和利时MACS系统在黔北火电厂新建工程中的应用

分类：解决方案日期：2010-07-16 13:53:00

引言

和利时公司作为国内在DCS控制领域的领军企业，在300MW以上的单元火电机组控制领域实现突破，先后承接了黔北、鸭溪、黔西、鹤壁电厂等多个300MW机组以及陕西国华锦界4×600MW煤电工程DCS控制系统项目，为电力企业实现规模经济效益、降低运营成本、提高火电工程技术的自动化水平作出贡献。

贵州黔北电厂300MW新建机组是西部大开发——西电东输的重要项目之一。和利时派出了具有丰富现场实施经验的工程团队和专家组，用专业化的解决方案，先进、可靠、经济的系统和产品，放心、满意的服务，保证了两台机组顺利投运，并实现了国内300MW机组试运期最短记录。

项目概述

黔北电厂(4×300MW)新建工程#3、#4机组汽轮机、锅炉、发电机分别由东方汽轮机厂、东方锅炉厂、东方电机厂制造，热控系统采用和利时公司HOLLiAS MACS大型集散控制系统。

黔北电厂#3、#4机组锅炉是由东方锅炉（集团）股份有限公司根据美国Forter Wheeler型300MW机组“W”火焰锅炉生产，型号：DG1025/18.2-III5。

锅炉型式：亚临界、中间一次再热自然循环、双拱型单炉膛，倒“U”型布置，燃烧器布置于拱上、烟气挡板调温、“W”型火焰固态排渣。

汽轮机：东方汽轮机厂型号：N300-16.7/537/537型式：亚临界、单轴、双缸双排汽、再热凝汽式汽轮机，抽汽级数：8级（3高加+1除氧器+4低加）。

项目规模

系统配置

黔北电厂（4×300MW）#3、#4机工程DCS系统采用和利时公司的第四代DCS系统HOLLiAS MACS系统。

工程共分为3个域，其中#3机组为1#域，#4机组为2#域，#3、#4机公用系统和循环水泵房远程I/O为0#域。工程操作界面考虑#3、#4分开，#3机操作1#域，#4机操作2#域，公用系统0#域可以在#3级操作也可以在#4机操作。

黔北#3、#4机组及公用DCS系统共提供现场控制机柜28台，端子柜28台，服务器柜6个，配电柜2个，继电器柜3个，接地柜1个，操作台10个，打印台4个。HMI设备：操作员站10台；历史站2台；系统服务器6台；工程师站2台；72”大屏幕站2套；通信站8台；SIS网关机2台；24口网络交换机16台；GPS设备1套。

控制规模

每个单元机组配置13对冗余控制器，采用Profibus-DP总线挂接525个I/O模块及中断设备。接受DCS系统控制的设备数量为：电动机88台，各类阀门、加热器等设备441个，调节设备165个，断路器、快切装置等电气设备67个，并可通过通信控制88个吹灰器和7个电动门。

公用系统配置2对冗余控制器带46个I/O模块，分别用于监控两台机组的电气公用部分和机、炉公用部分；DCS总计控制设备为1754台。

其中3#机组及公用系统的物理点数和配置点数如下表：

	类型	配置点数	实际点数	冗余率
AI	4~20mA(对外供电型）	464	375	19.18%
	4~20mA/0~10mA	472	422	10.59%
	Pt100/Cu50	328	278	15.24%
	热偶	232	182	21.55%
AO	4~20mA	248	209	15.73%
PI	TTL	16	9	43.75%
DI	干接点	3008	2672	11.17%
	220VAC	1612	1401	13.09%
SOE		240	182	13.09%
合计		6620	5730	24.17%

整个工程（#3、#4、公用系统）实际的物理点数为：11016点，总配置点数为12664点。第三方设备的双向冗余通信、远程采集点及单向通信点数总计为：1300点。

控制组态产生的变量约8500点，显示、报警、趋势标签总计：27000点。

分站原则

测点按功能分站如下表：

站号	实现功能	说明
10	FSSS	公用逻辑、A油组、A煤组
11	FSSS	B/C/D油组
12	FSSS	B/C/D煤组
13	MCS	协调、燃烧
14	MCS	送、引风，给水，过热器减温
15	MCS+DAS	再热器减温，汽机单回路，锅炉部分DAS
16	MCS+TBC	二次风门，旁路，小汽机单回路SCS
17	SCS/B	锅炉SCS
18	SCS/B	锅炉SCS
19	SCS/T	汽机SCS
20	SCS/T	汽机SCS
21	DAS	汽机DAS
22	SCS/GA	电气SCS，SOE
23	SCS/GA	公用系统电气SCS、DAS
24	SCS	循环泵房SCS

