摘要：介紹應用上海福克斯波羅公司生產(chǎn)的I/A’S分散控制系統(tǒng)（DCS）進行諫壁發(fā)電廠300MW機組熱控系統(tǒng)改造。
關鍵詞：分散控制 協(xié)調(diào)控制 軟件 系統(tǒng)
一、概述
諫壁發(fā)電廠#9機組改造前機組自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)為上海自動化儀表一廠生產(chǎn)的TF-900裝置，裝置已嚴重老化，可靠性差，故障多，部分自動無法投入，無協(xié)調(diào)控制及AGC功能。DAS系統(tǒng)I/O數(shù)據(jù)采集站為常規(guī)巡測儀表，表計老化，可靠性差。滅火保護系統(tǒng)可靠性差，給機組安全帶來隱患。數(shù)據(jù)無法與控制保護系統(tǒng)共享。運行人員監(jiān)控強度大。不能滿足電網(wǎng)對機組的調(diào)峰要求以及機組經(jīng)濟運行要求。
二、DCS系統(tǒng)基本配置及功能
DCS系統(tǒng)為上海FOXBORO公司的I/A’S裝置，系統(tǒng)的硬件配置為：24個現(xiàn)場I/O機柜、2個現(xiàn)場I/O小機柜、3個主機柜，3個固態(tài)繼電器柜、26個繼電器柜、四個操作員站（LCD顯示屏）、一臺工程師站，2臺打印機，兩套大屏幕，14對冗余CP。FBM機柜分配為：DAS5個FBM機柜、2個FBM小機柜；SCS及保護10個FBM機柜，CCS5個FBM機柜，F(xiàn)SSS2個FBM機柜。CP分配為：DAS3對、SCS5對、CCS3對、FSSS1對、DEH、MEH各1對、主電源柜一個（由UPS供電，來自保安電源）、副電源柜一個（來自400V-13段）。
整個系統(tǒng)為一個節(jié)點，四個操作員站、一臺工程師站、14對冗余CP均掛于冗余的節(jié)點總線（NODEBUS）上。
現(xiàn)場級由26個裝有現(xiàn)場總線組件（FBM）的現(xiàn)場機柜組成，采用冗余的現(xiàn)場總線連接方式。另在MIS網(wǎng)上掛PC機一臺，專門處理報表等，配打印機一臺作為網(wǎng)絡打印機公用。
DCS系統(tǒng)的功能有：
.數(shù)據(jù)采集顯示系統(tǒng)（DAS）
.順序控制系統(tǒng)（SCS）（包括除大機保護以外的所有保護）
.協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)(CCS)
.燃料管理系統(tǒng)（BMS）（包括FSSS系統(tǒng)）
.主機電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)（DEH）
. 汽泵電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)（MEH）
大修改造取消原大機及甲、乙汽泵的同步器馬達控制的液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)，加裝了上海FOXBORO公司的I/A’S組成的大機電調(diào)（DEH）及甲、乙汽泵電調(diào)（MEH）系統(tǒng)。
三、 I/A’S系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)
.使用工業(yè)標準的操作系統(tǒng)Sun Soft Solaris。Solaris操作系統(tǒng)可以更快地處理大量信息，支持附加硬盤，具有先進的開窗口功能，使用OPEN LOOK圖形用戶接口，可以方便地訪問整個I/A Series系統(tǒng)和所連接的信息網(wǎng)絡上的信息，應用軟件可以方便移植，在軟件開發(fā)環(huán)境中支持C語言等。
.提供了用于整體控制分解的智能控制工具軟件，智能化控制組態(tài)程序?qū)⑦B續(xù)量，梯形邏輯和順序控制功能結(jié)合到智能控制方案中去。
.具有批處理管理，批處理管理自動地產(chǎn)生在一個設備上的控制活動以及提供擴展數(shù)據(jù)存貯器并檢查與那些活動有關的情況。
.提供組態(tài)軟件，具有一系列不同的組態(tài)程序，如系統(tǒng)組態(tài)程序，允許定義系統(tǒng)網(wǎng)絡，包裝以及軟件等，還有控制組態(tài)程序，圖顯示組態(tài)程序以及應用組態(tài)程序等，這些組態(tài)軟件可在PW-C上運行。
