摘 要：文章以廣紙異地遷建林紙一體化項目工程設計為實例，對分散控制系統(tǒng)DCS（Distributed Control System）在火電廠實現(xiàn)一體化控制的設計和應用進行分析和介紹，為發(fā)電廠DCS一體化的設計及實現(xiàn)提供了可借鑒的經(jīng)驗。
關鍵詞：全廠控制DCS一體化；監(jiān)控平臺統(tǒng)一；軟件統(tǒng)一；硬件統(tǒng)一
分散控制系統(tǒng)DCS作為技術上成熟可靠的控制系統(tǒng)，在國內發(fā)電廠單元機組及重要輔助系統(tǒng)的控制上已得到了廣泛的應用。隨著DCS價格的持續(xù)降低，DCS的控制范圍已經(jīng)擴展到了常規(guī)使用的可編程邏輯控制器PLC（Programmable Logic Controller）進行控制的水、煤、灰等輔助車間，全廠控制DCS一體化逐漸成為一種趨勢。DCS與PLC在輔助車間控制上各有優(yōu)劣，已引發(fā)廣泛討論。本文以廣西電力工業(yè)勘察設計研究院設計的一個已投產工程為實例，對該工程全廠控制DCS一體化的特點及設計經(jīng)驗做簡單介紹。
1 工程概況
廣州造紙股份有限公司“廣紙異地遷建林紙一體化項目”配套電廠是廣西電力工業(yè)勘察設計研究院設計的第一個實現(xiàn)全廠控制系統(tǒng)DCS一體化的工程，已于2008年3月全部建成投運。本工程建設1臺170 t／h燃煤高壓循環(huán)流化床鍋爐和1臺30MW抽汽凝汽式汽輪發(fā)電機組及其配套設施，鍋爐由濟南鍋爐集團有限公司供貨，汽機和發(fā)電機均由南京汽輪電機（集團）有限責任公司供貨。
本工程采用機、爐、電及輔助車間集中控制方式，其自動化水平以保證機組的安全和經(jīng)濟運行為目標，以分散控制系統(tǒng)DCS作為機組監(jiān)視和控制的核心，構成1套完整的自動化控制系統(tǒng)，完成對鍋爐、汽機、發(fā)電機一變壓器組、廠用電系統(tǒng)及輔助車間的控制與監(jiān)視。
2 控制系統(tǒng)配置
2．1 全廠控制系統(tǒng)結構
DCS為上海新華控制工程有限公司提供的XDPS一400e系統(tǒng)，汽機數(shù)字電液控制系統(tǒng)DEH（Digital Electro—Hydraulic Control System）、汽機緊急跳閘系統(tǒng)ETS（Emergency Trip System）及化水、除灰、輸煤控制系統(tǒng)均采用與DCS一致的硬件和軟件。XDPS一400e系統(tǒng)的網(wǎng)絡分為以下兩部份：
①RTFNET。100Mbps冗余、容錯高速實時網(wǎng)，是系統(tǒng)的實時通信主干網(wǎng)，把分散處理單元DPU（Distributed Proeess Unit）、人機接口站等設備連接在一起的實時數(shù)據(jù)網(wǎng)。整個系統(tǒng)實時網(wǎng)在容錯的基礎上采取冗余技術，2條高速公路（A網(wǎng)、B網(wǎng)）同時工作，互為熱備用。
實時通信主干網(wǎng)配置冗余的工業(yè)級交換機，通過網(wǎng)線把機爐電子間、工程師室、集控室、輔助車間的各控制設備構成一個完整的分布式控制系統(tǒng)。所有站點通過交換機直接上網(wǎng)。
?、贗NFNET。100Mbps實時信息網(wǎng)，把系統(tǒng)上所有的人機接口站構成一個實時總線網(wǎng)（C網(wǎng)），實現(xiàn)整個系統(tǒng)信息資源數(shù)據(jù)共享。全廠控制系統(tǒng)結構如圖1所示。
2．2 DCS配置
DCS完成數(shù)據(jù)采集DAS（Data Acquisition System）、模擬量控制MCS（Modulating Control System）、順序控制SCS（Sequence Control System）、鍋爐爐膛安全監(jiān)控FSSS Furnace Safeguard Supervisory system）、汽機數(shù)字電液控制（DEH）、汽機緊急跳閘（ETS）、電氣控制系統(tǒng)ECS（Electric Control System）、輔助車間控制等系統(tǒng)功能，并滿足各種運行工況的要求，確保機組安全、高效運行。
?、俦竟こ蘀CS的I／O點數(shù)為3383點（不含備用點），具體配置見表1所示。主機DCS（含DEll，ETS）機柜布置在主廠房機爐電子設備間，共配置了9對處理器控制單元（DPU）。輔助車間遠程站機柜布置在相應車間的電子設備間或電氣配電間，每個遠程站配置1對DPU。機組集中控制室內布置有6臺互為備用的操作員站，供單元機組以及輔助車間使用。