其中综合考虑测点分配均匀，各控制站负荷率≤10%。

各站点测点设备分配原则

＊危险分散：同一设备冗余的测点分配到不同的模块；冗余设备的测点分配给不同的控制站或不同的模件组上；

＊接线方便：同一设备的非冗余的相关测点尽量安排在一起；

＊备用：基本保证各模块保持≥10%的备用率；

＊系统间的重要信号，如：MFT、连锁保护等，采用硬接线不同站、模件多路输出；

＊DCS系统与其他系统（如：DEH）的模拟信号采用有源型隔离器进行隔离。

系统设计

采用Client/Server体系结构，控制管理网络采用两层结构，星型连接，控制网络双冗余配置。控制网络和管理网络的分离有利于将交换机设备故障风险分散，同时大大减少了数据处理量和网络上的拥塞。远程控制站（循环水泵房）采用100M以太光纤连入系统，网络实际结构如图：

采用HOLLiAS MACS系统作为监控软件平台，其中：ConMaker部分完成算法的组态与下装，而PlantView完成人机监控和与控制器的通信。每个ConMaker工程用于单个I/O控制站的控制方案，共有28个ConMaker工程对应28个I/O控制站。

PlantView工程用于建立通信连接及人机交互界面，按照功能的不同，系统包括12个子工程，分别是：

＊QBDB1：#3机组数据库工程，用于#3机组监控数据接入；

＊QBDB2：公用系统数据库工程，用于公用系统监控数据接入；

＊QBDB4：#4机组数据库工程，用于#4机组监控数据接入；

＊QBDB3：趋势、报警服务器工程，用于整个DCS系统的趋势记录、报警检测、时间服务等；

＊QBDC4：#4机组操作员站图形工程，用于操作员对#4机组及公用系统进行监控；

＊QBDC：#3机组操作员站图形工程，用于操作员对#3机组及公用系统进行监控；

＊COMM1：#3机组#1通信站工程，用于吹灰、炉管泄漏、CEMS、空调系统通讯接入；

＊COMM2：#3机组#2通信站工程，用于DEH、厂用电、发变组系统通讯接入；

＊COMM3：#3机组#3通信站工程，用于IDAS、发电机励磁系统通讯接入；

＊COMM41：#4机组#1通信站工程，用于吹灰、炉管泄漏、CEMS、空调系统通讯接入；

＊COMM42：#4机组#2通信站工程，用于DEH、厂用电、发变组系统通讯接入；

＊COMM43：#4机组#3通信站工程，用于IDAS、发电机励磁系统通讯接入。

服务配置

本工程的PlantView完成五种服务、一种客户请求，即：

＊ I/O服务：负责收集数据并根据请求发送；

＊趋势服务：负责历史数据的采集与存储；

＊报警服务：负责处理数据异常报告；

＊报表服务：负责完成数据的纪录与报告生成；

＊时间服务：负责系统的校对，保持数据的同一性。

客户请求：人机界面接口，负责数据、报警、趋势等显示，提供给操作人员直观的操作界面。

这五种服务通过计算机设置功能分散配置，参照网络结构图，设置服务功能为：

	I/O服务		报警服务		趋势服务		时间服务	图形服务
	主	从	主	从	主	从
SERVER1	√
SERVER2		√
SERVER3	√
SERVER4		√
SERVER5	√		√		√		√
SERVER6		√		√		√
SERVER7	√
SERVER8		√
各操作站								√

DCS系统对时设计

#3、#4机组统一对时，其中：控制器、服务器和客户端采用网络对时，每60分钟以广播方式发布时钟服务器基准时间，时钟服务器时间由GPS校准；SOE模件（FM161E_SOE_A01）第16路接受FM197集线器每间隔60秒发一次的脉冲对时信号，保证秒和毫秒精度。

