基于MACS的電廠給水除氧系統設計

摘 要:本設計使用和利時公司的MACS系統進行組態，并對相應的硬件設備進行配置，設計實現給水除氧過程中的除氧器壓力、除氧器水位、給水泵、給水泵電動門的自動控制。

關鍵詞:集散控制系統MACS系統組態除氧器

中圖分類號:TP202文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2011)08(c)-0089-01

引言

隨著工業過程規模的不斷擴大，需要測量處理的參數和控制回路成倍的增加，使得儀表數量大增，運行人員監控難度加大，系統的自動控制難度也同步加大。為了降低運行監控人員的勞動強度和減少故障率，降低工業過程運行成本，提高效率，電力、石油、化工、制藥、冶金、建材等眾多行業都使用了DCS(集散控制系統)。在電力行業中，其應用尤為突出。

本設計參照電廠中給水除氧系統的實際運行情況，進行測點統計，設定控制方案，應用和利時公司的第四代DCS系統——MACS系統的組態軟件進行組態，并配置相應的FM系列模塊，建立工程，實現電廠中給水除氧系統中除氧器壓力、除氧器水位、給水泵、給水泵電動門的自動控制。將該工程應用在實際的電廠給水除氧設備的控制上，可以降低現場運行人員的勞動強度，提高系統的安全性，提高除氧效果，以及準確的控制鍋爐給水的流量。

1 MACS系統介紹

MACS系統是和利時公司的第四代DCS系統，是由以太網和使用現場總線技術的控制網絡連接的各工程師站、操作員站、現場控制站、通訊控制站、打印服務站、數據服務器組成的綜合自動化系統，能完成大、中型分布式控制系統、大型數據采集監控系統功能[1]。

其系統結構由三層網絡結構組成，分別是監控網、系統網和控制網，設備主要有工程師站、操作員站、現場控制站、通訊控制站、打印服務站、數據服務器。

2 給水除氧原理、流程介紹

火力發電廠運行過程中，給水會不斷地溶解入氣體。溶解于給水系統中的氣體，有的是由補充水帶進，有的是由于系統中處于真空下工作的設備(凝汽器及部分低壓加熱器等)及管道附件中漏進了空氣。當水和氣體接觸時，總有一部分溶于水中。溶于給水中的氧會引起汽水管道腐蝕，若有二氧化碳會加速氧對金屬的腐蝕，從而使其工作可靠性和使用壽命降低。如果水中溶有0.03mg/L的氧，高溫下工作的給水管道和省煤器在短期內就會出現導致穿孔的點狀腐蝕，引起泄漏或者爆管。所有的不凝結氣體都使熱阻增加，引起傳熱設備傳熱惡化，凝汽器真空下降。因此給水中溶解任何氣體都是有害的[2]。

2.1 除氧原理和方法

為了保證發電廠生產的安全和經濟，必須除去鍋爐給水中溶解的氣體。給水除氧有兩種方法，一種是化學除氧，一種是物理除氧。

(1)化學除氧。化學除氧是利用易和氧發生化學反應的化學藥劑，使這些化學藥劑和水中溶解的氧化合生成另一種物質，從而除去水中氧。化學除氧能達到徹底除氧的目的，但不能除去其他氣體，且生成的氧化物還增加了給水中可溶性鹽類的含量，而且價格昂貴，中小電廠很少采用。

(2)物理除氧。物理除氧用的最廣泛的是熱除氧法。它價格便宜，既能除氧又能除去其他氣體，還沒有任何殘留物質，所以，目前所有電廠都毫無例外的采用它。即使在亞臨界以及超臨界參數電廠中，熱除氧也是其主要的除氧手段[3]。熱除氧原理是建立在亨利定律和道爾頓分壓力定律基礎上的。

2.2 除氧器水位控制

除氧器水箱的作用是為了保證鍋爐有一定的給水儲備量，一般就不小于鍋爐額定負荷下連續運行15～20min的給水需要量，它還擔負著向給水泵不斷的供水的任務，為了保證給水泵的安全運行，要求避免給水泵入口發生汽化或缺水事故。除氧器給水箱水位過高，汽輪機汽封將進水，抽汽管將發生水擊威脅汽輪機的安全運行；除氧器給水箱水位過低，除了影響給水泵的安全運行之外，甚至會威脅鍋爐上水，造成停爐事故。除氧器水位控制系統的控制任務是保證除氧器給水箱保持規定的水位。

3 給水除氧系統設計

為了實現對除氧器壓力、除氧器水位、給水泵、給水泵電動門進行控制以及對給水流量進行累計，要用MACS各組態工具進行組態后編譯、下裝，調試后在線測試，最終用于現場設備的實際控制。

組態也就是把通用系統提供的模塊化的功能單元按一定的邏輯結合起來，形成一個能完成特定要求的應用系統。組態后將產生應用系統的數據庫、控制運算程序、歷史數據庫、監控流程圖以及各類生產管理報表。

4 測試

為了確保系統能夠正確、穩定的運行，在使用前必須進行詳盡的測試。首先是測試環境的搭建:工程師站一臺(配備四塊網卡，分別連到監控網和系統網)，操作員站一臺(配備兩塊網卡)，服務器兩臺，路由器兩個，現場控制站一臺，其中配備:風機單元，為現場控制站柜內設備通風散熱；主控單元，包括冗余主控器和電源模塊；設備組態時用到的I/O模塊；接著下裝:打開數據庫總控組態軟件，進行基本編譯、聯編和生成下裝文件；按順序進行測試:由于測試時I/O模塊中并沒有實際的輸入信號(端口并沒有連接到實際設備上)，所以靠外部輸入的AI、AO都只能強制修改值，并且也只能修改進入的初始值，而不是已經轉換過的，也就是在“POUs/IO/P_H_E(PRG)”中修改左端輸入值，而對于一些自己定義的變量則需要手動輸入值。

5 結語

本設計應用和利時公司的MACS系統，按照組態流程，經過測點定義、模塊配置、使用組態軟件進行組態后對各個程序塊和操作界面都進行了詳盡的測試，實現了設計目標。經過進一步的優化和完善后可以用于實際設備的控制。

在整個設計過程中，測點清單的定義和控制方案的確定是整個工程的基礎，所有的數據流都是以測點數據庫為基礎，而控制器算法組態是整個控制的核心，主要是參照控制方案來進行編寫程序的。

根據市場分析機構ARC的研究，中國DCS市場預計在未來五年內的復合增長率將達到近14％。中國傳統的重工業行業，如電力、煉油、油氣和石化行業，本土工廠建設的穩固增長大大促進了DCS市場的快速發展。爆炸式的增長預計也會出現在其他工業行業，如制藥、食品和飲料以及水和污水處理，雖然這些行業中沒有大規模的采用先進的自動化技術。在所有行業中，電力行業對DCS的需求仍然是主要的推動因素，在未來的五年內，這個市場的增長仍然十分可觀。

參考文獻

[1]和利時自動化.HOlliAS-MACS硬件FM系列使用手冊.北京和利時公司內部手冊 2005，1:500.

[2]鄭體寬.熱力發電廠[M].北京:中國電力出版社.1998:87-94.

[3]鄧慶松，周世平.300MW火電機組調試技術[M].北京:中國電力出版社.2002:55-64.