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热工控制系统介绍


热工控制系统介绍
一、 综述
火电厂自动化水平是通过控制方式、控制室布置、控制系统的配置及功能、 电厂运行监控模式以及主辅机可控性等多方面的综合体现。 1. 控制方式 a. 机组控制为三机一控,采用分散控制系统(DCS)实现,按照炉机电单元 机组集中控制的方式布置。 。 b. 烟气脱硫系统控制采用独立的分散控制系统(FG_DCS)实现,设置单独 的脱硫控制室。

c. 辅助车间采用可编程控制器(PLC)实现控制功能,并将辅助车间分类集 中,按水、灰、煤三类分别设置控制网络,在各控制网络的上层操作站上对 相关车间的工艺过程进行监控。水系统监控点设在锅炉补给水控制室,包括 水系统和燃油泵房的监控;灰系统监控点设在脱硫控制室,包括除灰、除渣 和电除尘的监控;输煤系统监控点设在输煤控制室。 2.机组监控方式 a.采用炉、机、电、网集中监控方式,采用三机一控。不单独设电气网络控 制室,集中控制室内按机组操作员设岗。 b. 对于辅助车间,利用水、灰、煤系统控制网络对其相关车间的工艺过程进 行集中监控。在此方式下,水、煤控制室设值班员,灰系统操作员站设在脱 硫控制室. 烟气脱硫系统设置单独的控制室并设值班员。 c. 单元机组全部实现 CRT 监控。 运行人员在集中控制室内通过大屏幕显示器 与 CRT 操作员站实现机组启/停的控制、正常运行的监视和调整以及机组运 行异常与事故工况的处理。 d. 集中控制室内不设后备监控设备和常规显示仪表,仅保留 DCS 系统故障 时安全停机的少数独立于 DCS 的硬接线紧急停机、停炉、停发电机等的控制 开关。设置炉膛火焰工业电视以及重要无人值班区域的闭路电视监视系统作 为运行人员直观了解生产过程和生产现场的手段。 灰、 煤控制室内通过辅助车间控制系统的 CRT 操作员站对各辅助车 e. 在水、

间进行监控。在主要辅助车间的控制设备室内布置本地上位机,作为网络故 障、设备调试等特殊情况下的操作手段。 3. 控制室及电子设备间布置 a. 集中控制室布置 三台机组及电气网控合设一个集中控制室。在集中控制室内布置有炉、机、 电单元机组操作员站,电气网络监视和控制计算机,全厂的火灾报警、消防、空 调监控站,信息系统终端等。 在集中控制室后面布置有#1、#2 工程师室等。工程师室内布置有#1、#2 机组的工程师站等设备。 b. 电子设备间布置 #1 与#2 机组的炉、 电、 机、 远动系统控制机柜及电源装置布置在电子设备间 , 电子设备间在#1、#2 机组集控楼内,与集中控制室在同一层,。 #3 机组的炉、机、电、远动系统控制机柜及电源装置布置在电子设备间 ,电 子设备间在#2、#3 炉之间的电子设备楼内.#3 机组的 DCS 工程师室也在该楼 内. c.烟气脱硫系统控制室和电子设备间布置 烟气脱硫系统控制室和电子设备间布置于脱硫岛内电控楼上,控制室内布置 三台机组 FG_DCS 的操作员站、脱硫岛火灾报警区域盘和空调控制系统的监控 设备以及除灰、除渣、电除尘控制站、信息系统终端等;电子设备间内布置有 FG_DCS 的电子控制机柜、脱硫岛热控电源柜等控制设备。 d. 辅助车间控制室和电子设备间布置 辅助车间分为水、灰、煤三个控制点。各辅助车间 PLC 控制设备布置于各车 间控制设备室内,部分辅助车间可配备本地上位机作为网络故障、设备调试等特 殊情况下的操作手段。对某些比较分散的辅助系统,将采用远程 I/O 机柜,机柜 布置在现场。 (1) 水系统控制室设置在锅炉补给水控制室内,控制室内设有水系统操作 员站、工程师站、水系统网络设备和信息系统终端(计 5 台 CRT)和补给 水控制系统机柜,其中操作员站 4 台,监控范围为:凝结水精处理系 统(含 3 台机组凝结水精处理系统、再生系统、酸碱系统、取样和加