.人機接口軟件，包括實時圖顯示管理程序和有關子系統(tǒng)，支持有關圖顯示和組態(tài)程序之間的活動，人機接口軟件具有a.實時圖顯示軟件；b.圖顯示建立軟件；c.圖顯示與組顯示組態(tài)；d. 詳細的圖顯示程序；e.組顯示組態(tài)程序；f.報警子系統(tǒng)；g.系統(tǒng)管理軟件；h.電子文件軟件；I.系統(tǒng)組態(tài)程序；j.工作站組態(tài)程序；k.圖形實用程序；
.使用菜單和窗口來支持和協(xié)調(diào)人機接口。
.用相關數(shù)據(jù)庫進行全系統(tǒng)的信息管理。
.容易的使用系統(tǒng)組態(tài)程序，一旦寫入數(shù)據(jù)，而不用寫程序系統(tǒng)就可運行。
四、系統(tǒng)的主要功能
4.1、數(shù)據(jù)采集顯示系統(tǒng)（DAS）：
數(shù)據(jù)采集顯示系統(tǒng)（DAS）分為鍋爐顯示操作系統(tǒng)、汽機顯示操作系統(tǒng)、電氣顯示操作系統(tǒng)，其中：鍋爐顯示畫面53幅，汽機顯示畫面91幅，電氣顯示畫面5幅。
DAS系統(tǒng)還包括歷史及事故追憶。其中：歷史2000多點，按參數(shù)重要程度，分辨率為1秒及2秒點，歷史點保存時間為2天。濃縮數(shù)據(jù)組每小時濃縮一次，具有最大值、最小值、平均值運算，可保留一個月。 事故追憶108點（包括DEH點），數(shù)據(jù)追憶按故障跳閘前三分鐘后五分鐘記錄，時間分辨率為1秒。順序事件記錄50點，時間分辨率為1ms。
系統(tǒng)具有四個操作環(huán)境：初始化環(huán)境、工程師環(huán)境、鍋爐環(huán)境、汽機環(huán)境。
系統(tǒng)具有流程畫面檢查、組畫面檢查、報警畫面檢查、事件順序記錄SOE過程檢查、事故追憶檢查、歷史數(shù)據(jù)庫檢查、實時趨勢和歷史趨勢檢查功能。
通過DAS畫面，使用球標可對各輔機、風門擋板、調(diào)門及電動門等進行操作。為防止誤操作，設有禁操畫面。DAS還具有過程報警、歷史報警功能，日報表及月報表。
4.2、閉環(huán)控制系統(tǒng)(MCS)功能
（1）機爐協(xié)調(diào)控制功能
機爐協(xié)調(diào)控制有兩種方式，一種是爐跟機為基礎的協(xié)調(diào)控制方式，另一種是機跟爐為基礎的協(xié)調(diào)控制方式。為提高機組的穩(wěn)定性和相應性，在正常情況下，采用以爐跟機為基礎的協(xié)調(diào)控制方式。在鍋爐輔機出現(xiàn)故障影響機組出力、機組在從定壓控制轉(zhuǎn)換到滑壓控制方式以及機組出現(xiàn)RUNBACK運行工況，協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)應切換到機跟爐為基礎的協(xié)調(diào)控制方式。
爐跟機為基礎的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)采用的是以鍋爐控制壓力，汽機控制負荷的運行方式，為了提高鍋爐的響應性，穩(wěn)定控制鍋爐主汽壓力，保證汽機對負荷的響應性，選用汽機調(diào)速級壓力（P1）與汽機自動主汽門前壓力（Pt）之比乘以機前壓力定值（Ps）作為汽機對鍋爐的能量需求（P1*Ps/Pt），該信號以動態(tài)前饋的形式控制鍋爐的燃料量，這種控制方式加快了鍋爐對汽機能量需求的響應性，穩(wěn)定了鍋爐的壓力和燃燒，能保證鍋爐控制的響應性和穩(wěn)定性。
改變壓力設定值Ps即改變了鍋爐的燃料指令，從而達到了控制負荷的目的，直接能量平衡信號不但適用與定壓控制方式，而且適用與滑壓運行方式。
采用直接能量平衡信號，降低了汽機調(diào)門動作對鍋爐出口壓力的動態(tài)影響，提高了在變負荷工況下機組對負荷的響應性。
機跟爐為基礎的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)采用的是汽機控壓力，鍋爐控負荷的運行方式，這種控制方式由于充分利用了汽機調(diào)門動作對壓力響應快的特點，因此能很好地控制機組壓力，但由于鍋爐的燃燒特性比較慢，因此對負荷的響應比較慢，為提高鍋爐的響應性，將機組指令以前饋和反饋的方式作用到鍋爐控制，以加大前饋量的方式提高鍋爐對負荷的響應性。
鍋爐協(xié)調(diào)主要考慮風、水、煤的協(xié)調(diào)，以直接能量平衡信號（P1*Ps/Pt）作為燃料指令信號。送風控制跟隨負荷指令，同時用氧量進行修正，引風控制爐膛負壓，給水控制汽包水位。
