和利時DCS在600 MW超臨界空冷機組上的應(yīng)用

王麗麗，沈鐵志

（神華內(nèi)蒙古國華呼倫貝爾發(fā)電有限公司，內(nèi)蒙古呼倫貝爾021025）

和利時DCS在600 MW超臨界空冷機組上的應(yīng)用

王麗麗，沈鐵志

（神華內(nèi)蒙古國華呼倫貝爾發(fā)電有限公司，內(nèi)蒙古呼倫貝爾021025）

介紹了和利時公司的MACS V6 DCS（分散控制系統(tǒng)）網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、特點及其在呼倫貝爾發(fā)電公司600 MW機組上的應(yīng)用情況，并對應(yīng)用過程中應(yīng)注意的一些問題加以分析，旨在為應(yīng)用和利時DCS的發(fā)電廠提供借鑒，從而推動國產(chǎn)DCS的應(yīng)用進程，并使其變得更完善。

600 MW；DCS；應(yīng)用；維護

國內(nèi)600 MW及以上機組的控制大都采用進口控制系統(tǒng)，DEH（數(shù)字電液控制系統(tǒng)）更是由國外所壟斷。而呼倫貝爾發(fā)電公司2×600 MW超臨界直流空冷機組采用和利時自動化工程有限公司的MACS V6 DCS（分散控制系統(tǒng)），實現(xiàn)機爐一體化控制，是國產(chǎn)DCS在600 MW超臨界空冷機組上的首次應(yīng)用。由于缺乏成熟的經(jīng)驗，在應(yīng)用過程中出現(xiàn)了一些值得關(guān)注的軟、硬件問題，經(jīng)過用戶與廠家的不斷改進，問題逐步得到解決。

1 控制系統(tǒng)概述

1.1 系統(tǒng)配置與功能

MACS V6 DCS中DEH的電氣部分采用和利時公司的S/M系列硬件產(chǎn)品。2臺單元機組的控制分別由2套DCS實現(xiàn)，公共系統(tǒng)的控制由DCS公共系統(tǒng)實現(xiàn)，配置MACS V6控制系統(tǒng)軟件；DCS公用系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)分別與相應(yīng)2臺機組DCS通信，DCS公共系統(tǒng)不設(shè)操作員站。單元機組操作員站均可對公用系統(tǒng)進行監(jiān)控，無法實現(xiàn)相互閉鎖功能。

正常運行時規(guī)定由1號機組操作，1號機組DCS故障或檢修時切至2號機組DCS控制。整個系統(tǒng)配置滿足DL/T 1083-2008標(biāo)準(zhǔn)[1]的要求，實現(xiàn)DAS（數(shù)據(jù)采集）、MCS（模擬量控制）、FSSS（鍋爐爐膛安全監(jiān)控）、SCS（順序控制）、ECS（電氣控制）、DEH等。

DCS的監(jiān)控范圍除鍋爐、汽輪發(fā)電機組及輔機系統(tǒng)、發(fā)變組及電氣廠用電源系統(tǒng)外，空冷系統(tǒng)、旁路控制、輔機冷卻水泵房系統(tǒng)、鍋爐吹灰設(shè)備、煙氣脫硝區(qū)域、燃油泵房設(shè)備的控制也統(tǒng)一納入了DCS系統(tǒng)，完成各種數(shù)據(jù)采集、監(jiān)視、控制和保護功能，以滿足各種運行工況的要求。

1.2 域配置

DCS引入了域的概念，共分為3個域，每個域由獨立的服務(wù)器、系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)和多個現(xiàn)場控制站組成，完成相對獨立的采集和控制功能。域有域名，域內(nèi)數(shù)據(jù)單獨組態(tài)和管理，域間數(shù)據(jù)可以重名。各個域可以共享監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)和工程師站，操作員站和性能計算站等可通過域名登錄到不同的域進行操作，而數(shù)據(jù)按域獨立組態(tài)，域間數(shù)據(jù)可以由域間引用或域間通信組態(tài)進行定義，并通過監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)相互引用。3個域具體分工如下：

（1）0號域：公用系統(tǒng)設(shè)6個現(xiàn)場控制站，站號從44—49號，其中49號為燃油控制站，設(shè)在燃油泵房，為遠程控制站。

（2）1號域：為1號機組鍋爐、汽機、電氣控制，共有34個現(xiàn)場控制站，10—24號為鍋爐控制站，25—31號為空冷遠程控制站（在空冷電子間），32—38號和42，43號為DEH控制站；38—41號電氣控制站。

