,汽包水位作为动态修正信号,维持给水流量与主汽流量的平衡,保证汽包水位的稳定。 给水控制具有控给水阀和汽动给水泵两种方式。 当投运给水阀控制时,汽动给水泵在手动控制方式,不能投自动。 当投运汽动给水泵时,给水阀在手动控制方式。 燃烧控制以P1*Ps/Pt作为燃料的指令信号,热量信号(P1+dPd/dt)作为燃料的反馈信号。 从而控制主汽压力。 送风控制主要控制炉膛氧量,保证锅炉的稳定经济燃烧。 系统中将负荷指令作为送风控制系统的指令,氧量作为修正,同时考虑风煤指令的交叉联锁,升负荷时先加风,减负荷时先减煤。 在送风机跳闸发生RUNBACK时,协调控制系统关跳闸送风机的动调,同时自动开运行送风机的动调。 引风机控制系统控制炉膛负压。 以炉膛负压作为主控信号,同时接受送风机动调指令的前馈信号,当送风机系统调节时,引风机动调跟随动作。 稳定炉膛负压。 引风机控制系统具有方向闭锁的控制功能,在炉膛压力高时,闭锁减。 在炉膛压力低时,闭锁加。 当引风机跳闸发生RUNBACK时,协调控制系统关跳闸风机动调,同时自动开运行风机的动调。 (2)协调控制系统的联锁保护与控制保护: 联锁保护: 协调控制系统在机组运行中,实时监视机组辅机的处理能力,以确保机组辅机出力受限制的情况下,实行最高负荷和最低负荷限制,实现机组的能量平衡。 控制系统实时监视以下设备的运行情况,实行方向闭锁: 1)给煤机控制指令达上限或下限 2)送风机控制指令达上限或下限 3)机组负荷达到控制系统允许的上限或下限 4)风量小于煤量 5)炉膛负压达上限或下限 在机组执行RUNBACK时,协调控制系统以与RUNBACK要求相应的负荷变化率减负荷,减到相应的机组负荷值。 系统自动切换到机跟炉方式。 (3)一次调频控制 一次调频控制方式有三种,1、当CCS系统解列,DEH中的功率回路投入控制,一次调频回路投入,负荷在闭环控制;2、当CCS系统炉跟机方式,DEH中的功率回路解列,一次调频回路不投入,DEH开环控制,由CCS独立完成一次调频功能;3、当CCS系统炉跟机方式,DEH中的功率回路解列,一次调频回路投入,DEH开环控制,由CCS和DEH共同完成一次调频功能。 一次调频控制第一种方式是必须具备的,第二种方式能够保证机组安全稳定地使机组响应电网周波的变化,风、煤、水和汽机调门能够协调工作,第三种方式是当电网周波变化超过死区时,通过DEH将汽机调门直接开启或关闭,使机组功率迅速变化,同时CCS利用与DEH同一根频差与负荷的变化曲线,使风、水、煤响应调频造成的负荷变化。 (4)AGC控制 为适应现代大电网运行管理的需要,机组实现AGC控制。 AGC方式通过遥调信号实现省调的AGC控制。 2.3顺序控制系统(SCS)功能 顺序控制系统实现机组各控制系统及设备的顺序投运、启停与保护,各设备的手动遥控操作。 顺序控制系统结构: .设备控制级: 包括顺序控制逻辑,联动控制逻辑,和手动操作逻辑。 作用于设备驱动级上。 .设备驱动级: 直接向控制设备发出指令。 顺序控制系统包括风烟系统顺序控制、预热器顺序控制、送吸风机顺序控制、给泵顺序控制、凝泵顺序控制、炉水排污顺序控制等。 3系统运行情况及结论 I/A’S分散控制系统在太钢自备电厂的应用是成功的,DCS的锅炉、汽机各子系统运行情况良好,机组协调控制、AGC及一次调频全部投入运行。 设备的可靠性、安全性及机组自动化水平有了极大提高,确保机组长期经济安全稳定运行。 参考文献: [1]火电工程调试技术手册.中国电力出版社.2004. [2]I/A’S系统及应用.上海福克斯波罗有限公司.2007. 注: 本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文
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