药系统、机组排水槽等) ;锅炉补给水系统(含预脱盐、补给水处理、 酸碱系统、雨水泵房等) ;综合水及污水系统(含净化站、综合水泵房、 工业废水处理、生活污水处理、加药系统等) ;循环水加氯系统(含循 环水加氯、雨水泵房、供氢站、锅炉酸洗废水池等) ;燃油泵房(含燃 油泵房、泡沫消防泵房等) 。 (2) 灰系统控制室设置在脱硫控制室内, 控制室内设有灰系统操作员站计(3 台灰网 CRT)等设备。监控范围为:3 台炉的除灰系统及其辅助设施;3 台炉的电除尘系统;3 台炉的除渣系统;及灰库、柱塞泵房和除灰空压 机系统等。 (3) 煤系统控制室设置在输煤控制室内, 控制室内设有输煤系统操作员站 (2 台) 、工程师站、输煤系统网络设备和信息系统终端等设备。监控 整个输煤系统的设备。 各辅助车间 PLC 控制设备布置于各车间控制设备室内, 部分辅助车间可 配备本地上位机作为网络故障、设备调试等特殊情况下的操作手段。对某些 比较分散的辅助系统,将采用远程 I/O 机柜,机柜布置在现场。

二、机组分散控制系统(DCS)介绍 机组分散控制系统 介绍
三台机组的 DCS 采用的是日立公司的 HIACS-5000M 系统。DCS 设置公用 网络, 公用网络监控空压机站 (PLC 控制) 和厂用电公用部分, 但没有操作员站, 可分别由#1、#2 或#3 单元机组 DCS 操作员站进行监控,但在同一时刻,只能 由一台机组的 DCS 实现对公用部分设备的控制,另两台机组的控制功能应 被闭锁掉,仅有监视功能。 HIACS-5000M 系统是 HIACS(HITACHI Integrated Autonomous Control System) 集散型控制系统的最新版本。 HIACS-5000M 系统的概念 自律分散系统 统一(UNI-CONCEPT)系统 开放系统 便于使用的好系统 三台机组 DCS 网络设备总体结构如图

中央控制室
以太网

3#机组DCS(同1#机组)

100"大屏幕投影 100"大屏幕投影

路由器

μΣ100兆光纤网

4台激光打 印机 操作员站1 操作员站3 操作员站4 并屏器 操作员站5 工程师站 历史站

MIS

2#机组DCS(同1#机组)

1#机组μΣ-Network100兆光纤网

μΣ100兆光纤网

网络 耦合器

网络 耦合器

网络 耦合器

网络 耦合器

远程μΣ-Network100兆光纤网

DEH 系 统 控 制 器

DCS 系 统 控 制 器 1

DCS 系 统 控 制 器 15

通讯 接口站

公用系统μΣ-Network100兆光纤网

机组对外 通讯连接

锅 炉 顶 部

炉 顶 远 程 I/O 控 制 器

炉 顶 远 程 I/O 控 制 器

汽 机 平 台

单独供货

CIS 接口部分

循 泵 房

循 环 水 泵 A/B 控 制 器

循 环 水 泵 C/D 控 制 器

循 环 水 泵 E/F 控 制 器

公 用 电 气 1# 控 制 器

公 用 电 气 2# 控 制 器

公 用 电 气 3# 控 制 器

空 压 机 系 统 控 制 器

空 气 压 缩 机 站

1#机组设备间

公用系统设备间

图5.常熟电厂3*600MW机组网络设备总体结构图(远程一体化方案)

A.单元机组 DCS 系统主要设备规范及技术参数 . (一) 人机接口 共 5 台,其中一台为大屏幕显示器拼图控制站,控制两台大屏幕

1.操作员站 显示器。

操作员站主机及液晶显示器: 操作员站型号 CPU 字长 主频 内存 硬盘 显示终端 LCD 生产厂家 尺寸 分辨率 使用寿命 有效视角 DELL360-DT,High END Pentuim 32 位 2.6GHz 512MB 73G SCSI 213T SAMSUNG 21 英寸 1600*1200 100000 小时 170°/170°

大屏幕显示器 技术指标 屏幕尺寸 投影方式 工作方式 主芯片物理分辨率 兼容分辨率 图象刷新率 输出亮度 Hz 流明 单位 英寸 BARCO 公司参数 100 PLCD 背投式,三片 多晶硅技术,一 体化 背投箱 连续 24 小时工作 1280×1024, 1600×1200 120 镜头输出>600ANSI 流明 屏前亮度>2400 ANSI 流明

