基于Webfield ECS-700系統(tǒng)的大集控模式設(shè)計(jì)與應(yīng)用研究

王兆虎

（福建省福能晉南熱電有限公司，福建 晉江 362246）

目前，國(guó)產(chǎn)DCS系統(tǒng)的技術(shù)日漸成熟，已廣泛應(yīng)用在火力發(fā)電機(jī)組中，其中包括很多大容量、高參數(shù)的超臨界、超超臨界機(jī)組。隨著性能已可媲美甚至超越進(jìn)口產(chǎn)品，而且價(jià)格大幅降低，國(guó)產(chǎn)DCS系統(tǒng)展示出超高的性?xún)r(jià)比，基于國(guó)產(chǎn)DCS系統(tǒng)的全廠主輔一體化大集控模式成為可能。由于采用主輔一體化的大集控模式可以增強(qiáng)設(shè)備的可靠性和經(jīng)濟(jì)性，減少日常維護(hù)成本，還可以提升企業(yè)的管理水平，達(dá)到減員增效的目的，所以采用此方案顯得可行且必要。在某熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組的工程建設(shè)中，便采用了基于浙江中控Webfield ECS-700系統(tǒng)的全廠主輔一體化大集控方案。

1 某熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組概況

某熱電廠一期工程建設(shè)3×300t/h高溫超高壓循環(huán)流化床鍋爐機(jī)組（2運(yùn)1備）+2×30MW高溫超高壓抽汽背壓式供熱機(jī)組。采用機(jī)、爐、電集中控制方式，三爐兩機(jī)合用一個(gè)集中控制室，主廠房及輔助車(chē)間均采用 DCS控制。1#汽機(jī)、1#鍋爐、主機(jī)公用系統(tǒng)合用一個(gè)電子設(shè)備間，2#汽機(jī)、2#鍋爐、3#鍋爐合用一個(gè)電子設(shè)備間，兩個(gè)電子設(shè)備間均布置在汽機(jī)房運(yùn)轉(zhuǎn)層，分列集控室兩側(cè)。輔助車(chē)間就地分別設(shè)置水處理、除灰、輸煤、脫硫四個(gè)監(jiān)控點(diǎn)。其中水處理、除灰、脫硫三個(gè)監(jiān)控點(diǎn)平時(shí)均無(wú)人值守，輸煤系統(tǒng)因覆蓋區(qū)域較廣、路線較長(zhǎng)，設(shè)有專(zhuān)人值守監(jiān)控。主廠房和輔助車(chē)間的系統(tǒng)設(shè)備均可以由主廠房集控室監(jiān)視和操作。

2 大集控設(shè)計(jì)方案介紹

2.1 全廠DCS控制系統(tǒng)簡(jiǎn)介

全廠DCS控制系統(tǒng)采用浙江中控技術(shù)股份有限公司的Webfield ECS-700分散控制系統(tǒng)，共計(jì)38對(duì)DPU。根據(jù)電廠生產(chǎn)工藝要求，該系統(tǒng)在硬件及軟件分配上按汽機(jī)順序控制系統(tǒng)（SCS）、汽機(jī)電液控制系統(tǒng)（DEH）、汽機(jī)緊急跳閘系統(tǒng)（ETS）、鍋爐順序控制系統(tǒng)（SCS）、爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)（FSSS）、發(fā)電機(jī)-變壓器組（ECS）、模擬量控制系統(tǒng)（MCS）等功能來(lái)設(shè)立子系統(tǒng)。除氧給水系統(tǒng)、閉式水系統(tǒng)、供熱公用系統(tǒng)、除渣公用系統(tǒng)直接納入機(jī)組公用DCS系統(tǒng)。

結(jié)合輔助車(chē)間實(shí)際情況,把單元制的蒸汽吹灰系統(tǒng)、SNCR+SCR脫硝系統(tǒng)、FGD脫硫系統(tǒng)、化學(xué)加藥系統(tǒng)、汽水取樣系統(tǒng)等控制納入相應(yīng)的機(jī)組DCS系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。其他的全廠公用輔助系統(tǒng),如鍋爐補(bǔ)給水制備系統(tǒng)、凈水站系統(tǒng)、工業(yè)廢水處理系統(tǒng)、尿素溶液制備系統(tǒng)、輸煤系統(tǒng)、脫硫公用系統(tǒng)、燃油泵房、除灰和空壓機(jī)系統(tǒng)等的控制，納入公用DCS系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。輔助系統(tǒng)的DCS機(jī)柜分散布置在輔助車(chē)間的電子設(shè)備間內(nèi)，操作員站設(shè)在集控室內(nèi)。各輔助車(chē)間留有備用的操作

