水泥廠配套孤島電廠PCS設(shè)計(jì)綜述

劉云飛 楊勇偉

1 中材建設(shè)有限公司（100176） 2 河南建筑材料研究設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司（450002）

水泥廠配套孤島電廠PCS設(shè)計(jì)綜述

劉云飛1楊勇偉2

1 中材建設(shè)有限公司（100176） 2 河南建筑材料研究設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司（450002）

敘利亞是一個(gè)電力缺乏的國(guó)家，其中許多大型工業(yè)項(xiàng)目往往為解決項(xiàng)目的用電，業(yè)主建設(shè)自備電廠，采用孤島運(yùn)行的方式。這里介紹了我公司承建的UCG水泥項(xiàng)目孤島燃煤電廠的PCS控制功能，及孤島燃煤電廠PCS設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮的可靠性基本措施。

孤島電廠；PCS；控制功能

0 概述

水泥廠孤島電廠采用西門子PCS7控制系統(tǒng)，系統(tǒng)具有獨(dú)特的開放式平臺(tái)，采用了統(tǒng)一的軟件開發(fā)環(huán)境，在控制層和操作層實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一的變量管理，大大節(jié)省程序員建構(gòu)變量的時(shí)間；使用工藝分級(jí)（TH）配置，使用戶可以按照自身工藝流程進(jìn)行組態(tài)分級(jí)，如系統(tǒng)級(jí)（車間）、子系統(tǒng)級(jí)（工段）、設(shè)備級(jí)、儀表級(jí)等。其功能包括:數(shù)據(jù)采集及處理系統(tǒng)（DAS）、模擬量控制系統(tǒng)（MCS）、順序控制系統(tǒng)（SCS）、緊急事件順序記錄（SOE）等。PCS留有與MIS系統(tǒng)的通訊接口，且緊急停車系統(tǒng)ETS由PCS實(shí)現(xiàn)，完成整個(gè)孤島電廠自動(dòng)化生產(chǎn)控制。

1 孤島電廠PCS7控制功能

機(jī)爐及其輔助系統(tǒng)的熱工監(jiān)控設(shè)備，采用過(guò)程控制系統(tǒng)（PCS），運(yùn)行人員通過(guò)操作員站實(shí)現(xiàn)對(duì)鍋爐、汽輪機(jī)、除氧給水、減壓減溫器等系統(tǒng)或設(shè)備的啟動(dòng)、停止、正常運(yùn)行及故障等各種工況下的監(jiān)視控制功能，全廠的鍋爐系統(tǒng)、除灰除渣系統(tǒng)、汽機(jī)系統(tǒng)、除氧給水系統(tǒng)、油泵房系統(tǒng)、空壓站等均由PCS控制。

1.1 數(shù)據(jù)采集及處理功能（DAS）

各種參數(shù)或設(shè)備狀態(tài)的巡回檢測(cè)及數(shù)據(jù)處理；輸入信號(hào)的正確性判斷、數(shù)字濾波、非線性校正、參數(shù)補(bǔ)償、故障檢查及單位變換處理；各種系統(tǒng)的介質(zhì)參數(shù)，設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的圖形顯示，包括模擬圖、棒形圖、曲線圖、趨勢(shì)圖、一覽表等；各種參數(shù)或設(shè)備工作異常時(shí)的報(bào)警顯示；各種工況下的記錄（包括班報(bào)、日?qǐng)?bào)、月報(bào)及主機(jī)事故時(shí)首次跳閘記錄、事件順序記錄等）；脈沖量累計(jì)；參數(shù)計(jì)算，包括和、差、平均、最高、最低、累計(jì)、變化率、熱焓等。