（3）2號域：為2號機組鍋爐、汽機、電氣控制，設(shè)置的操作員站與1號域相同。

1.3 主機DCS網(wǎng)絡(luò)

機組DCS控制網(wǎng)絡(luò)，由上到下分為監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)、系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)和控制網(wǎng)絡(luò)3個層次，其中：監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)工程師站、操作員站、性能計算站與系統(tǒng)服務(wù)器的互連；系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)現(xiàn)場控制站與系統(tǒng)服務(wù)器的互連；控制網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)現(xiàn)場控制站與過程I/O單元的通信。

網(wǎng)絡(luò)節(jié)點主要包括工程師站、操作員站、性能計算站、優(yōu)化控制站、管理網(wǎng)網(wǎng)關(guān)、系統(tǒng)服務(wù)器（單臺機組配置3臺I/O服務(wù)器互相冗余、2臺實時/歷史服務(wù)器互相冗余）、現(xiàn)場控制站、通信控制站等。網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2 控制系統(tǒng)應(yīng)用特點

2.1 實現(xiàn)汽機、鍋爐控制一體化

DEH與DCS一樣，采用同類型控制器，只是在控制器內(nèi)部采用更短的處理周期（50 ms），同時在邏輯組態(tài)時DEH采用FBD語言，與DCS邏輯組態(tài)采用的CFC語言不同。DEH在汽輪機控制中處于核心地位，直接影響機組的安全、經(jīng)濟、穩(wěn)定運行，對設(shè)備的可靠性、網(wǎng)絡(luò)的安全性提出了更高的要求。DEH也采用和利時產(chǎn)品，采用與和利時DCS同樣的通信網(wǎng)絡(luò)進行通信，必要時也通過站間硬接線相連。

DEH部分由BTC基本控制站、ATC自啟動控制站組成，共有2個控制站3個機柜。機柜中安裝有冗余主控單元及各種I/O模塊，以完成各種控制功能。服務(wù)器、工程師站及操作員站與DCS系統(tǒng)共用，主要完成數(shù)據(jù)庫管理、控制組態(tài)及監(jiān)視操作等功能。

在DEH與DCS一體化實施的管理上，注意在做好各項技術(shù)措施，保證系統(tǒng)能夠按照設(shè)計要求正常運行。按DL/T 659-2006標(biāo)準(zhǔn)[2]的要求，積極做好冗余控制器切換和控制網(wǎng)絡(luò)切換等各項試驗，核查ETS（汽輪機跳閘保護系統(tǒng)）與TSI（汽輪機安全監(jiān)視系統(tǒng)）、DCS及DEH之間的通信信號，DEH與DCS之間的通信信號等，并進行相應(yīng)的傳動試驗。

圖1 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

DCS和DEH的一體化設(shè)計既要考慮系統(tǒng)的集中管理和控制，又要考慮DCS和DEH控制系統(tǒng)功能上的不同，采用相對獨立的控制站，對于兩個系統(tǒng)之間重要的聯(lián)絡(luò)信號采用柜間硬接線的設(shè)計。

2.2 實現(xiàn)遠程空冷系統(tǒng)控制

機組空冷系統(tǒng)設(shè)置遠程I/O站（含冗余配置的控制器，單元機組設(shè)置），分7個控制站（32—38號）布置在空冷平臺下就地電子間?？绽溥h程I/O站與機組DCS間采用雙向冗余的通信連接，交換機通過金屬鎧裝光纜與主機DCS進行通信，保證空冷系統(tǒng)控制的安全、迅速、合理。

因空冷系統(tǒng)風(fēng)機數(shù)量較多（共計56臺），采用變頻控制，變頻器在整流、逆變過程中不可避免地會產(chǎn)生對DCS系統(tǒng)諧波干擾和對其他設(shè)備的電磁輻射干擾。因此，要求變頻調(diào)速系統(tǒng)產(chǎn)生諧波滿足GB/T 14549《電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波》及IEEE 519標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)規(guī)定。采用EMC（電磁兼容性）濾波器，并配合合適的元件抑制諧波和電磁輻射干擾。同時，要求和利時公司在DCS控制站機柜及I/O卡件的設(shè)計及制造上，滿足電磁兼容性標(biāo)準(zhǔn)要求。

