Foxboro I/A’S分散控制系统在300MW机组的应用

摘要：介绍应用上海福克斯波罗公司生产的I/A’S分散控制系统（DCS）进行谏壁发电厂300MW机组热控系统改造。 
关键词：分散控制 协调控制 软件 系统
一、概述
    谏壁发电厂#9机组改造前机组自动调节系统为上海自动化仪表一厂生产的TF-900装置，装置已严重老化，可靠性差，故障多，部分自动无法投入，无协调控制及AGC功能。DAS系统I/O数据采集站为常规巡测仪表，表计老化，可靠性差。灭火保护系统可靠性差，给机组安全带来隐患。数据无法与控制保护系统共享。运行人员监控强度大。不能满足电网对机组的调峰要求以及机组经济运行要求。
二、DCS系统基本配置及功能
    DCS系统为上海FOXBORO公司的I/A’S装置，系统的硬件配置为：24个现场I/O机柜、2个现场I/O小机柜、3个主机柜，3个固态继电器柜、26个继电器柜、四个操作员站（LCD显示屏）、一台工程师站，2台打印机，两套大屏幕，14对冗余CP。FBM机柜分配为：DAS5个FBM机柜、2个FBM小机柜；SCS及保护10个FBM机柜，CCS5个FBM机柜，FSSS2个FBM机柜。CP分配为：DAS3对、SCS5对、CCS3对、FSSS1对、DEH、MEH各1对、主电源柜一个（由UPS供电，来自保安电源）、副电源柜一个（来自400V-13段）。
    整个系统为一个节点，四个操作员站、一台工程师站、14对冗余CP均挂于冗余的节点总线（NODEBUS）上。
    现场级由26个装有现场总线组件（FBM）的现场机柜组成，采用冗余的现场总线连接方式。另在MIS网上挂PC机一台，专门处理报表等，配打印机一台作为网络打印机公用。
DCS系统的功能有：
.数据采集显示系统（DAS）
.顺序控制系统（SCS）（包括除大机保护以外的所有保护）
.协调控制系统（CCS）
.燃料管理系统（BMS）（包括FSSS系统）
.主机电液调节系统（DEH）
. 汽泵电液调节系统（MEH）
    大修改造取消原大机及甲、乙汽泵的同步器马达控制的液压调节系统，加装了上海FOXBORO公司的I/A’S组成的大机电调（DEH）及甲、乙汽泵电调（MEH）系统。
三、 I/A’S系统的软件结构
    .使用工业标准的操作系统Sun Soft Solaris。Solaris操作系统可以更快地处理大量信息，支持附加硬盘，具有先进的开窗口功能，使用OPEN LOOK图形用户接口，可以方便地访问整个I/A Series系统和所连接的信息网络上的信息，应用软件可以方便移植，在软件开发环境中支持C语言等。
    
    .提供了用于整体控制分解的智能控制工具软件，智能化控制组态程序将连续量，梯形逻辑和顺序控制功能结合到智能控制方案中去。
    
    .具有批处理管理，批处理管理自动地产生在一个设备上的控制活动以及提供扩展数据存贮器并检查与那些活动有关的情况。
    
    .提供组态软件，具有一系列不同的组态程序，如系统组态程序，允许定义系统网络，包装以及软件等，还有控制组态程序，图显示组态程序以及应用组态程序等，这些组态软件可在PW-C上运行。
    
    .人机接口软件，包括实时图显示管理程序和有关子系统，支持有关图显示和组态程序之间的活动，人机接口软件具有a.实时图显示软件；b.图显示建立软件；c.图显示与组显示组态；d. 详细的图显示程序；e.组显示组态程序；f.报警子系统；g.系统管理软件；h.电子文件软件；I.系统组态程序；j.工作站组态程序；k.图形实用程序；
    