站，為調(diào)試期間和運(yùn)行初期提供便利，并與集控室DCS操作員站互為備用。在輔助車(chē)間逐步正常投運(yùn)后，車(chē)間就地監(jiān)控逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榧厥冶O(jiān)控。由于輸煤系統(tǒng)車(chē)間要求必須有人值班，因此設(shè)有專(zhuān)門(mén)的輸煤控制室，集控室主要完成監(jiān)視功能。

在綜合考慮廠房設(shè)備的地理位置和熱力系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)分布后，為了減少施工量和節(jié)約電纜，結(jié)合部分系統(tǒng)和車(chē)間地理位置分散的實(shí)際情況，采用了DCS遠(yuǎn)程I/O技術(shù)，在被控設(shè)備附近設(shè)置遠(yuǎn)程I/O卡件柜，以達(dá)到減少工程量和節(jié)約電纜的目的。

全廠DCS網(wǎng)絡(luò)采用星型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，設(shè)置7個(gè)相對(duì)獨(dú)立的控制域，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)述如下：

（1）域?yàn)?#機(jī)組控制域：2#、4#、6#站為1#鍋爐系統(tǒng)；8#站為1#脫硝系統(tǒng)；10#、12#、14#站為1#汽機(jī)系統(tǒng)；16#站為1#電氣系統(tǒng)；18#為1#脫硫系統(tǒng)；（2）域?yàn)?#機(jī)組控制域：2#、4#、6#站為2#鍋爐系統(tǒng)；8#站為2#脫硝系統(tǒng)；10#、12#、14#站為2#汽機(jī)系統(tǒng)；16#站為2#電氣系統(tǒng)；18#為2#脫硫系統(tǒng)；（3）域?yàn)?#鍋爐控制域：2#、4#、6#站為3#鍋爐系統(tǒng)；8#站為3#脫硝系統(tǒng)；18#為3#脫硫系統(tǒng)；（4）域?yàn)楣孟到y(tǒng)控制域：2#、4#、6#站為機(jī)組公用和燃油泵房系統(tǒng)；8#站為電氣公用系統(tǒng)；10#、12#為脫硫公用系統(tǒng)；（5）域?yàn)樗到y(tǒng)控制域：2#、4#、6#站為補(bǔ)給水系統(tǒng)，8#站為工業(yè)廢水系統(tǒng)；10#站為凈水、生活污水系統(tǒng)；12#站為尿素制備站；（6）域?yàn)檩斆合到y(tǒng)控制域；（7）域?yàn)槌摇⒖諌簷C(jī)系統(tǒng)控制域。

2.2 全廠集控室布置簡(jiǎn)介

集控室按三爐兩機(jī)的機(jī)、爐、電集中控制方式布置，面積約200m2。主控制臺(tái)呈長(zhǎng)條形，全長(zhǎng)約11.2米，由14個(gè)寬度為800mm的操作臺(tái)組成。三爐兩機(jī)共設(shè)置DCS操作員站8臺(tái)，其中主機(jī)DCS操作站5臺(tái)、DEH操作站2臺(tái)和公用DCS操作站1臺(tái)。另外還有電除塵操作站3臺(tái)、NCS操作站1臺(tái)、五防機(jī)操作站1臺(tái)和CCTV工業(yè)電視操作站1臺(tái)。主控臺(tái)前方的屏幕墻上安裝12塊70寸DLP拼接屏和一塊LED條形數(shù)據(jù)屏。利用主控臺(tái)的14臺(tái)操作員站和屏幕墻的12塊DLP顯示屏，全廠所有系統(tǒng)的監(jiān)控在集控室內(nèi)就可以完成。