技术指标 屏前亮度 对比度 全屏亮度均匀性 RGB 带宽 色彩 扫描频率

单位 cd/m 2

BARCO 公司参数 350 不小于 350 : 1 >95%

MHz

200 24×3,16M 色彩

kHz

水平 15-115



垂直 25-150Hz。 水平 160; 垂直 90。 遥控视频源和数据选择接口;RGB 模拟量 信号输入接口;RGB-S 输入接口;视频输入 接口;RS232 输入输出串口等 遥控器操作、操作员站键盘和鼠标操作; 用户可以自行更换,拔插式结构。

可视角度



输入接口

调节操作方式 易损件更换方式 安装支架高度范围 装配盘尺寸 遵循安全标准 电磁辐射标准 灯源寿命 投影机寿命 核心部件的使用寿 命 小时 小时 小时 mm mm

600-1500mm 高度可以在订货时确定, 确定后 还有 5CM 的调整范围 无 符合 UL1950 和 EN60950 符合 FCC 标准 B 级和 CE55022B 亮度衰减不超过 20%时,大于 6000 小时 MTBF 大于 40000 小时 大于 100000 小时

2.工程师站 EWS

1台

性能指标与操作员站一样.

HIACS-5000M 的高功能 EWS,把电厂的工程师从复杂而大量的工作量 中解放 出来。 编程语言采用的是 POL。(不需要工程师具有专门的计算机语言的知识) POL:Problem Oriented Language 使用大宏指令能进行控制逻辑回路的阶层设计 装有高功能的 Hierarchical CAD 系统,绘图简便 通过逻辑仿真功能,在实体的控制器上检证 FDB 逻辑演算。由于有这个 功能,在现场的调整,大修时,能减少系统的恢复确认等工作量 3.历史站 1台

性能指标与操作员站一样. 4.打印机 3台 2台 1台 型号 HP5000 型号 HP5500

其中惠普黑白激光打印机 惠普彩色激光打印机

(二) 通讯网络μΣNETWORK-100 1.μΣ100 网络: 通讯速度 100Mbps,实现高速数据的通讯 采用 Cycle Memory 通信方式,保证网络负荷的稳定 二重化环状网络,自我诊断功能等,实现高可靠性的网络 通讯速度:100Mbps
通讯媒介:光缆,二重化环状网络 2.高速数据通道—数字光纤通讯网络

H-5000M 系统通讯主干网是用 FDDI 方式,它是一种高性能的冗余光纤令 牌环状网,FDDI 的协议为802.5协议,其数据桢格式为802.5数据桢格式。具有 自动诊断、故障脱网、自恢复等先进技术,传送周期为1ms-1000ms。 3. 特点 HIACS-5000M 系统通讯网络为μΣNETWORK-100,其主要特点如下: 高性能

大规模控制系统网络传送速度为 100Mbps,通讯介质为光纤,最大电 缆长度为 100km,采用高实时性的令牌访问方式,最适合于大规模实时控 制系统。 高可靠性网络 传输介质为光纤,可有效避免电磁 干扰;传输介质采用环型结构并冗余 同时结合“回绕”技术,最大限度地 降低了由于线路损坏对系统造成的影 响。 ① 双重化环行网结构,内环的令牌 (Tokes)传输方向是逆时针方向, 外 环路令牌为顺时针方向,令牌环行 一周,每个站获得一次发信权。如 图 2-2 所示。一般情况下,外环为 主网环路,内环为热备份网络。 ② 当主网(外环)故障时(如网络折断)如图 2-2 所示。主网停止运行,备 份网投入运行,不影响数据传输。 ③ 当内环故障时,站间数据依靠外环传输系统仍可正常工作。 ④ 当某站故障时, 如站 3 故障, 可将 故障站旁路掉,令牌从外送到站 2 处,再从站 2 自内环返回到站 1, 并传送到站 4 处, 从站 4 自外环返
站 1 站 3 外环 内 环 站 2

站 2 外环 内 环 站 1 站 3

站 4

图2-2令牌传递方向

回站 1。令牌仍可传送,系统可继 续运行,如图 2-3 所示。此功能称 为环路返回(Loop-Back)功能。 稳定的实时响应: ① 令牌网的最大优点是数据传输的 稳定实时响应。在重负荷工况下 以太网(Ethernet)的通讯竞争激烈、碰撞增多,难于得到发送权,从 而使数据传输阻塞,实时响应急速下降。
站 4

