渭河发电有限公司#3机组DCS改造

渭河发电有限公司#3机组DCS改造
——HoneywellTPS系统在3机组DCS改造中的运用
一．机组简介；
渭河发电有限公司#3机组系上海汽锅厂、上海汽轮机厂、上海机电厂成套生产的国产300MW汽轮发机电组，汽锅型号为SG-1025/16.7-M315型亚临界中心再热自然轮回汽包炉；燃烧方式为四角切圆燃烧，制粉系统采用中心仓储式，配四台低速钢球磨，热一次风送粉；汽机型号为：N300-165/535/535亚临界一次再热单轴四缸四排汽感动凝汽式汽轮机，8级回热（3级高压加热器，1级除氧器，四级低压加热器）；发机电转子绕组水冷方式，配主付励磁机。机组于1991年8月正式投进运行.
二．机组改造前控制系统概况：
热控系统由横河西仪公司的CENTUM—V涣散控制系统实现模拟量控制（MCS）和数据收集（DAS）功能；PLC完成FSSS和部门辅机顺控；30旁路系统由西门子AS220的一个子系统组成；汽轮机监测装配（TSI）采用菲利浦RSM700；主辅机庇护联锁装配采用继电器搭接；电气控制采用传统继电器和专用装配组成。汽轮机调理系统为上海汽轮机厂配套生产凸轮配汽机构的电液调理系统。操作方式以硬手操和操作把手为主要操作手段。
三．改造方案选择：
为了切实保证DCS改造后有较好的可操作性，同时保证改造后的控制系统有较好的性能指标、功能分配和性能价格比，作了年夜量的前期豫备工作。对一次装备状态进行了具体的查询拜访分析。提出改造的基来源根基则和模式。
3.1、改造的原则：
3.1.1以实用、靠得住和进步前辈为基来源根基则，肯定以CRT操作为主，在原控制室内能进行操作和监视的，全数纳进DCS系统。
3.1.2DCS装备要求靠得住、性价比优良和产物延续性好
3.1.3DEH选用纯电调，采用高压抗燃油系统
3.1.4机本体庇护和炉MFT庇护作为机炉运行中异常状态下的后也是直接的庇护措施，要求汽机ETS系统及汽锅BMS系统动作的实时性能好，斟酌到PLC是模拟原继电器控制原剃头展起来的，在逻辑运算方面浮现出快速的优点，将ETS从DCS中分手出来，采用自力的控制装备PLC实现；汽锅MFT庇护设置装备摆设冗余的继电器硬逻辑庇护柜，确保事故情况下满有把握。
3.1.5电气部门如厂用电监控、发机电增减负荷等纳进DCS系统进行控制。
3.1.6模拟量控制系统的执行机构取消外挂伺放，采用软伺放。
3.1.7DCS系统处置器和I/O点分配方案一般有两种方案：按实现功能和按系统工艺。为了利便治理，处置器及I/O采用按装备的功能划分设置装备摆设。
3.1.8远程I/O是在系统中将一些旌旗灯号处置和控制功能转移到现场装备四周，采用通讯技术毗连到主控制器，以到达下降造价（如削减电缆），削减施工工作量的目的。对物理位置集中的温度测点旌旗灯号采用远程智能I/O进进DCS，如：汽包和过热器壁温监测，发机电线圈、铁芯温度监测，汽轮机缸壁温度监测，循泵等辅机温度监测等。
3.2改造模式
集控室在原根蒂根基上进行改造，吸收今朝新的改造理念，采用年夜屏幕，完全抛弃了常规仪表和盘台。取消原集控室卧盘、立盘和辅盘，改造后集控室设置装备摆设6套操作员站、一台值长站和两台年夜屏幕，报警光子全数采用软光子。为了保证在DCS系统失灵的情况下，主机、主要辅机在事故状态下能平安靠得住的启、停，控制立盘上的热工仪表仅保留了两块汽锅汽包水位电接点表，一块除氧器水位电接点表，两台工业电视，其余常规仪表全数取消；操作台仅保留了“紧急停机”，“紧急停炉”，“交、直流油泵启、停”等少许后备事故硬接线操作按钮，正常操作经由过程CRT完成。