?、?機爐電子設備間設置一面DCS電源柜，為電子設備間的DCS機柜和集控室的工作站供電，MFT（Main Fue1 Trip）專用跳閘板布置于電源柜內。輔助車間遠程站自帶UPS電源。所有的機柜和工作站均為雙回路供電。
?、蹤C爐電子設備間的DCS機柜為2個站組，每個站組實行單點接地。站組內各站接地點分別匯接到站組接地點。XDPS的DPU機柜內有2種接地，即機柜接地點CG（Cabinet Ground）和邏輯接地PG（Digital Power Ground）。各個站的CG按串形連接方式匯接到站組接地點，PG按星形方式匯接到站組接地點。站組的接地點匯接到XDPS系統(tǒng)接地銅板（布置于DCS網(wǎng)絡柜內），從接地銅板接至廠用接地網(wǎng)的DCS系統(tǒng)專用接地樁。輔助車間遠程站采用就近接地方式。
2．3 汽機數(shù)字電液控制系統(tǒng)/汽機緊急跳閘系統(tǒng)
汽機數(shù)字電液控制系統(tǒng)（DEH）的液壓部分由汽機廠配套供應，控制部分采用與DCS一致的硬件和軟件，隨DCS供貨。DEH作為DCS的一個站直接掛在DCS主干網(wǎng)上，實現(xiàn)了與DCS的無縫連接。
汽機緊急跳閘系統(tǒng)（ETS）采用與DCS一致的硬件和軟件，隨DCs供貨。ETS做為DCS的一個站直接掛在DCS主干網(wǎng)上。ETS采用新華公司生產的專用邏輯保護卡LPC（LoacProtectionCard）卡完成硬件邏輯，LPC卡完成一系列所需的遮斷邏輯判斷，配合遮斷電磁閥、轉速傳感器等完成汽機危急停機保護功能。ETS功能是靠硬件實現(xiàn)的，響應快速、可靠，動作速度V<20ms。ETS設置有1對冗余DPU，DPU僅監(jiān)視ETS的狀態(tài)，不參與控制。所有進人ETS的信號和ETS輸出的信號都可以在操作員站的LCD上顯示，并實現(xiàn)SOE記錄，OE分辨率為1ms。
2．4 輔助車間控制系統(tǒng)
輔助車間包括鍋爐補給水處理系統(tǒng)、水汽取樣及爐內加藥系統(tǒng)、循環(huán)冷卻水處理系統(tǒng)、氣力除灰系統(tǒng)、布袋除塵系統(tǒng)、機械除渣系統(tǒng)、循環(huán)水泵房系統(tǒng)、燃油系統(tǒng)、壓縮空氣系統(tǒng)、輸煤系統(tǒng)，根據(jù)車間的位置分布采用不同的控制方式，各輔助車間的控制方式見表2所示。
水汽取樣及爐內加藥系統(tǒng)采用硬接線方式直接接人布置于機組機爐電子設備間的主機DCS系統(tǒng)。布袋除塵器由設備廠家自帶PLC控制系統(tǒng)，以通信方式接入DCS。所有的遠程站均采用與主機DCS一致的硬件，通過冗余光纜接人DCS主干網(wǎng)。為調試及維護方便，每個遠程站均帶有1對DPU。
3 系統(tǒng)特點與不足
①監(jiān)控平臺統(tǒng)一。針對本工程規(guī)模較小、系統(tǒng)齊全的特點，全廠控制以設置在機組集中控制室的DCS操作員站為監(jiān)控中心，實現(xiàn)了常規(guī)的機、爐、電集中控制，同時還把輔助車間納入DCS監(jiān)控范圍，所有車間均已實現(xiàn)無人值班，達到了減員增效的目的。
②控制系統(tǒng)軟硬件統(tǒng)一。全廠控制DCS一體化的實現(xiàn)避免了DCS系統(tǒng)與多種硬件設備接口的麻煩，減少了備品備件種類，簡化了運行人員的培訓。
③由于各種原因，爐后布袋除塵器的控制采用PLC實現(xiàn)，以通信方式接入DCS，鍋爐MFT、鍋爐投油等少數(shù)重要信號通過硬接線傳送。而相對于靜電除塵器，布袋除塵器于鍋爐的聯(lián)系更為密切，使用與DCS一致的硬件和軟件直接納入單元機組DCS更有利于全廠自動化控制水平的提高。
4 結語
本工程在電廠投運至今，未發(fā)生一起因DCS故障造成的機組停運事故，該DCS規(guī)模雖小，但由于具備一定代表性，為今后全廠控制DCS一體化的設計及實現(xiàn)提供了一些可供借鑒的經(jīng)驗：
①全廠控制DCS一體化的前提應是選用國產DCS，進口D（ 由于價格居高不下，全廠的輔助車間均采用DCS控制時成本還是偏高。
?、贒EH與DCS一體化在當前已經(jīng)成為首選方案，而由于國產DCS在300 MW 以上機組中較少用于ETS，所以在設計選型時應注意所選擇的國產DCS是否能滿足汽機緊急跳閘保護的快速要求。
?、蹏鴥菵CS廠家在化水、輸煤、除灰控制邏輯設計方面往往經(jīng)驗不足，在確定采用全廠控制DCS一體化方案后，建議在DCS招標時明確要求將輔助車間組態(tài)工作交給更有經(jīng)驗的常規(guī)輔網(wǎng)程控廠家，DCS廠家僅提供控制硬件和軟件。
?、懿糠殖Ｒ?guī)隨著程控系統(tǒng)配置的設備如化水電磁閥箱、輸煤系統(tǒng)傳感器等，由于DCS廠家?guī)缀鯖]有設計和選型經(jīng)驗，建議這部分設備單獨招標。
（轉載）