图2-3 Loop Back 功能

② 令牌网没有这一缺点,即使在重负荷工况下,令牌网的环行周期仍然 是可设计和可控制的,在 128 个挂站的情况下。精心设计的硬件和软 件。仍可保证令牌环行周期在 10ms 之内。因此可以设定的令牌周期 为>10ms。例如:50ms、100ms,这就意味着每个站每秒可获得 10~20 次发送权,每个控制站每秒将可发送 20K~30Kbyte 数据量,对一个控 制站来说,不可能达到这样的数据传输量,因此μ∑-100 Network 的 通讯能力十分强大。 具有自动周期传送功能 ① 可以按一定的周期(1~1000ms,可设定)自动广播发送用户指定的数 据,最大数据量为 256KB(相当于 12 万 8 千个模拟量点或 200 余万个 数字量点)。 4.技术数据 μΣNETWORK-100的技术数据如下: 项 目 控制器 连接的设备 操作员工作站 历史工作站 工程师工作站 拓扑结构 通信速度 通信距离 最大站数 访问方式 双冗余环网 100Mbps 站间距离:最大2km 环网总长:最大100km 255 令牌 选点通信 远程 CPU 控制通信 通信种类 信息包通信 周期传送 控制器发送周期:1~1000ms 说明

操作员工作站、 历史工作站、 工程师工作站发送周期: 100~1000ms 可靠性 可用性 可维护性 传输线路双冗余“回绕” (Loopback)功能 周期收集网络状态信息,进行诊断和报警 网络故障时自动收集并保存故障数据 网卡可带电插拔 SMT(Station Management )Ver6.2 网络管理功能 故障管理:站点加入/退出管理、故障记录信息收集 网络构成管理:站点图的生成

(三) 系统控制器

R600C

单元机组共配置 18 对控制器 公用系统共配置 网络藕合器配置 1.高功能的控制器 一种高功能的控制器(高速度、大容量)适用于汽轮机控制(DEH),调节 控制(MCS),顺序控制(SCS),燃烧控制(MBS),励磁控制(AVR). 使用 RISC 技术的 R600C 控制器,性能更加强大 CPU:32bitRISC× 2 主频率:160MHZ Memory:16Mbyte(RAM) 2. R600C 控制器(CTL),是 HIACS 系统的基本控制单元,执行工艺过程装置或设 备群组级的实时控制、联锁保护功能。本控制器的技术特性,相当大程度地决定 了 HIACS 系统的技术特性。HIACS 系统对控制器的技术要求如下: 高可靠性; 快速性:快速控制、快速保护; 冗余配置和无扰动切换; 3.高可靠性: 4 对控制器 3 对控制器

R600C 采用严格的日本工业技术标准设计,经过各类例行试验的考核及 现场常年连续运行的验证,具有抗干扰能力强,稳定可靠的特点; 每个元件及器件, 均经过了严格的工艺筛选, 凡不符合参数标准的器件, 均不会使用在 HIACS 系统 R600C 控制器中。 R600C 采用了先进的设计方法,使得线路合理、结构紧凑、抗扰动力强。 选用九十年代新的先进的表面贴装器件,具有集成度高、功能强大功耗 小、可靠性高的特点,进一步增强了控制器的可靠性。 4.快速性 快速性是 DCS 控制器的另一核心指标。在满足可靠性的基础上执行应用程 序、一定要速度快、效率高,才能达到快控制、快保护的效果,才具有可控性 (Controllability)。为了提高 R600C 的快速性,采取了如下措施: 采用功能强大的 RISC 芯片处理器。 RISC 芯片是九十年代发展起来的快速芯片技术,具有功能强大、处理速 度快的特点。在其它条件相同的情况下,RISC 芯片处理速度约为常规芯 片的 3 倍。 I/O 模板总线,采用高速并行总线结构,极大地提高了 I/O 模板与控制 器间的实时数据交换速率; 控制器实时管理软件(PMS) (1)管理软件的调度效率,是应用程序快速执行的另一关键,必需采 用高效率实时管理软件。 (2) 通用机软件的优点是通用性, 但是由于不是针对机组控制专门设 计的,因此效率低,实时性差是不可避免的; (3) 日立公司针对电站工程,功能组级控制器,专门开发了实时管理 系统软件 PMS。从软件实时调度方面保证了控制器的快速可控特 性。 (4) PMS 的另一优点是内存(PMS)效率高,不产生内存垃圾,PMS 仅存 储在 ROM 区,RAM 区全部为用户使用区。 5.冗余配置及无扰动切换: 控制器双重化及无扰动切换,是机组控制器必须应对的基本问题,必须 从硬件、软件两方面进行对策。