四．改造概况；
整个改造工程自2003年12月起头设计，2004年2～4月份进行控制系统组态工作，3月下旬，改造工程正式起头。在改造进程中，共更换了控制电缆270多千米，撤除所有旧的控制盘柜，新电子间安装控制盘柜60多面，热控电缆全数更换，电气电缆部门更换，经过近三个月的奋战，在6月底系统安装调试基本终了。机组于6月27日一次启动成功。
五．改造后的系统设置装备摆设；
5.1系统设计特点：
整个热控系统由DCS、DEH、ETS和TSI等组成，DCS选用美国霍尼韦尔公司的TPS系统，包括MCS、BMS、BSCS、TSCS、DAS、ECS六个子系统，共配有8对冗余设置装备摆设的处置单元（HPM）、2个远程I/O柜，6个操作员站、1个工程师站、1个历史站和1个OPC服务器（现用做工程师站，处置报表和性能计较）。系统由两条冗余的UCN网、一条冗余的HIWAY网，一条冗余的LCN网和一条以态网组成。UCN网和LCN网组成TPS系统控制网络，LCN网络为TPS系统操作网络，以太网则组成TPS系统信息网络。
UCN网和LCN网之间经由过程两对网络界面模块（NIM）相毗连，HIWAY网和LCN网之间经由过程一对冗余的通讯模块（EPLCG）相毗连。HIWAY主要用于TPS系统和第三方控制系统的数据交换，HIWAY采用MODBUS协议，经由过程2个PORT划分和ETS（采用RS485接口）和DEH交换数据（采用RS422接口）。由于MODBUS协议的通用性，和RS485/422接口的可扩大性，TPS系统和其它系统的集成很是利便。系统采用GPS卫星系统校时，GPS系统接进工程师站。整个系统设计与单机容量300MW机组的其它工程基底细似。系统设置装备摆设图见附图1
5．2DEH选用上海新华控制工程公司的DEH-IIIA系统，采用高压抗燃油调理控制系统。
5.3ETS系统选用美国施耐德自动化公司的ModiconTSXQuantum系列PLC产物。采用双控制器热备，当运行的控制器泛起故障，可自动切换到备用控制器换上，年夜年夜提高了系统靠得住性。
5.4汽轮机监测装配（TSI）由原来的菲利浦RSM700升级更换为菲利浦MMS6000系统
5．5系统供给方案采用两路UPS电源供电。
5．6整个厂房地底均为电气接地网，系统的接地选择一处没有强电干扰的地址打进接地桩，并与电气接地网相连，接地电阻小于1欧姆。
5.7SOE分辨率为1毫秒，分两部门显示，进进ETS的所有点，其动作顺序经由过程历史站上的专用软件显示，DCS配有专用SOE卡，SOE卡上的点动作顺序经由过程DCS工程师站查看。
5.8DCS系统设置装备摆设12个继电器柜，继电器柜即作隔离用，又做接点容量放年夜用。继电器柜经由过程预制电缆与开关量输出卡（IOP）的端子板卡件（FTA）端子相连。控制输出旌旗灯号经由过程中心继电器柜，再往控制现场装备。
6、系统功能：
改造后系统包括：⑴、模拟量控制系统（MCS）；⑵、燃烧控制系统（BMS）；⑶、数据收集系统（DAS）；⑷、危机停机系统（ETS）；⑸、汽轮机/小汽轮机电液调理系统（DEH/MEH）；⑹、旁路控制系统（BPS）；⑺、顺序控制系统（SCS）含吹灰、汽轮机、汽锅辅机联锁庇护；⑻、电气控制系统（ECS）。
MCS系统：共设计模拟量自动调理系统63套，主要包括协调控制系统、送、引风、汽温、汽压、汽包水位、汽机单回路调理系统等。
BMS系统：将原BMS系统纳进，并增加制粉系统控制，介入灭火庇护旌旗灯号经由过程硬接线进进BMS系统，对原哈中能火检装配进行更新升级。
