MACS系统在天铁空分厂汽轮拖动空压机一体化上的应用

一、 项目简介

天铁集团空分厂两台汽轮空压机NG25/20、ENK/56/60/75是97年投产，汽轮空压机分别是由杭州汽轮机厂生产的NG25/20(背压式0.16MW)、ENK50/56/75(抽气式0.93MW)汽轮机与开封空压机厂生产的离心式空压机相配套。汽轮机为变、定转速背压式（抽汽式）工业汽轮机。空分装置容量为15000m³/h，以汽轮机拖动空气透平压缩机，采用液氧内压缩工艺流程，主要用于富氧炼铁。原调节系统采用液压调节方式，对空压机出口的风压和汽轮机转速及抽汽实现控制，通过放空阀来维持空压机出口风压，以满足不同工况下进风要求，汽轮机的变转速范围为4828~5964r/min，可调抽汽压力为0.49/0.59Mpa，排气压力0.008Mpa。

该系统改造，采用的设备是杭州和利时自动化有限公司的MACS集散控制系统，采用高压自容式纯电调来取代原液压调节保安系统中的液压调节系统，原保安系统保留并增加了自动控制电磁阀和相应阀块。改造的目标是在集控室完成空压机、压缩机、空分设备的启动、停机、正常运行和事故处理及数据上层监控。改造的范围包括：顺序控制系统（SCS）；数据采集系统（DAS）；拖动汽轮机数字电液控制系统（DEH）；拖动汽轮机紧急跳闸系统（ETS）；空分控制系统；与厂管理网(MIS)的通讯系统。改造的物理测点数为500点左右，仅保留以下常规操作和监视设备：紧急停机按钮、ETS复位按钮、DEH手操盘。改造时间从2007年11月21日至12月29日，历时40天。为了做好这次改造，天铁空分厂的工程技术人员进行了大量细致的工作，并参加了设备选型、测点分站、方案设计、算法组态、动静态调试等全过程。

二、系统配置及功能

（1）系统硬件配置

·现场控制站3套，其中拖动汽轮机2套，完成空压机和压缩机的控制和ETS保护；空分1套，完成空分设备的控制和保护。另有电源控制柜一面，空分扩展柜一面。

·服务器两台（冗余配置），完成历史数据的管理和系统装载等功能。

·操作员站3台，其中一台为空分操作站，两台为汽机操作站，画面可相互转换。

·通讯站一套（服务器兼），与厂管理网MIS进行通讯。

·液压部套1套：伺服油动机，供油系统，保安系统。

（2）系统网络配置

·第一层控制网，在现场控制站内，由PROFIBUS-DP组成，用于站内数据的交换。

·第二层系统网，位于I/O站间及I/O站和服务器间，为100M以太网，用于I/O站间的数据交换及I/O站和服务器的数据交换。

·第三层管理网，位于操作员站（工程师站）和服务器间，为100M以太网，用于操作员站和服务器的数据交换。

（3）测点分站原则
　　这次改造中，测点的分站采用工艺系统和功能兼顾分站的原则，这种分站具有所需测点少、站间引用少的优点。

（4）控制功能实现

▲DAS部分

·完成参数和设备状态的显示报警、历史曲线记录、事故追忆、报表打印等功能。

▲SCS部分

·完成所有设备的手动操作功能；

· 完成顺控设备联锁的功能，工作备用的互联及低参数联启备用等功能；

·完成盘车装置顺序启停控制功能；

▲DEH部分

·完成转速、送风和放风控制；

·完成超速试验、阀门活动试验、阀门严密性等试验；

·完成103％、110％超速保护及风机出口超压保护功能；

·仿真模拟功能；

·紧急手动功能；

▲ETS部分

·完成拖动汽机危急保护跳闸的功能；

▲空分部分

·预冷系统；

·纯化系统；

·膨胀机系统；

·主换热器系统；

·分馏塔系统；

三、改造特点

● 集控室的布置采用以CRT为操作平台的环境，取掉原来的金属盘台和立屏，取掉大量的常规仪表和操作开关，取掉所有的热工信号。随着自动化水平的提高，改造集控室布置，使信息中心化是发展的趋势；

● 由于MACS系统采用了先进的编译下装原理，实现了数据库、设备组态、报表图形、控制方案等的无扰下装。

● 控制效果理想：作为统一的被控对象，系统动态响应快，控制周期最小设置50ms；控制精度高，转速控制精度<±2rpm/m，解决了大范围转速闭环控制问题。

● 液压部套为分体自容式油动机，EH油站和油动机分开，透平保安系统与自容式液压部套分离，没有硬件上的联系，这样安装方便，不用考虑透平油污染造成伺服阀卡涩问题，同时解决了老式油动机提升力不够反映不灵敏和寄生反馈的问题。

● 人机界面统一：该系统中DEH、ETS、空分控制功能相对独立，但集中控制，其上层画面可相互切换，画面风格统一。数据共享方便：底层数据可以互相引用，节省了部分物理点，对站间引用免去了硬接线连接。

●基于和利时公司新一代DCS系统产品整合起来的一体化系统还具有如下特点：采用PROFIBUS－DP总线技术，全方位的冗余技术:主控单元冗余、系统电源冗余、I/O模块可冗余、网络冗余、服务器冗余、测速模块三取二冗余、LVDT冗余，主控单元、I/O模块均可带电插拔，模块智能化、小型化，液压系统采用的电液转换器具有抗污染能力强、无卡涩、运行稳定的性能，具有针对空分行业的图库以及标准功能块，具有在线调试与仿真功能、强大的趋势、报表和日志管理功能。

四、改造后主要技术指标

·转速控制范围：60~6363r/min（小机60~14100r/min）

·转速控制精度：≤+2r/m

·转速不等率：3%~6%范围内在线可调

·空压机出口压力精度：≤+0.01MPa

·升速率控制精度：+0.1%

·控制系统不灵敏度：<0.06%

·DEH装置MTBF：≥20000小时

·系统可用率：≥99.9%

五、经济分析

机组控制室盘台的改造，取消了沿用10年的国外老系统，监视运算设备全面升级，提高了性能，节约了许多备品备件费用。由于MACSV系统所用的模块都可带电插拔，这大大缩短了消缺时间，及时消除安全隐患，为机组安全、稳定发电提供了保障。拖动汽轮机调速系统改为数字式电液调节系统（DEH），提高了汽机运行的安全性和稳定性，减少了机组的非计划停机次数，经济效益大为提高。