1.2 模擬量控制系統(tǒng)（MCS）

每套機(jī)組及其相應(yīng)系統(tǒng)設(shè)置:鍋爐熱負(fù)荷自動(dòng)調(diào)節(jié)、燃燒風(fēng)量自動(dòng)調(diào)節(jié)、爐膛溫度自動(dòng)調(diào)節(jié)、爐膛壓力自動(dòng)調(diào)節(jié)、鍋爐汽包水位自動(dòng)調(diào)節(jié)、鍋爐主蒸汽溫度自動(dòng)調(diào)節(jié)、除氧器壓力調(diào)節(jié)、除氧器水位調(diào)節(jié)、減壓減溫器壓力溫度調(diào)節(jié)等20多個(gè)閉環(huán)調(diào)節(jié)回路，以便維持其有關(guān)參數(shù)為給定值，確保機(jī)爐安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

1.3 順序控制系統(tǒng)(SCS)

順序控制系統(tǒng)作為PCS的一部分，完成爐、機(jī)、電及其輔機(jī)的啟停順序控制。對(duì)于運(yùn)行中經(jīng)常操作及啟動(dòng)過(guò)程和事故處理需要及時(shí)操作的輔機(jī)、閥門及擋板，通過(guò)順序控制系統(tǒng)SCS實(shí)現(xiàn)。本工程僅設(shè)子組級(jí)控制，SCS系統(tǒng)主要包括以下子組:

鍋爐子組:送風(fēng)機(jī)子組項(xiàng)、引風(fēng)機(jī)子組項(xiàng)、上料系統(tǒng)子組項(xiàng)、冷渣系統(tǒng)子組項(xiàng)、吹灰系統(tǒng)子組項(xiàng)等。

汽機(jī)子組:汽機(jī)油系統(tǒng)子組項(xiàng)、空冷器系統(tǒng)子項(xiàng)組、汽封系統(tǒng)子組項(xiàng)、高加子組項(xiàng)、低加子組項(xiàng)、減溫減壓器子項(xiàng)組等。

另外,孤島電廠用自身電系統(tǒng)6 kV開關(guān)柜及400 V PC柜與PCS采用硬接線方式連接,信號(hào)包括啟動(dòng)停指令、跳閘指令、運(yùn)行狀態(tài)、跳閘狀態(tài)、M/A狀態(tài)、故障狀態(tài)、電源消失、電流信號(hào)等。廠用電系統(tǒng)開關(guān)的控制與PCS的接口同樣為硬接線方式。每個(gè)順序控制功能組,可根據(jù)運(yùn)行人員指令在順控進(jìn)行中修改、跳躍或中斷。運(yùn)行人員可按照功能組啟停，也可以單臺(tái)設(shè)備在鍵盤、LCD軟手操，且具有不同層次的操作許可條件，以防誤操作。

1.4 緊急事件順序記錄（SOE）

鍋爐鼓風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)、給水泵關(guān)閉，汽機(jī)主汽門關(guān)閉，抽汽逆止門關(guān)閉，電氣跳閘等事件接入SOE模塊。

2 PCS控制系統(tǒng)配置及可靠性基本措施

1）系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)配置。

系統(tǒng)采用西門子公司性能非?？煽康腃PU417－4H和CPU414－4H作為中央控制器，冗余配置，雙CPU之間通過(guò)光纖環(huán)網(wǎng)進(jìn)行通訊，電源同樣采用冗余配置。系統(tǒng)的各個(gè)分布式控制站采用IM153－2的冗余配置，每對(duì)IM153－2最多可以接8個(gè)I／O模塊，雙IM153－2之間有主／從的關(guān)系，從屬于CPU管理。中央控制站（主／從CPU）與分布式控制站之間通過(guò)ProfiBus－DP網(wǎng)進(jìn)行通訊，最大通訊距離可達(dá)23 km。