    .使用菜单和窗口来支持和协调人机接口。
    .用相关数据库进行全系统的信息管理。
    
    .容易的使用系统组态程序，一旦写入数据，而不用写程序系统就可运行。
    
四、系统的主要功能
    4.1、数据采集显示系统（DAS）：
    数据采集显示系统（DAS）分为锅炉显示操作系统、汽机显示操作系统、电气显示操作系统，其中：锅炉显示画面53幅，汽机显示画面91幅，电气显示画面5幅。 
    DAS系统还包括历史及事故追忆。其中：历史2000多点，按参数重要程度，分辨率为1秒及2秒点，历史点保存时间为2天。浓缩数据组每小时浓缩一次，具有最大值、最小值、平均值运算，可保留一个月。 事故追忆108点（包括DEH点），数据追忆按故障跳闸前三分钟后五分钟记录，时间分辨率为1秒。顺序事件记录50点，时间分辨率为1ms。
    系统具有四个操作环境：初始化环境、工程师环境、锅炉环境、汽机环境。
    系统具有流程画面检查、组画面检查、报警画面检查、事件顺序记录SOE过程检查、事故追忆检查、历史数据库检查、实时趋势和历史趋势检查功能。
    通过DAS画面，使用球标可对各辅机、风门挡板、调门及电动门等进行操作。为防止误操作，设有禁操画面。DAS还具有过程报警、历史报警功能，日报表及月报表。
    4.2、闭环控制系统（MCS）功能
    （1）机炉协调控制功能
    
    机炉协调控制有两种方式，一种是炉跟机为基础的协调控制方式，另一种是机跟炉为基础的协调控制方式。为提高机组的稳定性和相应性，在正常情况下，采用以炉跟机为基础的协调控制方式。在锅炉辅机出现故障影响机组出力、机组在从定压控制转换到滑压控制方式以及机组出现RUNBACK运行工况，协调控制系统应切换到机跟炉为基础的协调控制方式。
    
    炉跟机为基础的协调控制系统采用的是以锅炉控制压力，汽机控制负荷的运行方式，为了提高锅炉的响应性，稳定控制锅炉主汽压力，保证汽机对负荷的响应性，选用汽机调速级压力（P1）与汽机自动主汽门前压力（Pt）之比乘以机前压力定值（Ps）作为汽机对锅炉的能量需求（P1＊Ps/Pt），该信号以动态前馈的形式控制锅炉的燃料量，这种控制方式加快了锅炉对汽机能量需求的响应性，稳定了锅炉的压力和燃烧，能保证锅炉控制的响应性和稳定性。
    
    改变压力设定值Ps即改变了锅炉的燃料指令，从而达到了控制负荷的目的，直接能量平衡信号不但适用与定压控制方式，而且适用与滑压运行方式。
    
    采用直接能量平衡信号，降低了汽机调门动作对锅炉出口压力的动态影响，提高了在变负荷工况下机组对负荷的响应性。
    
    机跟炉为基础的协调控制系统采用的是汽机控压力，锅炉控负荷的运行方式，这种控制方式由于充分利用了汽机调门动作对压力响应快的特点，因此能很好地控制机组压力，但由于锅炉的燃烧特性比较慢，因此对负荷的响应比较慢，为提高锅炉的响应性，将机组指令以前馈和反馈的方式作用到锅炉控制，以加大前馈量的方式提高锅炉对负荷的响应性。
    
    锅炉协调主要考虑风、水、煤的协调，以直接能量平衡信号（P1＊Ps/Pt）作为燃料指令信号。送风控制跟随负荷指令，同时用氧量进行修正，引风控制炉膛负压，给水控制汽包水位。
    
    汽包水位的控制有单、三冲量两种控制方式。在低负荷时（负荷小于30%）采用单冲量方式，控制给水调节阀。在高负荷时采用三冲量控制方式，汽包水位作为动态修正信号，维持给水流量与主汽流量的平衡，保证汽包水位的稳定。
    
    给水控制具有控给水阀和汽动给水泵两种方式。当投运给水阀控制时，汽动给水泵在手动控制方式，不能投自动。当投运汽动给水泵时，给水阀在手动控制方式。
    
    燃烧控制以P1＊Ps/Pt作为燃料的指令信号，热量信号（P1+dPd/dt）作为燃料的反馈信号。从而控制主汽压力。
    
    送风控制主要控制炉膛氧量，保证锅炉的稳定经济燃烧。系统中将负荷指令作为送风控制系统的指令，氧量作为修正，同时考虑风煤指令的交叉联锁，升负荷时先加风，减负荷时先减煤。
    
    在送风机跳闸发生RUNBACK时，协调控制系统关跳闸送风机的动调，同时自动开运行送风机的动调。
    
    引风机控制系统控制炉膛负压。以炉膛负压作为主控信号，同时接受送风机动调指令的前馈信号，当送风机系统调节时，引风机动调跟随动作。稳定炉膛负压。引风机控制系统具有方向闭锁的控制功能，在炉膛压力高时，闭锁减。在炉膛压力低时，闭锁加。
    
