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        淺析火電廠全廠總線控制技術(shù)應(yīng)用

        2016-03-16 03:31:32
        環(huán)球市場 2016年35期
        關(guān)鍵詞:火電廠總線機(jī)組

        郭 軍

        大唐平羅發(fā)電有限公司

        淺析火電廠全廠總線控制技術(shù)應(yīng)用

        郭 軍

        大唐平羅發(fā)電有限公司

        目前,國內(nèi)火電廠采用的主流DCS基本上都已提供了各自的現(xiàn)場總線解決方案。如西門子公司、和利時(shí)公司支持PROFIBUS現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn);FOXBORO公司的I/A支持PROFIBUS和FF現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn);艾默生公司的OVATION提供了FF和PROFIBUS-DP現(xiàn)場設(shè)備的接入;ABB公司Symphony系統(tǒng)能接受PROFIBUS和FF現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)。這些著名DCS品牌產(chǎn)品無一例外地均是在原有DCS的基礎(chǔ)上,提供對(duì)智能現(xiàn)場儀表和控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)的現(xiàn)場總線支持??梢赃@樣說,火電廠現(xiàn)場總線的應(yīng)用將更側(cè)重于現(xiàn)場設(shè)備的數(shù)字化及由此數(shù)字化而帶來的種種益處,而不在于純粹意義上的FCS應(yīng)用。

        火電廠;總線控制;技術(shù)應(yīng)用;

        一、總線控制的理論和實(shí)踐依據(jù)

        這些年來,通過現(xiàn)場總線在不同行業(yè)中的逐步深入應(yīng)用,專業(yè)技術(shù)人員對(duì)各種總線標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用場合的認(rèn)識(shí)日益清晰。比較一致的結(jié)論是:對(duì)過程控制應(yīng)用來說,PROFIBUS和FF總線比較適合。兩種總線標(biāo)準(zhǔn)相比而言,F(xiàn)F較適用于連續(xù)量控制(取代4~20mA模擬量),而PROFIBUS不僅適合離散量控制,而且也適用于連續(xù)量控制。大量的工程實(shí)踐證明,PROFIBUS和FF現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)能夠滿足電廠過程控制的應(yīng)用要求。因此,機(jī)組控制系統(tǒng)建議采用上述兩種現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)。

        火電廠機(jī)組控制具有控制任務(wù)集中而復(fù)雜的特點(diǎn),不同的控制回路之間往往存在相互的聯(lián)系。如果將機(jī)組控制任務(wù)分散到智能現(xiàn)場設(shè)備中,將會(huì)有大量控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)分段之間的通訊,從而造成系統(tǒng)通訊負(fù)荷增大,信號(hào)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性會(huì)受到影響;更重要的是當(dāng)網(wǎng)絡(luò)分段出現(xiàn)故障時(shí),不同網(wǎng)段上設(shè)備之間的聯(lián)鎖功能無法實(shí)現(xiàn),嚴(yán)重情況下會(huì)影響到工藝系統(tǒng)及設(shè)備的安全運(yùn)行。

        二、總線控制的研究內(nèi)容和初步實(shí)施方案:

        本科技項(xiàng)目主要通過詳細(xì)的技術(shù)對(duì)比以及經(jīng)濟(jì)分析,探索研究本工程在主廠房、輔助車間的現(xiàn)場儀表和控制設(shè)備層采用全面的現(xiàn)場總線技術(shù)的可行性。

        而現(xiàn)場總線控制技術(shù)在機(jī)組控制中的應(yīng)用,主要需要考慮以下幾個(gè)方面的問題:

        2.1 可靠性和可用性

        電廠發(fā)電機(jī)組連續(xù)安全穩(wěn)定運(yùn)行是至關(guān)重要的,而控制系統(tǒng)的可靠性是保證機(jī)組可用率的重要因數(shù)。為了提高系統(tǒng)的可靠性,現(xiàn)場總線技術(shù)(FF和PROFIBUS)已經(jīng)采用了多項(xiàng)措施,常用的有分散和冗余二項(xiàng)。

