呂四港電廠1號(hào)機(jī)組脫硫DCS系統(tǒng)改造

王雷

【摘 要】近年來(lái)環(huán)保要求越來(lái)越高，對(duì)脫硫系統(tǒng)的穩(wěn)定提出更高要求，特別是脫硫旁路擋板封閉后漿液循環(huán)泵全停作為鍋爐MFT的保護(hù)條件，但目前脫硫PLC控制系統(tǒng)問題較多，特別是電源系統(tǒng)問題、通訊問題和歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等問題較為突出。本文通過(guò)介紹呂四港電廠1號(hào)機(jī)組脫硫DCS改造的情況，對(duì)改造前PLC控制系統(tǒng)存在的問題進(jìn)行分析，論述改造方案的優(yōu)缺點(diǎn)，改造中出現(xiàn)的問題及解決方法。

【關(guān)鍵詞】火電廠；脫硫；DCS改造

【Abstract】Requirements of environmental protection in recent years，more and more high，the stability of desulfurization system put forward higher requirements，especially the desulfurization slurry circulating pump full stop after the bypass damper closed as a condition of the boiler MFT protection，but at present many problems of desulfurization PLC control system，especially the power supply system，communication problems and historical data storage and other issues.In this paper，by introducing the lusi port power plant unit 1 desulfurization DCS transformation，before to transform the problem of the PLC control system analysis，discusses the advantages and disadvantages of retrofit scheme，the reform in the light of problems and solutions.

【Key words】Heat-engine plant；Desulfurization；Transformation of DCS

0 引言

脫硫系統(tǒng)是作為火力發(fā)電廠外圍設(shè)備進(jìn)行的設(shè)計(jì)與施工的，在投入生產(chǎn)和管理之后，國(guó)家不斷提出更高的減排標(biāo)準(zhǔn)和要求，其中主要包括：旁路擋板鉛封、旁路煙道拆除、近零排放改造等，脫硫系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行已經(jīng)等同甚至高于機(jī)組。在此過(guò)程中，脫硫控制PLC控制系統(tǒng)的缺陷和弊端逐漸暴露，已經(jīng)危及的機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行和環(huán)保工作管理。

1 原PLC控制系統(tǒng)的基本情況

呂四港電廠脫硫控制系統(tǒng)采用施耐德昆騰67160PLC以實(shí)現(xiàn)控制功能。整個(gè)系統(tǒng)分為七個(gè)子系統(tǒng)，包括1號(hào)脫硫控制系統(tǒng)（FGD1）、2號(hào)脫硫控制系統(tǒng)（FGD2）、3號(hào)脫硫控制系統(tǒng)（FGD3）、4號(hào)脫硫控制系統(tǒng)（FGD4）、脫硫公用制漿系統(tǒng)（COM12）、脫硫公用脫水系統(tǒng)（COM34）、脫硫公用廢水系統(tǒng)（WW）。其中1號(hào)、2號(hào)機(jī)組脫硫，公用的制漿、廢水、石膏脫水控制系統(tǒng)機(jī)柜布置在1、2號(hào)除灰脫硫綜合樓電子設(shè)備間；3號(hào)、4號(hào)機(jī)組脫硫控制系統(tǒng)機(jī)柜布置在3、4號(hào)除灰脫硫綜合樓電子設(shè)備間。脫硫7套PLC子系統(tǒng)均配置了一塊NOE網(wǎng)絡(luò)模塊組成單一以太網(wǎng)，通過(guò)脫硫網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，實(shí)現(xiàn)在輔控網(wǎng)統(tǒng)一操作。

脫硫控制系統(tǒng)的人機(jī)界面、歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等功能采用IFIX軟件實(shí)現(xiàn)，歷史數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)獨(dú)立于PLC控制系統(tǒng)。網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)采用客戶端、服務(wù)器架構(gòu)，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)流向見圖1。

圖1 原PLC控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)圖

2 原PLC控制系統(tǒng)存在的問題

2.1 PLC控制器HALT存在故障

2012年11月20日3號(hào)機(jī)組因控制器HALT故障造成控制器停止運(yùn)行，進(jìn)而導(dǎo)致機(jī)組停運(yùn)，廠家分析為警戒時(shí)鐘溢出，具體原因未查明。

