1 000 MW超超臨界機組燃脫灰控制系統的改造

時 標，程延光

（華能金陵發電廠，南京 210034）

1 000 MW超超臨界機組燃脫灰控制系統的改造

時 標，程延光

（華能金陵發電廠，南京 210034）

針對火電廠輔助車間PLC+PC上位機相結合的控制方式所存在的智能水平不高、備件不統一、兼容性差、集控運行可操作性差等問題。以華能金陵發電廠燃脫灰控制系統改造為例，重點分析了原控制方式存在的不足，提出了基于DCS控制的輔控一體化改造方案。輔控系統整合后運行的安全性、可靠性、經濟性都提高到一個新水平。

燃脫灰；一體化；分散控制系統；改造

燃脫灰輔助系統是火電廠重要組成部分，隨著大型燃煤火電機組運行和管理水平的不斷提升，如何提高輔控系統的自動化、信息化水平，減少發電成本，降低輔控運行人員勞動強度，提高勞動生產率和經濟效益，增強系統的安全可靠及可維護性，進行精細化管理已成為火電廠日益關注的重要問題。

1 輔控DCS一體化整合必要性分析

1.1 改造前控制系統簡介

金陵發電廠燃脫灰系統包括輸煤、脫硫、電除塵、輸灰及除渣等系統，主要承擔煤炭接卸、計量、存儲、加倉、配煤及煙氣除塵、脫硫和灰渣收集輸送等功能。控制系統分為脫硫程控、除塵輸灰程控以及輸煤程控3大部分，采用PLC+ PC上位機控制方式，完成對運行設備實時數據的采集、轉換、傳輸和存儲，實現對燃脫灰運行設備的操作、控制和監視。

輸煤、脫硫、除塵輸灰程控系統統一連接到輔網控制系統，該系統網絡基于Server/Client結構，以一對冗余配置服務器為核心，操作系統軟件采用 Windows 2000，上位軟件為 IFIX 4.0 PLUS，并通過輔網接口機將監控數據上傳到全廠SIS系統。

改造前輸煤程控系統采用金智科技ECPRO-600可編程控制器；脫硫程控系統采用基于Profibus現場總線技術的西門子S7-417H PLC系統；輸灰程控采用獨立的西門子S7-414H控制器；電除塵高頻電源采用單片機控制；干灰裝船系統采用西門子S7-315控制器，作為獨立的系統，未與輸灰程控系統整合。

可以看出，燃脫灰系統主要程控均采用PLC+PC上位機的控制模式，次要的輔助系統采用獨立小型PLC進行控制。在實際應用中，運行操作、技術維護、設備管理的先天不足，存在以下問題。

1.2 輔網拓展性不強

輔網按2臺機組的公用系統進行設計，只配有1對冗余服務器進行數據采集處理，網絡架構沒有按單元機組進行劃分，不能結合機組檢修同步進行輔網維護。因此，當輔網內任一工藝系統發生設備增減變動，重新組態加點時，就必須在輔網主服務器進行不停機在線配置下裝，風險極大。下裝操作異常時，會直接影響其他子系統的安全，存在較大風險，不符合風險分散的原則。

長期不停機維護，導致系統內大量積存廢點無法清除；隨著歷次技術改造新增設備投用，需采用新的控制設備及通信協議，與輔網進行數據交換，大大增加了數據交換及網絡通信的復雜程度，導致服務器負荷率高，降低了系統的穩定可靠性。運行中曾多次發生輔網服務器通信中斷，上位無法監控的異常狀態。

1.3 系統集成性差

燃脫灰輔助區域存在多種PLC系統（包括西門子公司 S7-200，300，400系列；ABB公司AC800M；施耐德公司TWDIO；三菱FX；東大金智ECpro-600等），具有各自的網絡結構和軟件開發平臺，獨立且穩定。但不同系統間的開放性差，集成度不好，維護難度大。

工作中檢修、運行人員需掌握多套不同系統的工作原理，備品備件互換性差；各系統之間采用不同通信協議，通信組態困難，穩定性差，影響了對現場工藝系統數據的采集傳輸，不同工藝系統間數據交換困難；維護管理上，需掌握多種組態軟件，大大增加檢修、運行人員培訓及檢修維護的工作量。

1.4 系統間信息共享困難

由于基建時各系統建成投用時間不同，缺少統一整合和規劃。改造前硬件設備分散，型號眾多，品牌不統一；網絡交換機、光電轉換器、網關、電源、光纖布置散亂，各成一套。軟件中通信協議各異，IP地址網段劃分不清晰，不利于網絡的統一規劃及系統穩定。

不能在統一平臺實現對各輔助系統的控制，將增加人員配置，降低生產效率。系統間缺少通信聯系，使工藝聯鎖建立困難，自動化程度偏低。與廠內SIS（監控信息系統）及MIS（管理信息系統）的信息集成困難，增加了設備管理難度，降低了系統可靠性。