        分散方面:對(duì)FCS系統(tǒng)而言,主要通過網(wǎng)絡(luò)分散和控制分散來提高可用性。除去將一般控制功能下放到現(xiàn)場,設(shè)計(jì)中通過上層網(wǎng)絡(luò)的區(qū)域劃分和下層網(wǎng)絡(luò)的風(fēng)險(xiǎn)管理等,做到一個(gè)回路的故障不影響到另一個(gè)回路。主要控制策略還是采用常規(guī)DCS應(yīng)用方式,按工藝系統(tǒng)分散在不同的控制器內(nèi)實(shí)現(xiàn),故功能分散能夠滿足要求。

        冗余方面:現(xiàn)場總線系統(tǒng)通過主站網(wǎng)絡(luò)冗余(介質(zhì)冗余、網(wǎng)絡(luò)冗余、網(wǎng)絡(luò)與介質(zhì)冗余)、變送器冗余、總線電源冗余、鏈路設(shè)備冗余、控制器冗余、冗余分離(即冗余部件應(yīng)從物理上、地理上分散,如主處理器和備份處理器應(yīng)該插在相隔一段距離的不同底板上)等實(shí)現(xiàn),其中鏈路設(shè)備冗余、電源、主站網(wǎng)絡(luò)和操作員站冗余是現(xiàn)場總線系統(tǒng)常用的冗余措施。擬對(duì)所有具有冗余總線接口的電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)、馬達(dá)驅(qū)動(dòng)控制裝置等設(shè)備均考慮采用冗余總線連接;控制系統(tǒng)中所有總線電源也冗余配置。

        通過診斷可以提高系統(tǒng)的可用性。這是FF和PROFIBUS設(shè)備管理中對(duì)現(xiàn)場設(shè)備本身的基本管理,因?yàn)楝F(xiàn)場總線設(shè)備具備多種自診斷信息,有利于發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場設(shè)備本身及其它工藝設(shè)備的故障,從而確定其輕重級(jí)別和真實(shí)性。如冗余的備用設(shè)備狀況和切換狀況,通過診斷,證明冗余的備用狀況和切換情況,從而警示操作員更換冗余設(shè)備組中故障部分,使其準(zhǔn)備好在下次故障發(fā)生時(shí)能正常投入。

        2.2 實(shí)時(shí)性

        在火電廠機(jī)組控制運(yùn)用現(xiàn)場總線控制技術(shù),現(xiàn)場總線的實(shí)時(shí)性是一個(gè)需要關(guān)注的內(nèi)容。對(duì)此,我們對(duì)一些控制系統(tǒng)進(jìn)行了了解。其中,PROFIBUS-DP總線的數(shù)據(jù)為:PROFIBUS-DP總線的傳輸速率可達(dá)12Mbit/s。

        2.3 故障影響性

        現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)至關(guān)重要,不僅要根據(jù)系統(tǒng)I/O點(diǎn)的規(guī)模,而且要根據(jù)設(shè)備的地理分布、功能的相關(guān)性等因數(shù),設(shè)計(jì)各層網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍、支路的數(shù)量、支路及分支的長度、各分支的設(shè)備數(shù)量等,這些設(shè)計(jì)對(duì)系統(tǒng)的性能、硬件配置等都有重要影響。

