水泥廠配套孤島電廠PCS設計綜述

劉云飛 楊勇偉

1 中材建設有限公司（100176） 2 河南建筑材料研究設計院有限責任公司（450002）

水泥廠配套孤島電廠PCS設計綜述

劉云飛1楊勇偉2

1 中材建設有限公司（100176） 2 河南建筑材料研究設計院有限責任公司（450002）

敘利亞是一個電力缺乏的國家，其中許多大型工業(yè)項目往往為解決項目的用電，業(yè)主建設自備電廠，采用孤島運行的方式。這里介紹了我公司承建的UCG水泥項目孤島燃煤電廠的PCS控制功能，及孤島燃煤電廠PCS設計時需要考慮的可靠性基本措施。

孤島電廠；PCS；控制功能

0 概述

水泥廠孤島電廠采用西門子PCS7控制系統(tǒng)，系統(tǒng)具有獨特的開放式平臺，采用了統(tǒng)一的軟件開發(fā)環(huán)境，在控制層和操作層實現統(tǒng)一的變量管理，大大節(jié)省程序員建構變量的時間；使用工藝分級（TH）配置，使用戶可以按照自身工藝流程進行組態(tài)分級，如系統(tǒng)級（車間）、子系統(tǒng)級（工段）、設備級、儀表級等。其功能包括:數據采集及處理系統(tǒng)（DAS）、模擬量控制系統(tǒng)（MCS）、順序控制系統(tǒng)（SCS）、緊急事件順序記錄（SOE）等。PCS留有與MIS系統(tǒng)的通訊接口，且緊急停車系統(tǒng)ETS由PCS實現，完成整個孤島電廠自動化生產控制。

1 孤島電廠PCS7控制功能

機爐及其輔助系統(tǒng)的熱工監(jiān)控設備，采用過程控制系統(tǒng)（PCS），運行人員通過操作員站實現對鍋爐、汽輪機、除氧給水、減壓減溫器等系統(tǒng)或設備的啟動、停止、正常運行及故障等各種工況下的監(jiān)視控制功能，全廠的鍋爐系統(tǒng)、除灰除渣系統(tǒng)、汽機系統(tǒng)、除氧給水系統(tǒng)、油泵房系統(tǒng)、空壓站等均由PCS控制。

1.1 數據采集及處理功能（DAS）

各種參數或設備狀態(tài)的巡回檢測及數據處理；輸入信號的正確性判斷、數字濾波、非線性校正、參數補償、故障檢查及單位變換處理；各種系統(tǒng)的介質參數，設備運行狀態(tài)的圖形顯示，包括模擬圖、棒形圖、曲線圖、趨勢圖、一覽表等；各種參數或設備工作異常時的報警顯示；各種工況下的記錄（包括班報、日報、月報及主機事故時首次跳閘記錄、事件順序記錄等）；脈沖量累計；參數計算，包括和、差、平均、最高、最低、累計、變化率、熱焓等。

1.2 模擬量控制系統(tǒng)（MCS）

每套機組及其相應系統(tǒng)設置:鍋爐熱負荷自動調節(jié)、燃燒風量自動調節(jié)、爐膛溫度自動調節(jié)、爐膛壓力自動調節(jié)、鍋爐汽包水位自動調節(jié)、鍋爐主蒸汽溫度自動調節(jié)、除氧器壓力調節(jié)、除氧器水位調節(jié)、減壓減溫器壓力溫度調節(jié)等20多個閉環(huán)調節(jié)回路，以便維持其有關參數為給定值，確保機爐安全經濟運行。

1.3 順序控制系統(tǒng)(SCS)

順序控制系統(tǒng)作為PCS的一部分，完成爐、機、電及其輔機的啟停順序控制。對于運行中經常操作及啟動過程和事故處理需要及時操作的輔機、閥門及擋板，通過順序控制系統(tǒng)SCS實現。本工程僅設子組級控制，SCS系統(tǒng)主要包括以下子組:

鍋爐子組:送風機子組項、引風機子組項、上料系統(tǒng)子組項、冷渣系統(tǒng)子組項、吹灰系統(tǒng)子組項等。

汽機子組:汽機油系統(tǒng)子組項、空冷器系統(tǒng)子項組、汽封系統(tǒng)子組項、高加子組項、低加子組項、減溫減壓器子項組等。

另外,孤島電廠用自身電系統(tǒng)6 kV開關柜及400 V PC柜與PCS采用硬接線方式連接,信號包括啟動停指令、跳閘指令、運行狀態(tài)、跳閘狀態(tài)、M/A狀態(tài)、故障狀態(tài)、電源消失、電流信號等。廠用電系統(tǒng)開關的控制與PCS的接口同樣為硬接線方式。每個順序控制功能組,可根據運行人員指令在順控進行中修改、跳躍或中斷。運行人員可按照功能組啟停，也可以單臺設備在鍵盤、LCD軟手操，且具有不同層次的操作許可條件，以防誤操作。