1.5 控制組態方式落后

采用PLC+PC上位機的控制模式，下位PLC帶組態軟件，實現控制邏輯編制；上位監控平臺帶監控軟件，實現過程參數的顯示、監控、操作。組態與監控軟件由不同廠商開發，系統兼容性差，通信狀態不穩定，經常出現在線監控畫面數據丟失、需重新配置下裝通信鏈接的現象。

該控制模式上下位組態軟件兼容性不好。系統內沒有統一數據庫，不利于過程數據的二次開發利用，進行趨勢記錄及數據分析，智能化水平不高。每臺操作終端電腦均需配置上位數據庫，組態時不同終端之間數據庫經常出現不一致，極易出錯。當操作終端電腦故障后、系統恢復更換時，重新配置時間長，組態技術難度大。

1.6 報表分析功能薄弱

燃脫灰控制系統缺少專用歷史站，無法進行歷史數據存貯、事故追憶及運行曲線分析；不利于運行及檢修人員通過數據分析，提高對設備的管理及預防性檢修能力；系統報表功能薄弱，不能滿足運行人員指標分析及工藝優化的需要。

綜上所述，改造前燃脫灰控制系統存在的問題，給備件管理、人員培訓及技術維護等工作帶來困難；給設備管理及運行操作帶來壓力，不能滿足安全經濟運行及后期智能化建設的需要，有必要進行升級改造。

2 輔網一體化控制改造方案

針對原燃脫灰控制系統存在的不足，為實現區域設備集中于輔控樓進行監視、操作，以國家環保超凈排放示范改造工程為契機，實施輔助控制系統一體化整合，通過網絡重構、軟件組態、部分不兼容模塊的更換，提出如下整體方案。

2.1 設備選型

因原PLC主要采用西門子S7-400系列控制器及S7-300系列信號模塊，從利用原有設備降低改造成本、方案實施便利性、改造后系統性能以及與主輔備件統一等方面綜合考慮，選擇西門子SPPA-T3000現場總線型DCS（分散控制系統）。

2.2 網絡架構

按單元機組模式進行配置輔控DCS，即組建3套T3000系統，分別為輔控1號、2號機組DCS及輔控公用DCS，3套輔控DCS通過ROUTER（多機組路由器）實現系統間的互聯互操，實現各DCS之間的遠程訪問和數據傳輸，冗余主時鐘GPS連接至ROUTER以實現各單元的系統對時。

輔控DCS分設上層應用網絡和下層自動網絡，各層網絡由工業以太網模塊組成環形網絡結構。上層應用網絡連接操作員站、工程師站、OPC服務器、打印機等客戶端；下層自動網絡連接各控制器，上、下層網絡間通過冗余服務器進行數據交換。冗余服務器承擔著系統軟件安裝、控制器管理/調試和控制器數據采集/傳輸等功能。

每套DCS配置獨立的OPC服務器，可以將輔控網絡輕松連接到廠級SIS，而無需重復組網。輔控DCS網絡結構配置如圖1所示。

2.3 控制單元劃分

輔控1號、2號機組DCS分別配置4對AP控制器，主要承擔1號、2號爐脫硫、渣水、輸灰及電除塵等工藝系統的監控，其中脫硫系統配置2對AP，除塵、輸灰系統各配置1對AP。

輔控公用DCS單元配置5對AP控制器，主要承擔脫硫公用、輸灰公用及輸煤系統的監控，其中脫硫公用、輸煤系統各配置2對AP，輸灰公用配置1對AP。

2.4 電源結構

DCS供電主要分為交流供電系統和直流供電系統，3套DCS共設有 3套獨立的供電系統。DCS各機柜冗余設備電源采用雙路配置，配有專用電源柜。電源柜A路，B路電源分別來自脫硫ATS（自動轉換開關）切換柜和脫硫UPS（不間斷電源），脫硫ATS切換柜上一級電源取自脫硫保安段及廢水油庫變壓器。

交流供電系統主要負載有：操作員站、工程師站、打印機、機組服務器機柜、遠程總線通信柜和ROUTER；直流供電系統由電源柜內整流模塊，經整流后輸出雙路DC24V向各AP控制器機柜和擴展I/O柜供電。控制器柜及I/O柜雙路電源取自電源柜A路及B路DC24V電源，在柜內經雙路耦合后，變成A路及B路分別向每對控制器A側、B側機架及ET200M子站供電，確保在1路電源丟失情況下，控制系統能正常運行。

圖1 輔控DCS網絡結構

2.5 人機接口設備

整合后在輔控樓實現燃脫灰系統集中監控，每臺單元機組分別配置操作員站3套、工程師站1套、歷史數據站1套、大屏幕顯示屏1面；輸煤獨立配置操作員站2套。運行人員通過操作員站實現對2臺機組脫硫、電除塵、輸灰及輸煤系統的啟/停控制、運行工況監視和調整。