    当引风机跳闸发生RUNBACK时，协调控制系统关跳闸风机动调，同时自动开运行风机的动调。
    
    （2）协调控制系统的联锁保护与控制保护：
    .联锁保护：协调控制系统在机组运行中，实时监视机组辅机的处理能力，以确保机组辅机出力受限制的情况下，实行最高负荷和最低负荷限制，实现机组的能量平衡。控制系统实时监视以下设备的运行情况，实行方向闭锁：
    1）给粉机控制指令达上限或下限
    2）送风机控制指令达上限或下限
    3）机组负荷达到控制系统允许的上限或下限
    4）风量小于煤量
    5）炉膛负压达上限或下限
    .锅炉辅机设备故障快速甩负荷：在下列辅机设备故障时，协调控制系统快速甩负荷：
    1）一台送风机在运行中跳闸
    2）一台引风机在运行中跳闸
    3）一台空预器在运行中跳闸
    4）两台汽泵运行中一台跳闸且电泵在2秒内没有联动上来。
    5）一台汽泵和电泵运行中一台跳闸
    6）三台炉水泵有两台在运行中跳闸
    7）二台排粉机跳闸
    在机组执行RUNBACK时，协调控制系统以与RUNBACK要求相应的负荷变化率减负荷，减到相应的机组负荷值。系统自动切换到机跟炉方式。同时切除丁排粉机，并投油助燃。
    
    （3） 一次调频控制
    一次调频控制方式有三种，1、当CCS系统解列，DEH中的功率回路投入控制，一次调频回路投入，负荷在闭环控制；2、当CCS系统炉跟机方式，DEH中的功率回路解列，一次调频回路不投入，DEH开环控制，由CCS独立完成一次调频功能；3、当CCS系统炉跟机方式，DEH中的功率回路解列，一次调频回路投入，DEH开环控制，由CCS和DEH共同完成一次调频功能。
    
    一次调频控制第一种方式是必须具备的，第二种方式能够保证机组安全稳定地使机组响应电网周波的变化，风、煤、水和汽机调门能够协调工作，第三种方式是当电网周波变化超过死区时，通过DEH将汽机调门直接开启或关闭，使机组功率迅速变化，同时CCS利用与DEH同一根频差与负荷的变化曲线，使风、水、煤响应调频造成的负荷变化。
    
    （4）AGC控制
    为适应现代大电网运行管理的需要，机组实现AGC控制。AGC方式通过一个遥调信号、二个遥控信号、三个遥信信号实现省调的AGC控制。
    
    （5）磨煤机控制系统:
    磨煤机控制系统包括:
    .磨煤机运行时磨煤机出口温度控制系统、磨煤机入口负压控制系统、磨煤机负荷控制系统、排粉机出口压力控制系统、排粉机入口温度控制系统。
    .磨煤机停运时排粉机出口压力控制系统、排粉机入口温度控制系统。
    .磨煤机启动时排粉机出口压力控制系统、磨煤机倒风控制。
    .磨煤机停运时排粉机出口压力控制系统、磨煤机倒风控制。 
    
    4.3、顺序控制系统（SCS）功能
    顺序控制系统实现机组各控制系统及设备的顺序投运、启停与保护，各设备的手动遥控操作。
    
    顺序控制系统结构:
    .设备控制级：包括顺序控制逻辑，联动控制逻辑，和手动操作逻辑。作用于设备驱动级上。
    .设备驱动级：直接向控制设备发出指令。
    顺序控制系统包括风烟系统顺序控制、预热器顺序控制、送吸风机顺序控制、凝泵顺序控制、凝升泵顺序控制、空冷泵顺序控制系统等34套。
    
    
    4.4、燃烧器管理系统（BMS）功能
    BMS包括锅炉炉膛安全保护、轻重油管理两部分。
    
    锅炉炉膛安全保护内容包括双送均停、双吸均停、双预均停、失去燃料、炉膛负压高、炉膛负压低、汽包水位高、汽包水位低、任一炉膛灭火、炉水泵均停及汽机跳闸横向保护，手动紧急停炉在外回路实现。
    
    轻重油管理包括自动/程控点火、自动投油、OFT及探头冷却风机控制等功能。 
    
五、系统运行情况及结论
    I/A’S分散控制系统在谏壁电厂的应用是成功的， DCS的锅炉、汽机各子系统运行情况良好，机组协调控制、AGC及一次调频全部投入运行。设备的可靠性、安全性及机组自动化水平有了极大提高，确保机组长期经济安全稳定经济运行，取得了连续安全经济运行三百天好成绩，创造了谏壁电厂连续运行的最好记录。