燃?xì)夂驼羝?lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)中的DCS設(shè)計(jì)

盧冬冬，鄭晶晶

（山東鋼鐵股份有限公司 萊蕪分公司 自動(dòng)化部，山東 萊蕪 271104）

0 引言

鋼鐵企業(yè)的發(fā)展具有多產(chǎn)業(yè)的聯(lián)合性、技術(shù)系統(tǒng)的復(fù)雜性、經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)運(yùn)行的復(fù)合性等特點(diǎn)，因此我們必須構(gòu)建完善的循環(huán)經(jīng)濟(jì)體系。燃?xì)夂驼羝?lián)合發(fā)電是實(shí)行熱電聯(lián)產(chǎn)比較好的熱能利用方式，也是一種回收能源充分利用的最好形式。本文綜合考慮了電氣、儀表的特點(diǎn)以及生產(chǎn)工藝對(duì)自控系統(tǒng)的要求，對(duì)燃?xì)夂驼羝?lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)中的DCS（集散控制系統(tǒng)）進(jìn)行了設(shè)計(jì)。

1 燃?xì)夂驼羝?lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)的構(gòu)成

燃?xì)夂驼羝?lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)主要包括燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)、蒸汽輪機(jī)系統(tǒng)以及余熱鍋爐系統(tǒng)，其系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)布置如圖1所示。燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)大體包括：潤(rùn)滑油系統(tǒng)、氮?dú)庵脫Q系統(tǒng)、壓縮空氣系統(tǒng)、控制保護(hù)系統(tǒng)、氣體燃料系統(tǒng)、液體燃料系統(tǒng)和超速保護(hù)系統(tǒng)等。蒸汽輪機(jī)系統(tǒng)大體包括：汽輪機(jī)本體汽水系統(tǒng)、發(fā)電機(jī)TSA軸系監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、潤(rùn)滑油系統(tǒng)、凝結(jié)水系統(tǒng)、DEH調(diào)速系統(tǒng)、盤車系統(tǒng)和除氧系統(tǒng)等。余熱鍋爐系統(tǒng)大體包括：鍋爐本體系統(tǒng)、汽水系統(tǒng)、燃燒系統(tǒng)、排污系統(tǒng)、點(diǎn)火系統(tǒng)、引送風(fēng)機(jī)系統(tǒng)、火焰監(jiān)控系統(tǒng)和吹掃系統(tǒng)等。

2 DCS自控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

燃?xì)夂驼羝?lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)是由電氣和儀表自動(dòng)化系統(tǒng)組成的，采用電氣系統(tǒng)、儀表系統(tǒng)集中控制的模式。根據(jù)工藝系統(tǒng)劃分及控制要求，DCS自控系統(tǒng)主要包括燃?xì)廨啓C(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)、蒸汽輪機(jī)控制系統(tǒng)、余熱鍋爐控制系統(tǒng)以及電氣系統(tǒng)和公用系統(tǒng)。該工程的DCS控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)是以工業(yè)以太網(wǎng)為基礎(chǔ)建立的客戶／服務(wù)器通訊模式，網(wǎng)絡(luò)的控制管理采用兩層結(jié)構(gòu)模式，即星型連接，控制網(wǎng)絡(luò)采用雙冗余配置；各分散的控制系統(tǒng)層采用DP總線模式，方便連接遠(yuǎn)程I／O站以及現(xiàn)場(chǎng)智能設(shè)備；每個(gè)子系統(tǒng)的層間連接采用冗余的星型連接，它們之間相互獨(dú)立，互不影響。