另外，在空冷電子間墻體內(nèi)安裝金屬屏蔽網(wǎng)，降低空冷系統(tǒng)干擾，防止空冷風(fēng)機變頻器運行對DCS系統(tǒng)及就地設(shè)備的干擾。

空冷風(fēng)機的電動機溫度監(jiān)視采用國產(chǎn)智能數(shù)據(jù)采集前端設(shè)備，以通信方式接入空冷系統(tǒng)DCS遠程I/O站，這種通信方式可大大降低溫度信號在傳輸過程中所受的變頻干擾。

空冷控制系統(tǒng)主要功能包括：風(fēng)機控制功能子組、閥門控制功能子組、空冷島電氣部分控制功能子組。具體包括排汽裝置背壓調(diào)節(jié)、變頻風(fēng)機自動投運、自動暖管程控、空冷程控啟停、過冷及霜凍保護、真空泵選擇等。

3 設(shè)計、運行中應(yīng)重點注意的問題

3.1 空冷系統(tǒng)的防寒防凍設(shè)計

因呼倫貝爾地處高寒，冬季極易發(fā)生嚴(yán)重的凍結(jié)事故，因此機組的空冷控制必須具有可靠的防凍保護邏輯。其中空冷凝汽器的防凍保護，由順流管束單元的防凍保護、逆流管束單元的防凍保護、逆流管束單元的回暖運行3個部分組成。

當(dāng)達到防護條件時觸發(fā)防凍保護邏輯動作，防凍保護動作的優(yōu)先級別從低到高依次是：順流管束單元的防凍保護、逆流管束單元的防凍保護、逆流管束單元的回暖運行。其中：

（1）順流管束單元的防凍保護中，當(dāng)設(shè)置的條件越限時，觸發(fā)凝結(jié)水過冷報警。

（2）逆流管束單元的防凍保護中設(shè)置一定條件時，觸發(fā)抽真空過冷報警及防凍保護。

（3）當(dāng)逆流管束單元的回暖條件達到允許條件時，則啟動回暖程控程序，并在溫度高于設(shè)定值時結(jié)束步序程控。

3.2 I/O遠程控制站與DCS之間的通信

除空冷系統(tǒng)外，公用系統(tǒng)中的燃油泵房控制也采用遠程I/O控制站技術(shù)。在主廠房外的燃油泵房設(shè)置遠程I/O柜（兩機公用）?？刂破魑挥谥鲝S房電子設(shè)備間內(nèi)，遠程I/O和相關(guān)繼電器模塊設(shè)置于泵房電子間內(nèi)。遠程I/O站與機組DCS間采用雙向冗余的金屬鎧裝光纜連接，距離機組電子設(shè)備間1 000 m左右，主控制站與遠程I/O之間通過光纖進行通信。電子間內(nèi)交換機為RS20百兆級交換機，就地的遠程控制站與之相連的光電轉(zhuǎn)換器為卓越信通TSC MC210FT系列工業(yè)級光電介質(zhì)轉(zhuǎn)換器（簡稱TSC）。

運行中發(fā)現(xiàn)TSC能接收的數(shù)據(jù)量無法達到DCS傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量，因此出現(xiàn)了TSC與赫茲曼交換機不兼容的現(xiàn)象，導(dǎo)致49號站通信故障。把4個TSC更換成2個RS20交換機后該站通信正常。這一案例提醒在今后的遠程I/O技術(shù)應(yīng)用中，應(yīng)充分考慮遠程站與主DCS之間通信的可靠性。

3.3 DCS時鐘

采用GPS（標(biāo)準(zhǔn)時鐘源）+FM197（對時集線器）校時（級聯(lián)）的連接方式，通過2臺中央服務(wù)器的串行通信接口COM同時接收統(tǒng)一GPS校時時鐘信號，由主服務(wù)器對系統(tǒng)內(nèi)部各站進行校時。因考慮全廠時鐘的統(tǒng)一性等問題，DCS沒有采用獨立的GPS時鐘，而是通過采用電氣的GPS時鐘設(shè)備與和利時提供的FM197相連來實現(xiàn)校時功能。