校时流程

＊GPS天线收到时间信号；

＊从串口上发到FM197校时集线器中；

＊FM197校时集线器发到系统时间服务器中；

＊时间服务器定时或在本机时间改变时在网内广播校时包；

＊设置同时间服务器同步的客户机收到校时包后改变本机系统时间；

＊客户机开始运行系统时向时间服务器请求校时。

校时特点

＊控制系统校时收发以网络传递为主；

＊ SOE关键快速时钟校对以硬接线发秒脉冲为主，保证站间SOE时钟误差≤1ms, ；

＊采用校时集线器接受GPS时钟信号，给DCS时钟服务器、SIS系统及其他设备同时进行校时；

＊网络校时时钟服务器唯一设置。

实现的控制功能

和利时HOLLiAS MACS系统实现数据采集处理（DAS）、事件顺序记录（SOE）、历史数据存储和检索（HSR）、辅机顺序控制（SCS）、模拟量控制（MCS）、电气控制（ECS）、锅炉炉膛安全监控（FSSS）及机炉协调控制（CCS）、自动发电控制（AGC）等控制功能。

该系统以其良好的开放性、扩展性顺利实现了与其他7个系统的通讯任务，分别为DEH/MEN监控系统、炉管泄漏报警装置、锅炉吹灰控制系统、发电机励磁装置、厂用电监控系统、温度数据采集前端（IDAS）及厂级监控系统（SIS）等。并与大屏幕EOS主机配合，实现了两个大屏幕独立于操作员之外即可双屏分别显示又可合为一屏显示的功能。

SCS功能主要完成机组辅机、加热器及各种阀门的操作、联锁、保护及程控等控制功能。

FSSS功能主要包括锅炉自动吹扫逻辑、油检漏试验程控逻辑、MFT动作及首出逻辑、OFT动作及首出逻辑、冷却风系统的保护联锁24个油角的点火程控启、停等等，各功能均有专用的操作、指示面板。

ECS功能除了完成对60个断路器的控制外，还对厂用电切换装置、机组励磁装置及同期装置等电气设备进行操作控制。

MCS功能主要完成对165个调节设备的控制和50多套自动调节回路。其中主汽温度采用3级PID控制，为使阀门开度与流量线性化特增加了一级流量控制PID；送风风量设定单独采用了一个PID，通过参数设置实现风煤交叉功能；给水设计为全程控制，低负荷（＜14%ECR）时用给水旁路阀调节汽包水位同时给水泵调节给水压力，负荷14～20%ECR时采用给水泵进行单冲量控制，高负荷（＞20%ECR）时采用给水泵进行三冲量控制。对于自动调节功能系统不仅给运行人员提供了清晰明了的操作界面，也为热工维护人员绘制了类似SAMA图式的调试界面，见下图（给水全程控制调试画面）：

后记

在项目相关各方单位的共同努力下，黔北电厂4×300MW工程#3机组的分部试运和整套启动工作紧张有序，机组整个试运过程仅用时不到4个月。自于2004年2月13日进入整套启动试运行，2月23日16：00达到满负荷试运条件并进入168小时试运行，至3月1日16：00圆满完成168小时试运，历时仅17天。在168小时试运行期间，机组连续带满负荷运行时间为136小时，机组连续平均负荷为300.3MW，平均负荷率为100.1%，平均厂用电率5.28%，热控自动投入率95%，热工保护投入率100%，热控、电气仪表投入率为100%，电气自动投入率100%，汽机各轴振、瓦振均达到优良标准，汽机真空严密性试验优良（48Pa/min），发电机漏氢量7.08Nm3/d，补水率10.6%，汽水品质各项指标合格。

#4机组于2004年9月19日进入整套启动试运行，9月22日14：00点达到满负荷试运条件，9月29日14：00点圆满完成168小时满负荷试运，历时10天。在168小时试运行期间，机组连续带满负荷运行时间为121小时，机组连续平均负荷为284.33MW，平均负荷率为94.78%，平均厂用电率5.787%，热控自动投入率95%，热工保护投入率100%，电气自动、保护投入率100%，热控、电气仪表投入率均为100%，汽机各轴承，瓦振均达到优良标准，汽机真空严密性试验优良（48Pa/min），发电机漏氢量5.1Nm3/d，补水率8.78%，汽水品质各项指标合格。HOLLiAS MACS系统运行稳定正常，系统各项功能均投入使用。