1.4 緊急事件順序記錄（SOE）

鍋爐鼓風機、引風機、給水泵關閉，汽機主汽門關閉，抽汽逆止門關閉，電氣跳閘等事件接入SOE模塊。

2 PCS控制系統(tǒng)配置及可靠性基本措施

1）系統(tǒng)網絡配置。

系統(tǒng)采用西門子公司性能非?？煽康腃PU417－4H和CPU414－4H作為中央控制器，冗余配置，雙CPU之間通過光纖環(huán)網進行通訊，電源同樣采用冗余配置。系統(tǒng)的各個分布式控制站采用IM153－2的冗余配置，每對IM153－2最多可以接8個I／O模塊，雙IM153－2之間有主／從的關系，從屬于CPU管理。中央控制站（主／從CPU）與分布式控制站之間通過ProfiBus－DP網進行通訊，最大通訊距離可達23 km。

系統(tǒng)配置1臺工程師站，3臺冗余的服務器和1臺歸檔服務器,9臺操作員站，采用C/S結構，工程師站可以監(jiān)視任何畫面，鍋爐的6臺操作員站可以監(jiān)控2臺鍋爐的所有畫面，汽機和輔機的3臺操作員站可以監(jiān)控機組和輔機的所有畫面，以備緊急情況時使用。這在以后的生產中確實起到了非常重要的作用。1＃和2＃服務器用于從1＃、2＃爐控制器采集數據，歸檔服務器存檔并響應操作員站的數據請求及存檔。3#服務器用于從1＃、2＃機和輔機控制器采集數據，存檔并響應操作員站的數據請求及存檔。工程師站直接從各控制器采集數據。4臺服務器共用1臺顯示器，方便了技術人員的日常維護。中央控制站（主／從CPU）與操作員站之間通過通訊在該網絡的標準配置中作業(yè)。操作層和控制層之間采用光纖網通訊，成本較高，而這里采用了交換機新型配置結構，大大降低了用戶成本，且系統(tǒng)的通訊速度理想、穩(wěn)定性好，操作員站與工程師站之間通過100mB的局域網進行通訊。

2）PCS控制系統(tǒng)可靠性措施

PCS控制器的負荷率不大于60%，操作員站CPU負荷率不大于40%；內部存儲器占有容量不大于50%，外部存儲器占有容量不大于40%；I/O點裕量:20%；I/O模件裕量:15%；I/O卡槽空間:10%；系統(tǒng)電源采用冗余配置，其裕量:40%；分散控制系統(tǒng)通訊總線負荷率應在30%～40%,但以太網通訊總線負荷率應不大于20%；系統(tǒng)的通訊總線應按1:1的冗余設置，即2條通訊總線在任何時候都同時接受信息。

為保證控制系統(tǒng)的可靠運行，PCS的供電、接地、輸入/輸出接線的屏蔽按PCS的要求設計。

機組保護邏輯回路在獨立的冗余控制器中完成，保護信號不能通過通訊總線傳輸。

用于停爐、停機的開關量信號和用于重要模擬量調節(jié)回路的信號，采用3取2邏輯，3個信號接到PCS系統(tǒng)同一機柜的不同I/O輸入通道。

PCS網絡采用控制網絡光纖雙環(huán)網，管理網絡單環(huán)網,經交換機路由器服務器等連成電廠PCS網絡，并能與水泥廠通訊。

3 結語

PCS控制系統(tǒng)作為本項目的電廠生產運行的神經中樞，其可靠性在電廠生產中顯得尤為重要。

本項目孤島電廠控制系統(tǒng)(PCS)是以SIEMENS-PCS7系統(tǒng)為基礎的冗余的系統(tǒng)配置。并且根據火電廠工藝特性，將控制系統(tǒng)分成若干獨立子系統(tǒng)，每個獨立子系統(tǒng)又是冗余的處理單元，這些分布式處理單元可根據功能和地理位置分散布置。這種可靠的PCS的系統(tǒng)配置,使得各子系統(tǒng)分工協作,系統(tǒng)通信網絡進行可靠無誤數據交換，共享系統(tǒng)資源，實現集中管理，進而保證整個電廠安全可靠地生產運營。