SCS系统：系统含汽锅、汽机顺序控制、联锁逻辑等。共设计34个顺序功能组，主要包括：送、引风机、一次风机、空预器启停控制、汽锅制粉系统顺序控制、高、低加顺序启停控制，给水泵启停法式控制等，。
DAS系统：实现监视所需的数据收集功能。
ECS系统：电气部门除庇护系统之外全数纳进DCS系统控制。包括厂用电电源联锁、备自投、监视控制和发机电自动同期、并网升压增减负荷等功能。
DEH系统：采用DEH-IIIA高压抗燃油调理系统控制汽机转速及负荷控制，与DCS配合实现机炉的协调控制，提高机组运行的稳定性及调峰能力。系统具有远方挂闸、冲转、升速、定速、周密性实验、103.110超速庇护、并网(自动同期)、增减负荷等功能，强人为设定方针转速及方针负荷，升速度等。
ETS系统：具有转速、真空、轴向位移、振动、汽轮机差胀、润滑油压、EH油压、发变组故障等多项年夜、小机庇护功能，实现机组的平安停运,终执行对象停机电磁阀。庇护的投切和ETS通道实验在操作员站上设有专用ETS监视操作画面，操作指令由DCS通讯到ETS，动作成效和开关状态反馈的 状态由ETS传送到操作员站进行显示。
6、改造前、后变化：
6.1分控制策略和逻辑回路和改造前基本一致，模拟量控制整合了原控制系统所有功能，顺控和联锁回路依照规程重新设计，同时斟酌运行人员的操作习惯
6.2RB逻辑变化
增加发机电失磁RB动作。RB动作后投油切粉顺序发生变化，由原来的投A层油和D层油改成只投D层油，切粉顺序从原来的切F、E上两层粉改成切B、C下两层粉，以顺应机组低负荷时投上层粉燃烧工况。
6.3给粉机启动答理条件变化
给粉机启动答理条件由的原来相邻给粉机运行和三分之二油层投运或负荷年夜于50改成相邻给粉机运行或相邻油层投运和其它任一层油层投运或负荷年夜于50。
6.4煤层有火逻辑从对角有火改成肆意两个角有火。
6.5庇护投切方式变化
庇护的投切从原来的投切硬开关变为鼠标点击CRT画面实现，当旌旗灯号存在时，该项庇护没法投进，完全杜尽人工误操作的可能性。
6.6油泵的联锁
设计甲、乙小机主、备用油泵联动，甲、乙小机交、直流油泵联动，主机交、直流油泵联锁逻辑由DCS系统完成，斟酌到DCS系统运算及通道输进输出需要一定的时间，为了保证这些联锁的实时性，将其设计为双回路联动，即硬接线回路温柔控软逻辑回路，CRT画面有联锁投切开关，当软联锁开关投进时，硬联锁回路经由过程DCS输出开关量自动投进，正常情况两个回路并列运行。
6.7汽轮机跳闸旌旗灯号
汽轮机跳闸旌旗灯号是重要联锁旌旗灯号源，要求其靠得住性高，将汽轮机跳闸综合旌旗灯号在原来甲、乙主汽门关闭和#1--#4中联门关闭旌旗灯号根蒂根基上增加AST电磁阀动作停机旌旗灯号。
6.8控制回路靠得住性增强，维护量削减
改造后取消逻辑回路中的中心继电器、时间继电器，逻辑采用软件完成，软件一旦做好，其逻辑不会改变，削减了硬件故障的可能，所以，动作的靠得住性提高了。使用继电器等硬装备搭接逻辑轻易造成接触不良，故障点多，经由过程软件实现，削减维护工作量。
6.9运行装备直观，一目了然。
改造后按热力系统绘制流程图，流程图上显示装备状态，流程图之间又能相互切换，每进进一个流程图后，一次装备状态、参数显示一目了然，装备的操作全数在CRT屏幕上完成。
7.0利便事故分析
改造后重要数据都记实进进事故顺序数据库。若发生装备故障，查阅追思记实，同时还可以查阅参数变化和操作记实等，判定故障的缘由。
7、就地装备改造：
为使改造后的系统更好地阐扬效应，对部门就地控制装备和一次丈量部门进行了改造：
1．电动门加装隔离输出行程开关，并更换部门电动门。