圖1 燃?xì)夂驼羝?lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)布置

2.1 DCS自控系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

燃?xì)?、蒸汽?lián)合循環(huán)發(fā)電整個(gè)控制系統(tǒng)均采用ABB生產(chǎn)的Inudstry IT系列AC800FDCS系統(tǒng)，以PM803控制器為基礎(chǔ)，設(shè)置一個(gè)中央控制室以及3個(gè)DCS站點(diǎn)，其中3個(gè)DCS站點(diǎn)和中央控制室在主干光纖環(huán)網(wǎng)上，光纖環(huán)網(wǎng)的冗余功能保證了以太網(wǎng)通訊的可靠性。3個(gè)DCS站點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)模式是以主站交換機(jī)為中心的星型結(jié)構(gòu)。中央控制室可以通過以太網(wǎng)向現(xiàn)場(chǎng)的各DCS站下達(dá)控制指令、修改程序、采集現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，同時(shí)也可以實(shí)現(xiàn)各DCS站點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)交換。系統(tǒng)的CPU采用冗余模式，正常運(yùn)行過程中，其中一個(gè)CPU處于主模式，另外CPU處于備用模式，兩個(gè)CPU同步運(yùn)行，相互冗余，一旦主CPU發(fā)生故障而不能及時(shí)地將指令傳達(dá)給現(xiàn)場(chǎng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)時(shí)，備用CPU會(huì)迅速啟動(dòng)，完成無擾切換，繼續(xù)主CPU沒有實(shí)現(xiàn)的功能。冗余系統(tǒng)各分站的主體框架由2塊CPU PM803模塊、2塊電源模塊、2塊以太網(wǎng)通訊模塊、2塊FI830現(xiàn)場(chǎng)總線模塊組成，遠(yuǎn)程I／O機(jī)架由若干的DI模塊、DO模塊、AI830熱電阻模塊、AI810模塊和AI835熱電偶模塊組成。其中DI、DO模塊直接與現(xiàn)場(chǎng)的電氣設(shè)備進(jìn)行運(yùn)行狀態(tài)和啟停信號(hào)相連，負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)電氣相關(guān)設(shè)備的啟停；AI830、AI835模塊負(fù)責(zé)將現(xiàn)場(chǎng)的溫度、壓力測(cè)點(diǎn)轉(zhuǎn)換到畫面顯示，方便操作員的監(jiān)控。冗余系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)使該硬件系統(tǒng)具有高度的可靠性、安全性、高可用率和抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)。

2.2 DCS自控系統(tǒng)軟件配置

系統(tǒng)中的工程師站、監(jiān)控站、生產(chǎn)監(jiān)控服務(wù)器均安裝了Windows XP系統(tǒng)軟件，各分站安裝的DCS編程軟件是由ABB公司提供的CBF8.1版本，通過該軟件可實(shí)現(xiàn)程序的編程、畫面的制作、硬件的組態(tài)、網(wǎng)絡(luò)模式的設(shè)置、CPU故障的診斷、I／O設(shè)備通道狀態(tài)的診斷以及現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的調(diào)試。各監(jiān)控站都安裝了Digvis8.1版本的監(jiān)控軟件，負(fù)責(zé)監(jiān)控生產(chǎn)工藝流程以及現(xiàn)場(chǎng)相關(guān)的電氣設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。在程序編制過程中，運(yùn)用功能塊（FBD）、梯形圖（LD）、SFC相結(jié)合的編程方式實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的啟停，具有模擬量量程轉(zhuǎn)換、歷史趨勢(shì)查詢、故障查詢、開關(guān)量功能監(jiān)控、PID自動(dòng)調(diào)節(jié)控制、邏輯運(yùn)算、語音報(bào)警和自動(dòng)打印等功能。

2.3 通訊方式

現(xiàn)場(chǎng)控制層的網(wǎng)絡(luò)通過Profibus現(xiàn)場(chǎng)總線和冗余控制器PM803通訊，雙線冗余，通訊速率可高達(dá)12 Mb／s，距離遠(yuǎn)達(dá)1 200mm。中央監(jiān)控層實(shí)現(xiàn)了各控制器之間、工程師站和操作員站之間的通訊，它是基于工業(yè)以太網(wǎng)的通訊模式，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的交換和共享。