某日在調(diào)試穩(wěn)控裝置與GPS時鐘校時過程中，送DCS的主GPS時鐘信號中斷，導(dǎo)致DCS歷史數(shù)據(jù)出現(xiàn)10 min的異常。發(fā)現(xiàn)該情況后，立即將電氣送DCS的時鐘信號切除，直接取公用DCS服務(wù)器的時鐘信號為機組公用系統(tǒng)的DCS校時。

后又幾次將GPS時鐘投上、斷開，在GPS斷開時，從DCS的FM197上觀察，可見時鐘從故障時開始，以每秒8 h的速度遞減。檢查主時鐘GPS送FM197的報文，可發(fā)現(xiàn)由電氣送來的報文顯示GPS時鐘當(dāng)時也以每秒8 h的速度遞減。初步分析認(rèn)定為這種現(xiàn)象是電氣GPS時鐘信號問題。

從以上案例中分析發(fā)現(xiàn)，當(dāng)GPS主時鐘信號故障或異常時，會造成DCS時鐘紊亂，可能會導(dǎo)致數(shù)據(jù)缺少或被覆蓋等現(xiàn)象。因此若主GPS時鐘異常，應(yīng)立即解除GPS主時鐘到DCS的校時信號，改由FM197提供的系統(tǒng)時鐘完成DCS的校時功能。同時建議，DCS最好采用性能質(zhì)量優(yōu)良獨立的GPS時鐘源，從而最大程度避免出現(xiàn)DCS歷史數(shù)據(jù)丟失現(xiàn)象。

4 日常維護過程中應(yīng)注意的問題

4.1 邏輯修改后執(zhí)行數(shù)據(jù)流排序

邏輯修改后，新功能塊按寫入順序自動從該方案中最后1個功能塊向后排序，在程序執(zhí)行過程中，會造成順序混亂導(dǎo)致輸出異常。系統(tǒng)在1次DCS性能測試時曾發(fā)生過調(diào)節(jié)指令由50%瞬間變?yōu)?00%的現(xiàn)象，后對該組態(tài)方案頁進行數(shù)據(jù)流排序后未再出現(xiàn)過此類問題。因此，日常維護過程中，若對CFC語言編寫的程序進行組態(tài)修改時，修改后要按數(shù)據(jù)流排序，以確保邏輯計算正確。

4.2 組態(tài)程序變量說明區(qū)中增加掉電保護

在新增加組態(tài)方案頁后，應(yīng)統(tǒng)一檢查組態(tài)程序變量說明區(qū)中是否全部添加了掉電保護“RETAIN”項。若部分組態(tài)方案頁中未加此項，將會導(dǎo)致控制站從機沒有記憶之前主機中的參數(shù)，主從控制器切換時一些開關(guān)量發(fā)生狀態(tài)翻轉(zhuǎn)。如某日將DCS控制站統(tǒng)一切成A機為主控時，就曾因此而發(fā)生給水流量低二值信號首出現(xiàn)象，后在該方案頁的組態(tài)程序變量說明區(qū)增加掉電保護“RETAIN”項后，未再發(fā)生類似問題。

4.3 定期關(guān)閉不需要監(jiān)視的程序窗口

在機組停運期間，檢查每個控制站，將不需要監(jiān)視的窗口關(guān)閉，使用時再打開，這樣可避免出現(xiàn)過多的監(jiān)視變量。如某日2號機組18號控制站個別方案頁輸出項在控制站在線登錄時不顯示實際輸出值，而出現(xiàn)錯誤代碼“too many monitoring variables”。后將暫時不需要查看的監(jiān)視窗口關(guān)閉，未再發(fā)生類似問題。

4.4 刪除垃圾邏輯及功能塊

項目實施過程中，為方便調(diào)試等原因，會造成邏輯組態(tài)中存在部分垃圾邏輯及功能塊，這部分邏輯及功能塊也參與運算，但并無實際用途，卻增加了控制站的CPU（中央處理器）負(fù)荷率，在日常維護及大小修過程中應(yīng)對該部分邏輯進行優(yōu)化，或直接刪除。

4.5 定期進行工程備份

因和利時DCS不能實現(xiàn)在線增加點和硬件的功能，一旦不小心出現(xiàn)在線修改，可能會導(dǎo)致完全下裝控制器，屆時一些參數(shù)狀態(tài)可能會改變。應(yīng)定期進行工程備份，保證在出現(xiàn)意外完全下裝控制器時，能有最新的工程備份加以替換。