汽包水位的控制有單、三沖量兩種控制方式。在低負荷時（負荷小于30%）采用單沖量方式，控制給水調(diào)節(jié)閥。在高負荷時采用三沖量控制方式，汽包水位作為動態(tài)修正信號，維持給水流量與主汽流量的平衡，保證汽包水位的穩(wěn)定。
給水控制具有控給水閥和汽動給水泵兩種方式。當投運給水閥控制時，汽動給水泵在手動控制方式，不能投自動。當投運汽動給水泵時，給水閥在手動控制方式。
燃燒控制以P1*Ps/Pt作為燃料的指令信號，熱量信號（P1+dPd/dt）作為燃料的反饋信號。從而控制主汽壓力。
送風控制主要控制爐膛氧量，保證鍋爐的穩(wěn)定經(jīng)濟燃燒。系統(tǒng)中將負荷指令作為送風控制系統(tǒng)的指令，氧量作為修正，同時考慮風煤指令的交叉聯(lián)鎖，升負荷時先加風，減負荷時先減煤。
在送風機跳閘發(fā)生RUNBACK時，協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)關跳閘送風機的動調(diào)，同時自動開運行送風機的動調(diào)。
引風機控制系統(tǒng)控制爐膛負壓。以爐膛負壓作為主控信號，同時接受送風機動調(diào)指令的前饋信號，當送風機系統(tǒng)調(diào)節(jié)時，引風機動調(diào)跟隨動作。穩(wěn)定爐膛負壓。引風機控制系統(tǒng)具有方向閉鎖的控制功能，在爐膛壓力高時，閉鎖減。在爐膛壓力低時，閉鎖加。
當引風機跳閘發(fā)生RUNBACK時，協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)關跳閘風機動調(diào)，同時自動開運行風機的動調(diào)。
（2）協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的聯(lián)鎖保護與控制保護：
.聯(lián)鎖保護：協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)在機組運行中，實時監(jiān)視機組輔機的處理能力，以確保機組輔機出力受限制的情況下，實行最高負荷和最低負荷限制，實現(xiàn)機組的能量平衡?？刂葡到y(tǒng)實時監(jiān)視以下設備的運行情況，實行方向閉鎖：
1）給粉機控制指令達上限或下限
2）送風機控制指令達上限或下限
3）機組負荷達到控制系統(tǒng)允許的上限或下限
4）風量小于煤量
5）爐膛負壓達上限或下限
.鍋爐輔機設備故障快速甩負荷：在下列輔機設備故障時，協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)快速甩負荷：
1）一臺送風機在運行中跳閘
2）一臺引風機在運行中跳閘
3）一臺空預器在運行中跳閘
4）兩臺汽泵運行中一臺跳閘且電泵在2秒內(nèi)沒有聯(lián)動上來。
5）一臺汽泵和電泵運行中一臺跳閘
6）三臺爐水泵有兩臺在運行中跳閘
7）二臺排粉機跳閘
在機組執(zhí)行RUNBACK時，協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)以與RUNBACK要求相應的負荷變化率減負荷，減到相應的機組負荷值。系統(tǒng)自動切換到機跟爐方式。同時切除丁排粉機，并投油助燃。
（3） 一次調(diào)頻控制
一次調(diào)頻控制方式有三種，1、當CCS系統(tǒng)解列，DEH中的功率回路投入控制，一次調(diào)頻回路投入，負荷在閉環(huán)控制；2、當CCS系統(tǒng)爐跟機方式，DEH中的功率回路解列，一次調(diào)頻回路不投入，DEH開環(huán)控制，由CCS獨立完成一次調(diào)頻功能；3、當CCS系統(tǒng)爐跟機方式，DEH中的功率回路解列，一次調(diào)頻回路投入，DEH開環(huán)控制，由CCS和DEH共同完成一次調(diào)頻功能。
一次調(diào)頻控制第一種方式是必須具備的，第二種方式能夠保證機組安全穩(wěn)定地使機組響應電網(wǎng)周波的變化，風、煤、水和汽機調(diào)門能夠協(xié)調(diào)工作，第三種方式是當電網(wǎng)周波變化超過死區(qū)時，通過DEH將汽機調(diào)門直接開啟或關閉，使機組功率迅速變化，同時CCS利用與DEH同一根頻差與負荷的變化曲線，使風、水、煤響應調(diào)頻造成的負荷變化。
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