系統(tǒng)配置1臺(tái)工程師站，3臺(tái)冗余的服務(wù)器和1臺(tái)歸檔服務(wù)器,9臺(tái)操作員站，采用C/S結(jié)構(gòu)，工程師站可以監(jiān)視任何畫面，鍋爐的6臺(tái)操作員站可以監(jiān)控2臺(tái)鍋爐的所有畫面，汽機(jī)和輔機(jī)的3臺(tái)操作員站可以監(jiān)控機(jī)組和輔機(jī)的所有畫面，以備緊急情況時(shí)使用。這在以后的生產(chǎn)中確實(shí)起到了非常重要的作用。1＃和2＃服務(wù)器用于從1＃、2＃爐控制器采集數(shù)據(jù)，歸檔服務(wù)器存檔并響應(yīng)操作員站的數(shù)據(jù)請(qǐng)求及存檔。3#服務(wù)器用于從1＃、2＃機(jī)和輔機(jī)控制器采集數(shù)據(jù)，存檔并響應(yīng)操作員站的數(shù)據(jù)請(qǐng)求及存檔。工程師站直接從各控制器采集數(shù)據(jù)。4臺(tái)服務(wù)器共用1臺(tái)顯示器，方便了技術(shù)人員的日常維護(hù)。中央控制站（主／從CPU）與操作員站之間通過(guò)通訊在該網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)準(zhǔn)配置中作業(yè)。操作層和控制層之間采用光纖網(wǎng)通訊，成本較高，而這里采用了交換機(jī)新型配置結(jié)構(gòu)，大大降低了用戶成本，且系統(tǒng)的通訊速度理想、穩(wěn)定性好，操作員站與工程師站之間通過(guò)100mB的局域網(wǎng)進(jìn)行通訊。

2）PCS控制系統(tǒng)可靠性措施

PCS控制器的負(fù)荷率不大于60%，操作員站CPU負(fù)荷率不大于40%；內(nèi)部存儲(chǔ)器占有容量不大于50%，外部存儲(chǔ)器占有容量不大于40%；I/O點(diǎn)裕量:20%；I/O模件裕量:15%；I/O卡槽空間:10%；系統(tǒng)電源采用冗余配置，其裕量:40%；分散控制系統(tǒng)通訊總線負(fù)荷率應(yīng)在30%～40%,但以太網(wǎng)通訊總線負(fù)荷率應(yīng)不大于20%；系統(tǒng)的通訊總線應(yīng)按1:1的冗余設(shè)置，即2條通訊總線在任何時(shí)候都同時(shí)接受信息。

為保證控制系統(tǒng)的可靠運(yùn)行，PCS的供電、接地、輸入/輸出接線的屏蔽按PCS的要求設(shè)計(jì)。

機(jī)組保護(hù)邏輯回路在獨(dú)立的冗余控制器中完成，保護(hù)信號(hào)不能通過(guò)通訊總線傳輸。

用于停爐、停機(jī)的開關(guān)量信號(hào)和用于重要模擬量調(diào)節(jié)回路的信號(hào)，采用3取2邏輯，3個(gè)信號(hào)接到PCS系統(tǒng)同一機(jī)柜的不同I/O輸入通道。

PCS網(wǎng)絡(luò)采用控制網(wǎng)絡(luò)光纖雙環(huán)網(wǎng)，管理網(wǎng)絡(luò)單環(huán)網(wǎng),經(jīng)交換機(jī)路由器服務(wù)器等連成電廠PCS網(wǎng)絡(luò)，并能與水泥廠通訊。

3 結(jié)語(yǔ)

PCS控制系統(tǒng)作為本項(xiàng)目的電廠生產(chǎn)運(yùn)行的神經(jīng)中樞，其可靠性在電廠生產(chǎn)中顯得尤為重要。

本項(xiàng)目孤島電廠控制系統(tǒng)(PCS)是以SIEMENS-PCS7系統(tǒng)為基礎(chǔ)的冗余的系統(tǒng)配置。并且根據(jù)火電廠工藝特性，將控制系統(tǒng)分成若干獨(dú)立子系統(tǒng)，每個(gè)獨(dú)立子系統(tǒng)又是冗余的處理單元，這些分布式處理單元可根據(jù)功能和地理位置分散布置。這種可靠的PCS的系統(tǒng)配置,使得各子系統(tǒng)分工協(xié)作,系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行可靠無(wú)誤數(shù)據(jù)交換，共享系統(tǒng)資源，實(shí)現(xiàn)集中管理，進(jìn)而保證整個(gè)電廠安全可靠地生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)。