2.3 值得注意的問(wèn)題

（1）主機(jī)、脫硫、脫硝等系統(tǒng)的DCS分別屬于不同標(biāo)段，工程設(shè)計(jì)存在交叉，后期投運(yùn)系統(tǒng)的安裝和調(diào)試可能影響前期投運(yùn)系統(tǒng)。（2）系統(tǒng)和設(shè)備調(diào)試過(guò)程中，機(jī)組和各輔助車(chē)間需同時(shí)調(diào)試，時(shí)間緊張，對(duì)工程節(jié)點(diǎn)進(jìn)度可能造成不利影響。（3）DCS系統(tǒng)信號(hào)大量增加可能會(huì)導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)通信負(fù)荷率變大,對(duì)安全運(yùn)行不利，因此，采用主輔控一體化控制要注意網(wǎng)絡(luò)通信負(fù)荷率滿足規(guī)范要求。（4）DCS系統(tǒng)要求配備穩(wěn)定可靠的UPS電源，包括輔助車(chē)間也需要配備,這樣會(huì)額外增加機(jī)組UPS的容量要求。（5）對(duì)運(yùn)行人員的素質(zhì)要求較高，必須是全能值班員，熟悉鍋爐、汽機(jī)、電氣、水處理、除灰、脫硫等各系統(tǒng)的設(shè)備和工藝流程。（6）由于工程設(shè)計(jì)和招標(biāo)的原因，電除塵系統(tǒng)目前未納入DCS控制，由獨(dú)立的PLC控制，后續(xù)建議通過(guò)技改納入DCS系統(tǒng)。

2.4 軟件控制邏輯和策略?xún)?yōu)化

為減少運(yùn)行人員監(jiān)視和操作的勞動(dòng)強(qiáng)度，軟件控制邏輯和策略方面也進(jìn)行了大量?jī)?yōu)化，主要體現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：

（1）總體功能上，將三爐兩機(jī)作為一個(gè)整體進(jìn)行控制，充分利用各自的特性，使機(jī)組快速響應(yīng)外界的熱負(fù)荷和電負(fù)荷的要求，不斷消除運(yùn)行中的各種擾動(dòng)，使運(yùn)行參數(shù)達(dá)到最佳工況，在機(jī)組發(fā)生異常工況時(shí)，能保證各子系統(tǒng)之間相互配合，切換和調(diào)節(jié)到安全狀態(tài)，不致產(chǎn)生嚴(yán)重后果?？刂葡到y(tǒng)設(shè)計(jì)中，發(fā)揮DCS控制系統(tǒng)軟硬件組態(tài)方便、靈活的優(yōu)勢(shì)，積極創(chuàng)造條件應(yīng)用比較豐富和成熟的現(xiàn)代控制策略，如自適應(yīng)控制及前饋控制等，完善調(diào)節(jié)功能，提高調(diào)節(jié)品質(zhì)，并設(shè)置必須的行之有效的聯(lián)鎖保護(hù)功能，并采取一定的可靠性措施，保證今后實(shí)際投用效果。MCS中主要參數(shù)如給水流量、汽溫、煙氣含氧量、爐膛壓力信號(hào)等的變送器、傳感器做三重或雙重冗余配置。

（2）大量采用順控程序，水處理、氣力除灰、輸煤等輔助車(chē)間多采用順控程序啟停，大大減少人員操作。

（3）自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)投入率較高，全廠自動(dòng)投入率可達(dá)95%以上。

3 結(jié)語(yǔ)

采用全廠一體化DCS平臺(tái)的大集控模式優(yōu)勢(shì)明顯，主要體現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：

（1）借助國(guó)產(chǎn)DCS系統(tǒng)的高性?xún)r(jià)比,依靠合理的硬件設(shè)計(jì)，并結(jié)合軟件控制邏輯和策略的優(yōu)化，全廠自動(dòng)化控制和管理水平得到了有效提升,大大提高了電廠運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。（2）實(shí)現(xiàn)真正意義上的全廠集中監(jiān)控,為發(fā)電企業(yè)的減員增效起到了示范作用，顯著增強(qiáng)了發(fā)電企業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。（3）大幅降低了備品備件數(shù)量,減少了維護(hù)費(fèi)用,經(jīng)濟(jì)效益明顯。（4）對(duì)于熱控人員來(lái)說(shuō),可以不用學(xué)習(xí)和掌握多種控制系統(tǒng)，避免了雜而不精的情況，同時(shí)，降低了熱控人員的維護(hù)工作強(qiáng)度，節(jié)省了培訓(xùn)費(fèi)用。（5）由于DCS系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)接口技術(shù)較為成熟，因而解決了不同系統(tǒng)間通信接口的問(wèn)題，方便與各種不同類(lèi)型的第三方網(wǎng)路連接和數(shù)據(jù)傳輸。