設置獨立的輔控工程師站電子間，按系統配置3套DCS工程師站。工程師站為1個數據庫支持的全圖形系統，采用統一的圖形系統和用戶接口。工程師站除具有操作站所有功能外，還可以對DCS進行組態、管理、上傳下載、修改等功能，顯示所有與設計、運行和診斷有關的信息，是整個DCS軟硬件及通信組態的操作窗口。

3 輔網一體化控制改造效果分析

3.1 提高燃脫灰系統自動化監控水平

燃脫灰輔助系統控制對象復雜，IO點數較多，工藝聯鎖關系緊密。實施DCS一體化整合，各子系統可以通過高速網絡相連，信息共享便捷，使輔助系統的一體化監控水平大幅提高；與廠級SIS連接變得更簡單，促進全廠生產系統的協調運行和優化管理，為實現全廠管控一體化打下了良好基礎。

3.2 提升信息化水平

DCS采用星型雙環網冗余網絡結構，可擴展性好。在這種架構下，AP控制器、計算機終端均作為1個節點存在，節點數量增減和節點位置變動便利。如果需要改變或擴充系統設備，可通過新增AP控制器及子站的方式，將新增設備接入系統。

采用先進的DCS網絡技術和統一的通信設備，解決了不同系統間通信接口兼容問題，滿足了子系統間聯鎖及數據傳輸要求，實現了真正意義上的各控制子系統信息共享。借助于DCS成熟、標準的網絡接口技術和開放的性能，很容易實現與不同類型的第三方控制系統間網絡連接。

后期可通過通信擴展方式，將堆取料機、卸船機等數據采集至輔控DCS，進行設備統一管理。DCS強大的數據采集、記錄、分析、傳輸功能，為建立全廠設備數據庫、實現狀態檢修提供了可行性。

3.3 增強系統可靠性及可維護性

DCS采用開放式、標準化、模塊化和系列化設計，在硬件配置、網絡選型及控制軟件開發上都采用統一的技術標準，解決了原控制系統不同設備間兼容性問題，保證了系統的安全可靠。將燃脫灰集中于DCS控制下，避免了不同系統間多種硬件設備接口的不便，系統集成度高。維護人員無需學習和掌握多種控制系統，降低了培訓難度，減輕了工作強度。

軟件平臺和人機界面風格統一，便于操作，減少人為失誤，降低了運行操作風險。數據和信息充分共享，便于數據分析和統一調度。整體提高了系統的自診斷功能，一旦出現故障，能提供充分的故障信息、報警，快速進行故障定位及記錄，便于故障處理。具有完善的趨勢記錄，有助于缺陷原因的分析，避免重復缺陷的發生。

3.4 提高機組運行的經濟性

在充分利用原程控設備、網絡、電纜基礎上，實現一體化監視操作和遠程控制，節省了改造費用；合并、減少或取消就地操作監控點，減少維護工作量。精心完善組態，提高自動化水平，使復雜操作簡單化，增強系統可靠性，提高勞動生產率。

全廠主輔控系統采用統一品牌DCS，減少了備件的品種和數量，降低了庫存和運行維護成本。

4 結語

通過DCS一體化改造，將以往的輸煤、脫硫、輸灰、電除塵、渣水等子系統進行整合，增強了控制功能，提高輔助設備自動化水平，改善系統運行的安全性和經濟性，提高了勞動生產率。在改變設備管理模式的同時，也增強了對超凈排放的控制和監視能力，取得了較好的綜合效益。

通過改造構建DCS控制平臺，為進一步工藝系統整合、實現全廠管控一體化，最終實現設備管理信息網絡化，實施設備的狀態檢修，提升發電廠信息化水平打下了良好基礎。

[1]邵一鳴.火電廠輔助車間集中監控系統設計[C]//第八屆工業儀表與自動化學會論文集.2007.

[2]秦鵬，郭兆君.火電廠輔助系統控制方案探討[J].吉林電力，2006，34（2）:8-10.

[3]丁勁松，李敏.現場總線與電廠全集成自動化[M].北京：中國電力出版社，2004.

（本文編輯：徐 晗）

DCS Transformation for Auxiliary Control System in 1 000 MW Ultra-supercritical Units

SHI Biao，CHEN Yanguang
（Huaneng Jinling Power Plant，Nanjing 210034，China）

Aiming at the low level of intelligence，non-unification of parts，poor compatibility and infeasibility of the centralized control operation in an integrated control mode of PLC+PC in the auxiliary workshop of thermal power plant，the paper presents an auxiliary control integrated transformation scheme based on DCS control.Transformation of combustion and ash removal control system of the Huaneng Jinling power plant is taken as an example to analyze the shortcomings of the original control mode and propose a technical transformation scheme for auxiliary control.Safety，reliability and economy of the operating auxiliary control system are upgraded after the integration.

combustion ash removal；integration；decentralized control system；transformation

TK39

B

1007-1881（2016）06-0045-04

2016-03-25

時 標（1979），男，高級工程師，從事發電廠熱工技術管理工作。