2.2 PLC無(wú)法實(shí)現(xiàn)復(fù)雜運(yùn)算及節(jié)能降耗等高級(jí)功能

PLC是由繼電器邏輯發(fā)展而來(lái)，雖然能夠?qū)崿F(xiàn)部份模擬量的計(jì)算和控制，但是不能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜算法，不能實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗等優(yōu)化高級(jí)功能。并且PLC本身無(wú)歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，數(shù)據(jù)未做到全局統(tǒng)一管理，容易出現(xiàn)變量名沖突，數(shù)據(jù)不同步等問題；邏輯分析需在線進(jìn)行，存在安全隱患。

2.3 脫硫控制系統(tǒng)妨礙設(shè)備異常處理與分析

脫硫控制系統(tǒng)歷史記錄不全，歷史曲線不方便調(diào)閱。報(bào)警信息少。系統(tǒng)運(yùn)行狀況、CPU運(yùn)行狀況、硬件信息等系統(tǒng)日志不全，不方便維護(hù)，且給設(shè)備異常處理與分析造成障礙。

2.4 PLC系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)不穩(wěn)定造成操作員畫面數(shù)據(jù)丟失

1號(hào)機(jī)組脫硫系統(tǒng)在生產(chǎn)過(guò)程中經(jīng)常出現(xiàn)操作員畫面數(shù)據(jù)丟失現(xiàn)象，經(jīng)過(guò)分析是由于PLC系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)不穩(wěn)定而造成的。操作員站的正常運(yùn)行要依托于SCADA服務(wù)器的正常運(yùn)行，如果服務(wù)器出現(xiàn)問題會(huì)導(dǎo)致操作員站全部癱瘓。

3 DCS改造的目標(biāo)

新的DCS系統(tǒng)與PLC系統(tǒng)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)：FGD控制功能與老系統(tǒng)一致，并完善了報(bào)警及歷史查詢功能；脫硫控制系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性提高；可靠的冗余電源，系統(tǒng)卡件供電電源冗余；獨(dú)立的操作員站，不依托于SCADA服務(wù)器可獨(dú)立運(yùn)行，安全性高；穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)通訊，保證數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定。

4 DCS改造方案的內(nèi)容

1號(hào)機(jī)組脫硫DCS改造采用OVATION分散控制系統(tǒng)。作為當(dāng)代最先進(jìn)的DCS系統(tǒng)之一，它提供了可靠、完整的過(guò)程控制，具有強(qiáng)大的過(guò)程控制策略。此外ovation分散控制系統(tǒng)還具有強(qiáng)大的歷史功能，保證用戶對(duì)過(guò)程數(shù)據(jù)、報(bào)警、SOE、操作等所有信息進(jìn)行查詢和檢索。

4.1 DCS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

OVATION系統(tǒng)的重要特點(diǎn)之一是具有一套完整、可靠、開放的通訊系統(tǒng)。通訊設(shè)備采用市場(chǎng)上通用的CISCO公司的快速以太網(wǎng)交換機(jī)，艾默生過(guò)程控制有限公司的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)克服了服務(wù)器/客戶機(jī)這種主從依賴關(guān)系的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，采用的是單層的，點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的對(duì)等結(jié)構(gòu)的冗余的100Mbps的一體化的快速以太網(wǎng)，系統(tǒng)中不需要任何網(wǎng)關(guān)。同時(shí)OVATION系統(tǒng)采用的是ORACLE全嵌入式、分散形的關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)，系統(tǒng)能將數(shù)據(jù)管理分散嵌入到網(wǎng)絡(luò)上的對(duì)應(yīng)的站點(diǎn)中，任何站點(diǎn)的工作均不需要彼此依賴。使得系統(tǒng)在數(shù)據(jù)管理上真正做到了徹底地分散。改造后的系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)見圖2。

4.2 DCS系統(tǒng)改造硬件配置

4.2.1 過(guò)程控制單元DPU

過(guò)程控制單元是DCS電廠控制的核心，具有重要的作用。實(shí)現(xiàn)DCS保護(hù)，模擬調(diào)節(jié)，順序控制，數(shù)據(jù)采集等與工藝過(guò)程和設(shè)備直接相關(guān)的功能。