4.6 定期重啟服務(wù)器

服務(wù)器在長時間運行之后，系統(tǒng)資源的占用率越來越大，將會明顯降低系統(tǒng)運行效率。應(yīng)利用大小修或機組停運等機會依次重新啟動冗余配置的服務(wù)器系統(tǒng)，那些長時間被占用的系統(tǒng)資源就會被及時釋放出來，以保持服務(wù)器的運行效率一直在比較高的狀態(tài)。

4.7 冗余配置的服務(wù)器切換間隔時間

切斷A服務(wù)器實時服務(wù)器網(wǎng)線時，B服務(wù)器切至主控工作，過整點10 min后恢復(fù)A服務(wù)器，則A服務(wù)器此段模擬量歷史數(shù)據(jù)將丟失；此時若在30 min之內(nèi)重新注銷A服務(wù)器后，則A，B服務(wù)器對齊，丟失段歷史數(shù)據(jù)會從B服務(wù)器實時寫入A服務(wù)器，否則30 min后，丟失的數(shù)據(jù)將在A服務(wù)器中無法恢復(fù)。而開關(guān)量變位則由I/O服務(wù)器補發(fā)此段丟失數(shù)據(jù)，不受影響。切斷B服務(wù)器時，會出現(xiàn)同樣情況。

若發(fā)現(xiàn)實時/歷史服務(wù)器其中1臺網(wǎng)絡(luò)失去，應(yīng)在30 min內(nèi)注銷重啟該服務(wù)器，或者到另一臺實時/歷史服務(wù)器中將丟失數(shù)據(jù)時間段的歷史數(shù)據(jù)重新復(fù)制到本臺服務(wù)器中，以防止數(shù)據(jù)丟失。

4.8 控制系統(tǒng)邏輯在線登陸后要及時退出

控制系統(tǒng)邏輯在長時間登陸狀態(tài)下，若突然斷線（非正常退出）會對控制器造成一定的影響，曾出現(xiàn)過控制器內(nèi)部分程序丟失的事故。因此在不使用時，一定要使工程師站和控制站處于離線狀態(tài)。

5 結(jié)語

國華呼倫貝爾發(fā)電公司在國內(nèi)600 MW超臨界空冷機組中，首次全部采用和利時公司的MACS V6控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了DCS和DEH系統(tǒng)的一體化設(shè)計。打破了進口DCS在市場方面的壟斷局面，大大降低了電力裝機投資成本。從本工程統(tǒng)計數(shù)據(jù)看，國產(chǎn)DCS在技術(shù)水平和可靠性上已擁有與國際產(chǎn)品一比高下的水平。只要國內(nèi)相關(guān)廠家積極進取，進一步提高產(chǎn)品質(zhì)量，發(fā)揮自己的長處和優(yōu)勢，改變發(fā)電廠DCS應(yīng)用現(xiàn)狀并取得優(yōu)勢是可以預(yù)期的[3]。

[1]DL/T 1083－2008火力發(fā)電廠分散控制系統(tǒng)技術(shù)條件[S]．北京：中國電力出版社，2008．

[2]DL/T 659－2006火力發(fā)電廠分散控制系統(tǒng)驗收測試規(guī)程[S]．北京：中國電力出版社，2007．

[3]孫長生，黃勃，丁俊宏，等．推進國產(chǎn)DCS應(yīng)用進程的探討[J]．自動化博覽，2012，12（12）∶12－13．

（本文編輯：陸瑩）

Application of Hollysys DCS in 600 MW Supercritical Air Cooling Units

WANG Li-li，SHEN Tie-zhi
（Shenhua Inner Mongolia Guohua Hulunbuir Power Generation Co.，Ltd.，Hulunbuir Inner Mongolia 021025，China）

The paper introduces network structure，characteristics and the application of MACS V6 DCS（distributed control system）of Hollysys Company adopted in Phase-I project（2×600 MW）of Guohua Hulunbuir Power Generation Co.，Ltd.；furthermore，it analyzes problems that need attention，aiming to provide reference to power plants that use Hollysys DCS，and thus promote the process of using domestic DCS to perfect the product.

600 MW；DCS；application；maintenance

TK323

：B

：1007-1881（2013）05-0041-05

2013-03-18

王麗麗（1974-），女，遼寧錦州人，工程師，從事火力發(fā)電廠熱控管理與維護工作。