3 DCS自控系統(tǒng)的特點(diǎn)

DCS自控系統(tǒng)具有如下特點(diǎn)：

（1）儀表控制：該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的采集和顯示，并對(duì)一些重要的參數(shù)如溫度、壓力、流量進(jìn)行PID自動(dòng)調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)的過程中可以實(shí)現(xiàn)手／自動(dòng)的無擾動(dòng)切換。

（2）電氣控制：通過人機(jī)界面的操作指令和數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)，實(shí)施對(duì)泵類、電動(dòng)閥、風(fēng)機(jī)、變頻器的啟動(dòng)與停止，以及燃?xì)廨啓C(jī)、汽輪機(jī)的沖轉(zhuǎn)、升速、并網(wǎng)、加減負(fù)荷等操作。

（3）設(shè)備監(jiān)控：通過動(dòng)態(tài)顏色的顯示，操作人員可根據(jù)人機(jī)界面設(shè)備的動(dòng)態(tài)顏色來判斷現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的運(yùn)行情況，當(dāng)某一設(shè)備控制回路通電時(shí)，紅色代表停止，綠色代表運(yùn)行，黃色代表故障。

（4）數(shù)據(jù)監(jiān)視：人機(jī)界面設(shè)計(jì)了詳細(xì)的工藝過程流程圖以及管道上相關(guān)的溫度和壓力等測(cè)點(diǎn)，操作人員可通過人機(jī)界面全面監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)儀表設(shè)備的溫度和壓力，準(zhǔn)確了解現(xiàn)場(chǎng)工藝管道的情況。

（5）實(shí)時(shí)報(bào)警：該系統(tǒng)對(duì)重要設(shè)備實(shí)施監(jiān)控報(bào)警，當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備故障或者是壓力、溫度測(cè)點(diǎn)高于設(shè)定值時(shí)，人機(jī)界面會(huì)通過顏色反差或者是語音報(bào)警及時(shí)提醒操作人員處理。

（6）故障診斷：該系統(tǒng)擁有完善可靠的故障診斷功能，可以在線實(shí)時(shí)對(duì)CPU通訊故障、控制器故障、DP通訊故障、I／O模件通道故障作出判斷，并顯示在監(jiān)控站上。工程師可以方便直觀地查出故障原因，為機(jī)組的可靠運(yùn)行提供保障。

（7）系統(tǒng)診斷：在通道正常運(yùn)行的情況下，在程序中應(yīng)用了系統(tǒng)變量，且做成歷史趨勢(shì)，通過相關(guān)的系統(tǒng)參數(shù)來判斷當(dāng)前運(yùn)行系統(tǒng)的狀態(tài)，主要是CPU的運(yùn)行參數(shù)和通訊參數(shù)，使整個(gè)控制系統(tǒng)的運(yùn)行狀況都能如實(shí)地反饋給工程師，防止一些意外發(fā)生，保證了系統(tǒng)的安全運(yùn)行。

（8）數(shù)據(jù)記錄：該系統(tǒng)對(duì)重要的數(shù)據(jù)進(jìn)行保存，形成歷史趨勢(shì)，完整地保存在默認(rèn)的盤符路徑下。通過歷史趨勢(shì)，現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)人員可以隨時(shí)查看機(jī)組重要參數(shù)，對(duì)重要參數(shù)進(jìn)行對(duì)比分析，分析的結(jié)論有助于提高發(fā)電效率。

4 結(jié)束語

燃?xì)夂驼羝?lián)合循環(huán)發(fā)電機(jī)組已并網(wǎng)發(fā)電，且性能穩(wěn)定，運(yùn)行良好，達(dá)到了預(yù)期的目標(biāo)。DCS自動(dòng)控制系統(tǒng)的投入使用，優(yōu)化了現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)人員的結(jié)構(gòu)，降低了生產(chǎn)成本，提高了經(jīng)濟(jì)效益，為發(fā)電機(jī)組的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行提供了可靠保障。

［1］ 李正軍.現(xiàn)場(chǎng)總線與工業(yè)以太網(wǎng)及其應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)［M］.北京：人民郵電出版社，2006.