火力發(fā)電廠化學水處理DCS 控制系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)?

張 凱 劉敏層

（西安建筑科技大學信息與控制工程學院 西安 710055）

1 引言

在發(fā)電機組中［1］，水、汽起著電力生產(chǎn)能量傳遞介質(zhì)的作用，是火電機組能量傳輸?shù)摹把骸?，在電力生產(chǎn)過程中起著十分重要的作用?；瘜W水處理的主要任務是為了保證鍋爐的給水品質(zhì)。給水品質(zhì)好壞直接關系到火電機組的可靠高效、安全性能及鍋爐、汽機等設備的使用壽命［2］。所以，對火電機組水處理控制系統(tǒng)的應用研究就顯得意義重大。

2 項目概況

本課題來源于江蘇沙洲電廠二期百萬機組“上大壓下”擴建工程，該電廠化學水處理系統(tǒng)主要負責#3、#4 百萬機組的生產(chǎn)用水和生活用水等?；瘜W水處理系統(tǒng)包括加藥系統(tǒng)、凈水站、綜合水泵房系統(tǒng)、鍋爐補給水系統(tǒng)、循環(huán)水系統(tǒng)、中水系統(tǒng)、污水處理系統(tǒng)和凝結水精處理系統(tǒng)?；瘜W水處理系統(tǒng)如圖1 所示。

3 化學水處理系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)

本節(jié)將以化學水處理系統(tǒng)中的子系統(tǒng)凝結水精處理系統(tǒng)重點闡述具體的工程設計與實現(xiàn)［3］。

凝結水經(jīng)前置過濾器、高速混床處理后到低壓加熱器，前置過濾器兩套，混床四套（三用一備），可根據(jù)過濾器和混床投運情況調(diào)節(jié)相應旁路閥開度［4］?；齑矘渲Ш笙劝鸦齑餐＿\，再把失效樹脂輸送到分離罐，在分離罐中進行陰、陽樹脂的分離，分離完成后把陰樹脂輸送到陰再生罐，陽樹脂輸送到陽再生罐，分別進行陰、陽樹脂的再生，再生完成后，把陰罐的樹脂輸送到陽罐，進行樹脂的混合漂洗，完成后觀察樹脂的混合情況，如果再生失敗，需要將樹脂重新輸送到分離罐內(nèi)，再次進行樹脂的分離再生工藝［5］。流程如圖2所示。

圖1 化學水處理系統(tǒng)

圖2 凝結水精處理工藝流程

4 網(wǎng)絡架構

1）DCS網(wǎng)絡架構

DCS 采用三級控制系統(tǒng)［6］，即過程管理級、過程控制Ⅰ級和過程控制Ⅱ級。過程管理級由工程師站、操作員站和打印機組成，其作用是完成整個生產(chǎn)過程的監(jiān)控、操作和控制［7］。過程控制Ⅰ級作用是負責處理數(shù)據(jù)，接收來自上位機的操作命令向過程控制Ⅱ級輸出信號完成控制功能。過程控制Ⅱ級是現(xiàn)場設備層，任務是完成現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集和操作命令的執(zhí)行［8］。

圖3 網(wǎng)絡架構

2）FF總線網(wǎng)段連接方式

在艾默生過程控制有限公司的Ovation 分布式控制系統(tǒng)中，F(xiàn)F-H1 總線網(wǎng)段通過FF 接口模塊與DCS 控制器連接，每個FF 模塊可接兩個FF-H1 總線網(wǎng)段，F(xiàn)F 模塊下接電源調(diào)節(jié)器，通過電源調(diào)節(jié)器連接到現(xiàn)場的接線盒內(nèi)，F(xiàn)F-H1總線網(wǎng)段的主干線上可串接多個接線盒，串接的最后一個接線盒要連接FF 終端器，采用樹型結構連接到現(xiàn)場總線儀表［9～10］，如圖4所示。

圖4 FF網(wǎng)絡架構

3）Profibus-DP總線網(wǎng)段連接方式

在Profibus-DP 總線網(wǎng)段通過DP 接口模塊與DCS 控制器相連，每個DP 模塊可接兩個Profibus-DP 總線網(wǎng)段，Profibus-DP 總線網(wǎng)段通過DB9連接器與DP 模塊相連，然后采用總線型網(wǎng)絡拓撲結構連接現(xiàn)場總線設備，遠距離傳輸可通過光電轉換器接至就地總線箱，然后采用總線型網(wǎng)絡拓撲結構連接現(xiàn)場總線設備，Profibus-DP 總線網(wǎng)段的最后一個現(xiàn)場總線設備要接到有源終端電阻上［11～13］，如圖5所示。