        2.4 系統(tǒng)配置方案

        整個(gè)機(jī)組控制系統(tǒng)按照工藝過程劃分為多個(gè)子系統(tǒng),其中包括鍋爐啟動(dòng)系統(tǒng)、鍋爐汽水/本體系統(tǒng)、鍋爐煙/風(fēng)系統(tǒng)、燃油/制粉系統(tǒng)、凝結(jié)水系統(tǒng)、加熱器疏水系統(tǒng)、汽機(jī)抽真空系統(tǒng)、汽機(jī)潤滑油/EH油系統(tǒng)等,上述各子系統(tǒng)均采用現(xiàn)場總線技術(shù)。對(duì)于工藝系統(tǒng)中的單回路(單沖量)調(diào)節(jié),如汽機(jī)潤滑油溫度調(diào)節(jié)、輔助蒸汽溫度/壓力調(diào)節(jié)、汽機(jī)軸封壓力/溫度調(diào)節(jié)等可放在現(xiàn)場執(zhí)行機(jī)構(gòu)的閥門定位器中實(shí)現(xiàn)(也可仍在DCS控制器中控制)。

        三、總線控制的預(yù)期目標(biāo)和成果形式:

        3.1 節(jié)約成本

        采用現(xiàn)場總線后,控制系統(tǒng)的電纜、端子、電纜槽、橋架的用量減少,接線及查線的工作量減少。當(dāng)需要增加現(xiàn)場總線設(shè)備時(shí),可就近連接在現(xiàn)有現(xiàn)場總線網(wǎng)段上,既節(jié)省投資,又減少設(shè)計(jì)、安裝的工作量。據(jù)有關(guān)典型試驗(yàn)工程的測算資料表明,可節(jié)約安裝費(fèi)用30%以上。

        3.2 開放性、互操作性與互換性

        現(xiàn)場總線設(shè)備根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)要求提供了電子設(shè)備描述語言。EDDL為對(duì)象設(shè)備提供一個(gè)不依賴某種軟件平臺(tái)的描述文件,使控制系統(tǒng)能夠理解設(shè)備中數(shù)據(jù)的意義。當(dāng)產(chǎn)品符合相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范,并通過為驗(yàn)證是否遵守這些標(biāo)準(zhǔn)而做的測試后,即可實(shí)現(xiàn)該產(chǎn)品與其它符合同樣標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品之間的互操作功能。互操作性能使來自不同制造廠商的設(shè)備在集成時(shí)更加方便易用。

        3.3 現(xiàn)場總線設(shè)備的全數(shù)字化、智能化

        現(xiàn)場總線設(shè)備將微處理器置入現(xiàn)場測量控制儀表中,具有數(shù)字計(jì)算和數(shù)字通信能力。數(shù)字信號(hào)使設(shè)備的信息量大大增加,傳輸抗干擾能力強(qiáng),精確度高,減少了傳輸誤差,提高系統(tǒng)的可靠性。

        3.4 成果形式

        最終,平羅火電項(xiàng)目DCS系統(tǒng)將會(huì)是一套將現(xiàn)場總線控制技術(shù)全面應(yīng)用于全廠范圍內(nèi)的DCS系統(tǒng)。

        總結(jié)

        平羅火電項(xiàng)目本期工程擬建設(shè)2×660MW高效超超臨界空冷機(jī)組,同步安裝煙氣脫硫、脫硝裝置,并留有擴(kuò)建4×1000MW機(jī)組的條件。

        本工程機(jī)組設(shè)置一套基于現(xiàn)場總線設(shè)備的DCS實(shí)現(xiàn)對(duì)鍋爐及輔助系統(tǒng)和設(shè)備、汽輪發(fā)電機(jī)組及輔助系統(tǒng)和設(shè)備、電氣發(fā)變組及廠用電源的監(jiān)視與控制,實(shí)現(xiàn)旁路控制系統(tǒng)、汽輪機(jī)空冷系統(tǒng)、鍋爐脫硫及脫硝系統(tǒng)、除渣系統(tǒng)的監(jiān)視與控制。設(shè)置DCS公用網(wǎng)絡(luò),對(duì)于兩臺(tái)機(jī)組的公用系統(tǒng),如廠用電公用系統(tǒng)、采暖加熱站及空調(diào)系統(tǒng)、脫硫公用系統(tǒng)、輔機(jī)干濕冷噴淋水泵房等設(shè)備的監(jiān)控納入DCS公用系統(tǒng)。

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