2．一次测点进行精简，对统一物理量既有变送器测点又有压力开关测点进行显示和报警，取消压力开关丈量测点。
3．更换温度丈量一次元件
八．调试发现问题及解决：
8．1DCS系统硬件损坏情况及缘由：
调试时代共损坏卡件11块，其中开关量输出卡3块，开关量输进卡1块，开关量输进端子板3块，热电阻温度丈量端子板3块，热电偶温度丈量端子板1块。由于现场接地址和强电串进而损坏卡件3块，热稳定性能欠好的卡件1块，通讯故障卡件1块，因卡件质量问题输出自动漂移2块，通道故障4块，见下表
序号卡件类型数目故障缘由
1开关量输出卡DO(IOP)3通道坏
2开关量输进端子板DI(FTA)1通道坏
3热门偶温度丈量端子板TC(FTA)1通讯故障
4热门阻温度丈量端子板RTD(FTA)1热稳定性欠好，数值经常显示BAD
5热门阻温度丈量端子板RTD(FTA)2通道显示跳变
6开关量输进卡DI(IOP)1强电串进，通道坏
7开关量输进端子板DI(FTA)1强电串进，
7开关量输进端子板DI(FTA)1现场都有接地址，通道坏
8.2有源旌旗灯号接进问题
TPS系统接进模拟量有源旌旗灯号时，要求旌旗灯号和系总共地，当旌旗灯号和系统不共地时，有源旌旗灯号地线和模拟量输进卡的逻辑地之间电势在-5伏至 7伏之间，经由过程剪失落模拟量输进端子板上的零电阻，弥补不共地问题，到达对旌旗灯号准确丈量；当有源旌旗灯号地线和模拟量输进卡的逻辑地之间电势差超越-5伏至 7伏时，只能经由过程增加隔离器，此次改造共增加7个隔离器，保证了丈量回路正常运行。
8.3四线制位置反馈接进问题
旁路系统的西门子高、低旁控制阀使用的四线制位置反馈，位置反馈工作电源为24伏直流电源，输出4—20毫安电流。改造时将原旁路控制柜取消，旁路控制纳进DCS控制，但DCS系统没有专门的外供24伏直流电源，斟酌到模拟量输进端子板接内供电输进旌旗灯号的端子提供24伏直流电源，测验考试将模拟量输进端子板接内供电输进旌旗灯号的端子TB1和TB2看成四线制位置反馈电源，模拟量输进端子板接外供电输进旌旗灯号的端子TB2和TB3作为四线制位置反馈的旌旗灯号输进端。实验成功，问题解决。
8．4BMS机柜和BMS出口继电器庇护柜电源失往不发生MFT问题
初设计BMS机柜和BMS出口继电器庇护柜电源失往只进行软光子报警，斟酌到BMS的重要性，将平安、靠得住应放在首位。增加BMS机柜和出口继电器庇护柜电源失往触发MFT动作。
8.5运用软件的使用
DCS操作员站流程图绘制软件有一定的逻辑处置功能，Honeywell的TPS系统操作员站流程图绘制使用的是WindowsNT平台开发的Displaybuilder专用软件包，起头将部门实验功能的逻辑采用Displaybuilder剧本语言编写，斟酌到操作员站靠得住性要低于下位机控制器，操作员站死机也是不成避免，从平安角度斟酌，要求将所有逻辑在下位机控制器中实现，操作员站只实现饬令的转达和状态的显示。
九．改造的几点心得；
1．卡件安插要和运用软件相对应
I/O卡件安插在DCS改造一联会硬件冻结时完成，那时运用软件还没有设计完，加上设计人员对Honeywell这套系统还没有周全领会，认为等到组态时卡件结构再进行调整，成效组态时只能进行个体卡件调整，致使后来组态时控制器间通讯数据量偏年夜，不单增加组态工作量，而且致使CPU的负荷率偏高。
2．整个系统应有统一尺度
统一系统应依照一个尺度进行设计，例如端子排的分配等。调试时发现汽机顺控（TSCS）中开关量输进端子板上依照先开反馈旌旗灯号后关反馈旌旗灯号的顺序分配端子，而汽锅顺控（BSCS）中开关量输进端子板上依照先关反馈旌旗灯号后开反馈旌旗灯号的顺序分配端子，致使年夜量接线毛病。