過(guò)程控制單元DPU中的主要部件包括：

1）過(guò)程控制器

《火電廠熱控系統(tǒng)可靠性配置和事故預(yù)控》中對(duì)控制器的配置有如下要求：

（1）單元機(jī)組分散控制系統(tǒng)控制器應(yīng)采用冗余配置，其對(duì)數(shù)應(yīng)嚴(yán)格遵循機(jī)組重要保護(hù)和控制分開的獨(dú)立性原則配置，不應(yīng)以控制器能力提高為理由，減少控制器的配置數(shù)量，從而降低系統(tǒng)配置的分散度。

（2）為防止一對(duì)控制器故障導(dǎo)致機(jī)組被迫停運(yùn)事件的發(fā)生，重要的并列或主/備運(yùn)行的輔機(jī)（輔助）設(shè)備控制應(yīng)分別配置在不同的控制器中。

根據(jù)以上要求，1號(hào)機(jī)組脫硫DCS系統(tǒng)需配置兩對(duì)冗余控制器?？刂破鲗⒉贾迷陔娮釉O(shè)備間，通過(guò)交換機(jī)等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備與位于中控室的人機(jī)接口站進(jìn)行通訊。與控制機(jī)柜布置在一起的有DCS電源分配柜和交換機(jī)柜。交換機(jī)柜則為控制器和人機(jī)接口MMI提供通訊工具。

2）I/O模件配置

根據(jù)用量和裕量15%的要求，配置相關(guān)的I/O模件。具體I/O模件配置及數(shù)量見表1。

3）電源系統(tǒng)及接地

DCS系統(tǒng)配置1面電源分配柜用于脫硫DCS系統(tǒng)設(shè)備的供電。電源分配柜布置于相應(yīng)的電子設(shè)備間，用于分配用戶提供的兩路交流220VAC電源。通過(guò)其內(nèi)部的分配、保護(hù)、開關(guān)回路將它們分配給所有的DCS設(shè)備：其中每個(gè)過(guò)程控制單元DPU接受相應(yīng)側(cè)電源分配柜來(lái)的兩路交流電源，其內(nèi)部的模件化電源以冗余的方式為柜內(nèi)的所有模件及相應(yīng)的現(xiàn)場(chǎng)變送器供電。正常工作時(shí)，每一個(gè)模件柜的二路電源同時(shí)工作，各帶50%負(fù)荷，當(dāng)一路電源故障后，另一路電源自動(dòng)帶100%負(fù)荷。

機(jī)柜已配有信號(hào)地和安全地接地銅排，采用信號(hào)地和安全地分開連結(jié)方式，最終以單點(diǎn)接地方式接入用戶提供的接地網(wǎng)。

4.2.2 控制室/工程師室設(shè)備

新增控制室/工程師室設(shè)備：2臺(tái)操作員站：布置于集控室；1臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器/工程師站：布置于脫硫DCS工程師室；2臺(tái)歷史站：采用冗余歷史站配置，布置于脫硫DCS工程師室；1臺(tái)OPC站：布置于1號(hào)機(jī)組DCS工程師室。

4.2.3 網(wǎng)絡(luò)通訊系統(tǒng)

1號(hào)機(jī)組脫硫DCS系統(tǒng)配置1面電網(wǎng)絡(luò)柜，用于布置網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)。1號(hào)機(jī)組脫硫DCS系統(tǒng)配置1對(duì)冗余交換機(jī)，采用單層的、點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的對(duì)等結(jié)構(gòu)的冗余的100Mbps的一體化的快速以太網(wǎng)，系統(tǒng)中不需要任何網(wǎng)關(guān)。該網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)用于單元脫硫系控制器，操作員站，工程師站等的通訊。

5 DCS改造方案的實(shí)施

在1號(hào)機(jī)組超低排放改造期間，工作人員進(jìn)行了1號(hào)機(jī)組脫硫DCS系統(tǒng)的改造工作，涉及到的設(shè)備包括：原PLC系統(tǒng)設(shè)備、DCS系統(tǒng)設(shè)備、電源系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)、工程師站、操作員站等。