圖5 Profibus-DP網(wǎng)絡架構

4）硬件I/O配置方式

凝結水精處理工程項目設計范圍包括前置過濾器系統(tǒng)、混床系統(tǒng)、再生系統(tǒng)等。配置3 對冗余控制器［14］。設計時考慮到每個工藝段I/O卡件的備用點數(shù)，對I/O 硬點進行分布，選用16 點型開關量輸入輸出卡件，選用8 點型模擬量、熱電阻輸入卡件，選用8 點型模擬量輸出卡件，每對控制器所控制的總I/O 硬件點數(shù)不超過400 點?，F(xiàn)場設備分為總線設備和常規(guī)設備，常規(guī)設備采用硬接線方式連接到I/O 模塊?，F(xiàn)場的常規(guī)測點包括模擬量輸入、模擬量輸出、數(shù)字量輸入、數(shù)字量輸出［15］。具體統(tǒng)計如表1。

表1 硬件I/O配置表

5）機柜卡件配置

DROP1/DROP51 即表示一對冗余的DCS 控制器，凝結水精處理配備兩個控制機柜?？刂破鳈C柜DROP1 和I/O 擴展柜EXT1-1，每對冗余的控制器可最多擴展16 個本地分支和4 個遠程I/O。8 個本地分支分別為 DROP1 的 A1 到 A4、B1 到 B4、C1 到C5、D1 到 D8，EXT1-1 的 A1 到 A4、B1 到 B4、C1 到C3、D3到D4。每個本地分支可最多配置8個模塊，比如 DROP1 的 A 分支，可最多分配 A1 到 A8 共 8 塊模塊［16］。機柜卡件配置表如表2所示。

表2 機柜卡件配置表

5 軟件設計

1）前置過濾器系統(tǒng)控制要求［17］:精處理前置過濾器系統(tǒng)包含前置過濾器A 系統(tǒng)、前置過濾器B 系統(tǒng)及前置過濾器旁路系統(tǒng)，兩套過濾器可以同時運行，但在同一時間內(nèi)只允許一套進行反洗。當前置過濾器旁路壓差大于120Kpa 時，并且旁路門全開狀態(tài)時，關閉前置過濾器A進、出口門；當前置過濾器A 入口流量大于1200T/h 時，并且旁路門全開狀態(tài)時，關閉前置過濾器A進、出口門；當前置過濾器A 進出口差壓大于120Kpa 時，并且旁路門全開狀態(tài)時，關閉前置過濾器A 進、出口門；前置過濾器A進水門、升壓門、出水門任意一個不在關狀態(tài)時，前置過濾器A反洗進水門、反洗排水門、進氣門、排氣門不允許開；前置過濾器A 反洗進水門、反洗排水門、進氣門、排氣門任意一個不在關狀態(tài)時，前置過濾器A 進水門、升壓門、出水門不允許開。前置過濾器解列步序程序如圖6所示。

圖6 前置過濾器解列步序啟動

2）前置過濾器旁路［18］。當兩套前置過濾器都運行時，旁路門關閉；當只有一套過濾器運行時，旁路門開50%；當兩套均不運行時，旁路門開100%。當系統(tǒng)入口母管壓力大于4.5Mpa 時，旁路門開100%；當系統(tǒng)入口母管溫度大于70℃時，旁路門開100%；當前置過濾器旁路壓差大于120Kpa 時，旁路門開100%；當前置過濾器入口流量大于1200T/h時，旁路門開100%；當前置過濾器進出口差壓大于120Kpa 時，旁路門開100%。前置過濾器旁路門開度邏輯如圖7和圖8所示。

圖7 前置過濾器旁路門開度邏輯

圖8 前置過濾器旁路門開PID調(diào)節(jié)邏輯

3）通過凝結水精處理流程監(jiān)控界面，能夠反映整個控制系統(tǒng)的設備、管道、閥門的連接情況和運行狀態(tài)，使操作員能直觀、方便地操作控制現(xiàn)場沒備。系統(tǒng)運行時，監(jiān)控畫面顯示當前的設備運行狀態(tài)［19～20］。人機監(jiān)控界面如圖9所示。

6 結語

基于上海西屋過程控制公司的Ovation DCS 系統(tǒng)和現(xiàn)場總線FF-H1和Profibus-DP標準設計的化學水控制系統(tǒng)，利用DCS強大的過程控制功能以及結合Ovation Developer Studio 組態(tài)軟件實現(xiàn)了人機交互靈活、可靠的使用優(yōu)點，使熱工運行人員可以直接通過人機界面來監(jiān)控系統(tǒng)的運行，簡化操作流程，實現(xiàn)對設備的遠程監(jiān)控。該系統(tǒng)已在張家港沙洲電廠成功投產(chǎn)，目前運行狀況良好。