基于DCS的2×300MW火电机组辅助系统控制方案及实现
王学厚，石金宝，孙玮，王方太
（山东电力研究院，山东 济南 250002）
摘要：本文介绍了火电机组辅助系统的控制方案及实现。在运河电厂续建2*330MW二期工程中，采用LN2000分散控制系统完成了对两台发电机组辅助系统的控制，实现了机组辅助控制系统一体化，这一系统简称为辅控DCS,包含了化水处理、含煤废水处理、制氢站、工业废水处理、凝结水精处理、输煤、除灰除渣、脱硫等子系统。
关键词：DCS 辅机程控 LN2000
中图分类号：TP273 文献表识码：A 文章编号：1007-9904（2007）ZK-07-04
1 引言
目前，国内火力发电厂控制的模式是有机组集中控制室和电子设备间，在其中安装机组的主控系统，主控系统采用分散控制系统（DCS）；除此以外，机组的辅助系统，如化学水处理系统、灰渣处理系统、输煤系统等，基本上采用PLC（可编程序控制器）控制方式，设置化学水处理控制室、灰渣控制室、燃料控制室等。对于独立且分散的PLC控制系统，存在着备品备件种类多、难于管理及设备投资大等缺点。长期以来各工程常规采用PLC系统相对采用DCS系统具有一定的价格优势，随着硬件及软件技术的进步，市场竞争的加剧，DCS系统的价格逐步下降，特别是国产DCS系统的价格目前已在较低的水平，机组辅助系统控制采用DCS系统控制的性能价格比已超过PLC控制系统。在运河电厂续建2*330MW二期工程中，采用LN2000分散控制系统完成了对两台发电机组辅助系统的控制，实现了机组辅助控制系统一体化，这一系统简称为辅控DCS,包含了化水处理、含煤废水处理、制氢站、工业废水处理、凝结水精处理、输煤、除灰除渣、脱硫等子系统。
2 LN2000分散控制系统用于辅控DCS的关键技术
2.1 通信网络
LN2000系统采用了两级通信网络：实时数据网和现场总线网（CAN协议）。
实时数据网采用无服务器对等网络结构，负责各功能节点（包含过程控制站节点、操作员站节点、工程师站节点等）间实时信息和命令的通信。实时数据网采用以太网协议并采用冗余配置，通信速率为100M，满足了高速、可靠、开放的工业控制计算机网络要求。在通信距离100米以内其通信介质可以采用超五类双绞线，通信速率为100M； 当通信距离超过100米时可以采用单膜或多膜光纤。各个辅助系统之间可以使用以太网连接起来，满足全厂范围辅助系统一体化控制的通信要求。
CAN现场总线负责一个过程控制站与其下层各I/O模块之间的通信，也采用冗余配置，过程控制站与I/O模块之间的通信采用主从方式，使通信更加可靠。
CAN信号传输采用短帧结构，网络有很强的检错及纠错功能，错误概率低，可靠性高，抗干扰能力强。其传输介质可以是屏蔽双绞线或光纤，通信速率为1Mbps(距离40m米以内) ，每个过程控制站在管理50个I/O模块时，扫描周期为0.1秒。当采用20Kbps通信速率时，通信距离可以达到3Km，每个过程控制站在管理50个I/O模块时，扫描周期仅为0.5秒。系统中的I/O模块可以就地布置，通过远程I/O方式与过程控制站完成通信，满足全厂范围的通信，并且保证实时性要求。
2.2 全局数据库技术
要实现辅控系统一体化，必须实现整个系统的全局数据库。LN2000系统的实时数据库容量最大100,000点，系统中过程控制站最大数目40对，完全可以满足整个系统数据库的需求。数据库中数据点的索引号设置与硬件地址一一对应。在系统安装、组态、调试时，每个子系统的过程控制站、操作员站必须分配不同的站号，每个子系统可以单独进行，到整个系统联网时再合并成全局数据库，这样既方便了每个系统的安装调试，又保证在整个系统联网时不会产生冲突，实现整个系统信息共享。LN2000系统没有特别的历史数据库，所有实时数据采用不失真压缩技术全部记录，并提供多种检索查询、统计手段，为实时监控、日常管理和故障分析提供依据。
2.3 操作权限管理
由于辅控系统实现了一体化，实现了信息共享，方便了控制与管理，但也带来了其他问题，就是必须重视是操作权限管理。并不是每个操作员都是全能的，输煤系统的操作员不一定能够正确操作化水处理系统，所以必须对每个操作员的操作权限进行限制。LN2000系统的操作权限管理是可以通过组态来实现的，可以配置每台操作员站对每个过程控制站是否有权操作，还可以设置每个操作员个人的操作权限，这样，可以实现不同的系统由不同人员操作的功能。
3 辅控DCS的控制方案
3.1 总体网络结构
在运河电厂续建2*330MW二期工程中，辅控系统包含了水务、输煤、除灰除渣、脱硫等子系统，其中水务子系统包括化水处理、含煤废水处理、制氢站、工业废水处理、凝结水精处理等。分散控制系统整个网络的结构如图1所示。 主控制室内配置了两台监控站通过冗余的数据交换机监控各个子系统。
3.2 水务子系统
水务子系统包括化水处理、含煤废水处理、制氢站、工业废水处理、凝结水精处理等。系统网络的结构如图2所示。在化水处理室配置了四台操作员站负责整个子系统监控。 化水处理配置了三对过程控制站，完成预处理、反渗透、水处理等控制功能。工业废水处理、凝结水精处理、含煤废水处理、制氢站的控制由布置在就地的操作站和控制柜完成，同时用光纤与水务监控系统相连。工业废水处理、凝结水精处理中还设置了远程I/O柜。
3.3 输煤控制子系统
输煤子系统总点数1396点。配置了两台操作员站，其中一台兼作工程师站和历史站。使用了三对冗余的过程控制站，其中有两对远程站。远程与主控之间现场总线进行通讯。
3.4 除灰除渣子系统
除灰除渣子系统配置了四对过程控制站和两个操作员站。每台机组的除灰、除渣各用一对控制站，其中除渣为远程方式。
3.5 脱硫子系统
脱硫子系统共配置了7对过程控制站和2台操作员站。其中石膏脱水和废水处理的控制采用了远程方式。
4 主要特点
(1) 各辅助系统可独立运行，进行手动和程序控制。
(2) 各辅助系统的就地操作员站只能对各自系统进行操作，不能进行相互操作。
(3) 集控操作员站根据设定权限可以操作所有子系统或某些子系统。
(4) 如果系统工艺设备状态良好，则可以取消各辅助系统的就地操作站。
参考文献
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The control scheme and realization of 2 × 300MW Units' Auxiliary System basing on DCS
Wang Xue-hou,Shi Jin-bao,Sun Wei,Wang Fang-tai
( Shandong Electric Power Research Institute,Jinan,250002,China )
Abstract: In this paper we discussed the control scheme and realization of auxiliary system of fired power plant. LN2000 Control System is used for two units of 300 MW (phase II)in Shandong Yunhe Power Plant. This project achieved the control on the auxiliary system, realized the integration of auxiliary system of unit. This system is called auxiliary DCS that includes water chemical treatment, coal-bearing wastewater treatment, hydrogen plant, hydrogen wastewater treatment, condensate polishing system, coal conveying system, ash and slag removing system, desulfurization system, etc.
Keywords: DCS; program control on auxiliary equipment; LN2000
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