R600C 专门设计了主-从控制器之间的数据交换总线(TieBackBus),从 控制器实时跟踪主控制器的动态数据,主-从控制器的程序数据和动态 数据完全一致,是无扰动切换的根本保证。 TieBack 总线结构,并配合专门的软件程序,确保了从控制器实时自动与 主控制器数据一致化,无需人工干预。 (四) 各类 I/O 卡 单元机组共有 I/O 点 公用系统共有 I/O 点 系统共配置了 10 类 I/O 板主要有 1.模拟量输入模板 LYA010 2.热电偶输入模板 LYA210 3.热电阻输入模板 LYA210 4.模拟量输出模板 LYA100 5.开关量输入模板 LYDOOOA 6. 开关量输入模板 LYD1O5A 7. 转速测量模板 LYTOOOA 8.SOE 模板 LPD25OB (16 路) (15 点) (16 点) (8 点) (32 点) (32 点) (4 路) (31 点) (32 路) 8052 点 648 点

9.脉冲量累计模板 LPP100A

10.MODUBUS 通讯接口板 LCE421 B.系统功能 (一)DAS 功能: --显 示: 包括 操作 显 示、成 组显 示、棒 状 图显示 、趋 势显示 、 报警显 示等。 --制 表 记 录 : 包 括 定 期 记 录 、 事 故 顺 序 ( SOE) 记 录 、 跳 闸 一 览 记 录 等。 --历史数据存储和检索 --性能计算 (二)MCS 功能: 1.机组负荷控制 2.锅炉--汽机协调控制 3.汽机控制

4.锅炉控制 5.磨煤机控制 6.分隔风箱燃烧率控制 7.二次风量控制 8)二次风压力控制 9)一次风道压力控制 10.炉膛压力控制 11.主蒸汽温度控制 12.再热器汽温控制 13.给水控制 14.给水泵再循环控制 15.锅 炉 启 动 系 统 控 制 ( 包 括 启 动 分 离 器 水 位 控 制 、 再 循 环 泵 流 量控 制等) 16.燃油控制 17.除氧器水位和压力控制 18.凝汽器热井水位控制 19.汽机润滑油和 EH 油冷却控制 20.高压加热器水位控制 21.低压加热器水位控制 22.汽机和给水泵汽轮机轴封压力控制 (三)FSSS 功能 1 .BCS.具体功能 a. 锅炉点火准备 b. 点火枪启停 c. 油枪启停 d. 煤燃烧器管理 e. 制粉系统启停顺序控制 2.FSS 具体功能 a. 炉膛吹扫 b. 油燃料系统泄漏试验 c. 主燃料跳闸 (四)SCS 具体功能

1 机组自启停顺序控制功能 a. 锅炉 锅炉上水 炉膛吹扫(FSSS 实现) 锅炉油循环(FSSS 实现) 锅炉点火(FSSS 实现) 启动制粉系统(FSSS 实现) 锅炉升温、升压 带负荷 b. 汽轮发电机 启动润滑油系统 启动控制油系统 启动循环水系统 启动凝结水、给水系统 启动凝汽器抽真空系统 启动高、低加系统 启动发电机氢油水系统 启动盘车系统 暖机、进汽和升速 转速升至同步转速 并网、带初始负荷 切缸、升至目标负荷 2 功能组顺序控制项目 锅炉空气系统顺序控制功能组 锅炉烟气系统顺序控制功能组 锅炉疏水放气系统顺序控制功能子组 锅炉启动系统顺序控制功能子组 电动给水泵顺序控制功能子组 汽动给水泵顺序控制功能子组 锅炉一次风系统顺序控制功能子组 汽机轴封系统顺序控制功能子组 汽机主汽和再热汽系统顺序控制功能子组

汽机疏水放气系统顺序控制功能子组 汽机抽汽系统顺序控制功能组 加热器系统顺序控制功能组 除氧器顺序控制功能子组 凝结水系统顺序功能组 开、闭式冷却水系统顺序控制功能组 凝汽器循环水系统顺序控制功能子组 低压缸喷水顺序控制功能子组 辅助蒸汽系统顺序控制功能子组 发电机冷却水系统顺序控制功能子组 发电机氢气冷却顺序控制功能子组 发电机油系统顺序控制功能子组 汽机润滑油系统顺控功能子组 凝汽器抽真空顺控功能子组 锅炉制粉系统顺序控制功能组 循环水泵控制功能子组 空压机控制功能子组 吹灰控制功能组


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