5.1 舊系統(tǒng)拆除

在布置完停機(jī)運(yùn)行措施后開始拆除電子間涉及改造的機(jī)柜、電纜及舊的計(jì)算機(jī)柜。

拆除電纜時(shí)，根據(jù)圖紙和電纜標(biāo)識(shí)牌，進(jìn)行分類拆除，在線芯剪斷處用自粘膠帶將膠頭號(hào)纏好；拆除舊計(jì)算機(jī)柜時(shí)，將原系統(tǒng)的盤間聯(lián)絡(luò)電纜抽出，并運(yùn)到指定存放位置。

5.2 新系統(tǒng)安裝

根據(jù)轉(zhuǎn)接柜圖紙，將已拆下的電纜連接至新的中間端子柜。

根據(jù)轉(zhuǎn)接柜圖紙和停機(jī)前所做的電纜標(biāo)識(shí)（不同的系統(tǒng)，標(biāo)識(shí)的顏色不同），將電纜穿到相應(yīng)的轉(zhuǎn)接柜。

5.3 系統(tǒng)上電

OVATION各機(jī)柜就位并固定良好；機(jī)柜與底座之間絕緣良好；網(wǎng)絡(luò)總線及交換機(jī)等檢修測(cè)試完畢，接地線安裝完畢并驗(yàn)收合格。各控制器（站）的數(shù)據(jù)總線連接完畢，接線正確，復(fù)核無(wú)誤。各控制器、操作員站、歷史站、OPC站、打印機(jī)等硬件設(shè)備安裝就位完畢，電源接線正確，電纜絕緣良好。

5.4 控制器檢查

控制器檢查內(nèi)容包括：卡件是否插到位；電源風(fēng)扇是否插好。

5.5 分支檢查

分支檢查內(nèi)容主要包括：各分支的BASE板是否有松動(dòng)；所有的BASE連接是否完好，有無(wú)松動(dòng)現(xiàn)象；每個(gè)分支的終端器是否固定；連接控制器與卡件的黑色通訊電纜，確認(rèn)固定螺絲是否固定；上電后，每個(gè)分支的BASE的24V輔電是否正常；連接卡件到繼電器柜的電纜是否連接、固定。

5.6 組態(tài)、畫面整理

重新整理點(diǎn)目錄，將點(diǎn)目錄按照控制器節(jié)點(diǎn)號(hào)的順序重新排布，檢查點(diǎn)目錄是否有重復(fù)或者錯(cuò)誤的情況，將重復(fù)的點(diǎn)刪除，將錯(cuò)誤的點(diǎn)更正。

本項(xiàng)目采用WINDOWS操作平臺(tái)，并將為本項(xiàng)目提供最新的OVATION 3.5軟件，將重新整理后的點(diǎn)目錄在服務(wù)器內(nèi)進(jìn)行設(shè)置輸入。

根據(jù)原系統(tǒng)的邏輯組態(tài)，制定邏輯說(shuō)明，并按照該邏輯說(shuō)明在服務(wù)器進(jìn)行組態(tài)。

5.7 DCS系統(tǒng)的調(diào)試

超低排放改造完成后，對(duì)脫硫系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一調(diào)試，調(diào)試過(guò)程中對(duì)點(diǎn)目錄、報(bào)警信息、操作功能、歷史趨勢(shì)等進(jìn)行了再次確認(rèn)，保證系統(tǒng)改造圓滿完成。

6 展望

本次1號(hào)機(jī)組脫硫改造采用了最先進(jìn)的DCS設(shè)備，設(shè)備的安全性和可靠性大大提高，為機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行提供了有力保證，同時(shí)有效降低了環(huán)保管理風(fēng)險(xiǎn)，可為同類型火電廠DCS系統(tǒng)改造提供借鑒經(jīng)驗(yàn)。

【參考文獻(xiàn)】

[1]趙瑞輝.電廠DCS網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].保定：華北電力大學(xué)控制科學(xué)與工程系，2013.

[2]宋翔.華潤(rùn)彭城電廠DCS系統(tǒng)的改造與應(yīng)用[D].西安：西安科技大學(xué)控制工程系，2013.

[3]楊海云，喬澤慧.電廠DCS系統(tǒng)應(yīng)用分析[J].中國(guó)新技術(shù)新產(chǎn)品，2011（18）：112.

[4]溫文，趙作明，王俊峰. 脫硫DCS改造提高電廠環(huán)保設(shè)備自動(dòng)化水平[J].科技視界，2014（15）：262，298.

[責(zé)任編輯：田吉捷]