3.按工艺流程分配控制器功能
现在DCS系统处置器的功能不竭增强，每一个处置器不单可以处置模拟量，而且也能够处置开关量，不单可以做控制站，而且也能够做监视站。工钱将每一个控制器划分为模拟量控制，开关量控制，监视站用，无形中浪费系统资本，增加控制器之间数据传输量。将一个或几个工艺流程装备的控制功能分配到一个处置器，可以削减控制器之间数据传输量，实现资本优化设置装备摆设。
4.DI点隔离的需要性
DCS系统查询电压若采用低电压，如采用24伏直流电压，一定要注重强电串进开关量输进端子板。一般情况下，电厂控制旌旗灯号电缆上也都有感应电压，若不接纳有用措施，可能威胁卡件的平安运行；接纳需要的隔离手段，可以有用的避免感应电压和强电串进板卡而致使板卡损坏，提高了卡件工作的平安性。
5.接地重要性，
不单要注重DCS系统总接地，同时也必需确保各接进电缆的屏障层在机柜侧单端接地，只有这样，才可以有用避免年夜电流窜进机柜损坏卡件。
6.在调试竣事后，应将全数逻辑冻结，不用的逻辑删除，若要进行逻辑修改，应做好具体记实。
7.现在任何一套DCS系统都可以知足电厂控制要求，只要软件设计人员充实领会被控对象和周全掌控控制系统，才能使控制系统阐扬出好性能，被控装备可以到达优状态。
10、遗留问题：
1．报表和性能计较没有完成
此次改造硬件供给商为Honeywell，运用软件由热工院设计，软件设计人员对Honeywell这套TPS系统报表和性能计较编制的系统软件还没有完全理解，报表和性能计较直到机组并网发电还没有完成。热工院在Honeywell技术支持下正在完成报表和性能计较。
3．DCS与DEH通讯速度较慢
模拟量通讯数据10秒刷新一次，开关量通讯数据5秒刷新一次，若再提高通讯速度，轻易引发通讯阻赛。今朝还没有一个可行解决方案。
4．制粉系统顺控没有完成
国产机组汽锅制粉系统的自动控制今朝在国内没有一个十分成熟的方案，所以制粉系统设计仍沿用手动操作为主。制粉系统顺控还没有完成设计，热工院豫备以后完成制粉系统顺控功能。
5．CPU负荷率偏高，即使操作员站上数据刷新率2次/秒，个体CPU负荷率有时到达80以上。今朝还没有一个可行解决方案
11、结论：
1．此次DCS系统改造是成功的，改造后的控制室简洁、美观，控制盘台数目也年夜为削减，年夜屏幕的运用使改造后的整体效果提高了一个台阶，利便了运行人员的操控，减轻了运行人员监盘的强度。
2．从系统控制装备的硬件及控制软件来看，仍是比力靠得住的；自改造后，未泛起因网络、装备缘由致使机组减出力和停运事故。控制器没泛起过死机现象，机组运行的平安性和控制靠得住性都有所提高。
3．顺序控制系统、联锁及庇护系统较改造前的靠得住性有所提高，机组的庇护投进率到达100。
4．能够实现AGC功能，确保机组在厂网分手的款式下能更灵活地接受调剂的负荷指令，提高了上网竞争能力。
5．DCS系统组态方式比力传统，没有采用现在流行的图形组态手段，给维护工作带来未便。
6.控制策略仍沿用传统的手段，没有吸收控制方式，对一些多巧合多变量的自动仍不能投进，如，制粉系统等。
7．DCS系统没有与厂级MIS系统毗连，设计的OPC服务器改作其它用途，机组运行的相关数据向MIS网络发送有待解决。
8．MCS系总共设计自动调理系统63套，调试人员正在积极起劲下，自动调理系统的投进率和调理品质正在进一步提高。
9．由于从装备招标到组态的豫备时间较短，软件设计人员对Honeywell这套TPS系统领会不够，I/O点的安插未能到达优化设置装备摆设，CPU负荷率偏高。