新华XDPS系统在珠江电厂的应用

一、设备概况
珠江电厂#1~#4机组于1993年~1995年陆续投入运行。各机组三大主机均为哈尔滨产，锅炉为亚临界中间再热自然循环直吹式汽包炉，四角喷燃切圆燃烧。送、引、一次风机为动叶可调轴流式风机。给水系统配用2台50%气动给水泵和1台50%电动调速给水泵。过热汽温采用二级喷水减温，再热汽温采取摆动燃烧器为主，事故喷水为辅调节。热工控制系统主要由WESTINGHOUSE WDPF Ⅱ（实现DAS、CCS功能）、FORNEY AFS-1000（锅炉燃烧控制）、上海新华DEH Ⅲ（汽轮机控制）、瑞士苏尔寿BPC（旁路控制系统）组成。原来的WDPF系统包括14对冗余DPU，1个历史站，1个记录站，4个操作员站，1个工程师站，受控设备包括CCS系统、DAS系统、电动门、电机控制。
为适应电力市场发展的需要，珠江电厂于2001年3月对1号机组控制系统进行机炉电一体化改造，到2004年完成了4台机组的DCS系统改造。改造范围包括DAS、MCS、BMS、SCS、ETS、ECS及集控室的装修工程。DCS改造采用了上海新华公司XDPS-400（#4机组是400+）分散控制系统。改造后取消了原来的LIM硬手操，保留原来的伺放柜，调节设备的操作全部采用CRT软手操。配置了大屏幕显示系统。硬手操只有9个停机按钮。
以#1机组为例，整个DCS系统共配置了19对冗余的DPU用于过程监控。DPU的分配如下：
DEH系统： 2对(#1&#21、#2&#22)
MEH系统： 2对(#3&#23、#4&#24)
DAS&MCS系统： 5对(#6&#26、#7&#27、#8&#28、#9&#29、#10&#30)
BMS系统： 2对(#11&#31、#12&#32)
SCS系统： 4对(#13&#33、#14&#34、#15&#35、#16&#36)
ECS系统： 2对(#17&#37、#18&#38)
#1机组配置了26台IDAS智能前端，用于温度信号采集，通过1对DPU(#19、#39)与DCS系统通讯。ETS系统采用的是SIEMENS的S7系列PLC。
#2、#4机组SCS系统增加DPU#20&#40；ECS系统增加DPU19&#39，#2~#4机组取消了IDAS，增加DPU61、81用于原温度信号DAS采集。#2~#4机组ETS系统采用新华公司产品。系统配置有1个电源分配柜；20个I/O端子柜；3个扩展继电器柜；2个电磁阀配电柜；1个隔离继电器柜；1个ETS控制柜；1个火检放大器柜。系统还配置了13个转接柜用于原系统端子的转接及部分仪表的安装。系统共配置12台MMI站（人机接口站），包括8台操作员站，2台工程师站，1台历史数据站，1台MIS站。运行操作员站配置液晶CRT，集控室配置5台背投式大屏幕显示器。网络升级前各DPU之间采用以太网联结，分A、B、C三个网；其中A、B网用于实时控制，C网用于各MMI站之间的文件传送。为了降低网络负荷率，采用了分段网络设计，将各个DPU及MMI站根据其机柜安装位置及风险考虑分为四个网段，然后通过集线器及以太网交换机将四个网段联结成一条完整的高速公路。网络升级后，由原来的10M网升级为100M虚拟环网，更换同轴电缆为光缆，安装赫斯曼交换机（10/100M自适应）构建虚拟环网。实时网采用虚拟环网形式，实时网具有"自愈"功能，信息网采用星型联接形式。通讯总线负荷率不大于20%。
#1机组系统I/O统计：

#1机组I/O卡件配置：

#1机组实际配置的I/O点数：

二、各系统功能
2.1 DEH系统：
● 自动升速
转速PID闭环调节，控制指令输出改变阀门开度调节实际转速为目标转速。
● 自动同期
当实际转速大于2950R/MIN小于3025时，投入该功能，接受自动同期装置指令信号， 改变转速与网频一致，实现并网。
● 超速保护及试验功能
OPC：当转速大于3090r/min时，发出OPC信号，关闭高中压调门，并使转速稳定在3000r/min。
AST：当转速大于3300r/min时，发出AST信号至ETS，使汽机跳闸。
超速试验：可分别进行OPC、AST及机械超速试验。
● 汽机阀门严密性试验功能
通过该功能可同时关闭高中压调门，进行调门严密性试验；
同时关闭高中压主汽门，进行主汽门严密性试验。
● 并网带初负荷功能
接受电气来的并网信号，预开高压调门，使机组带初负荷，防止机组逆功率运行。
● 功率回路
功率PI闭环调节，使实际负荷与负荷给定值一致。
● 调节级压力回路
调节级压力PI闭环调节，使实际负荷与负荷给定值一致。
● 一次调频回路
通过该功能使机组参与调频。
● 阀门松动试验功能
通过把高压主汽门、高压调门、中压调门关闭20%，检测阀门有否卡涩。
● 阀门全行程试验功能
进行阀门全关活动试验，检测阀门有否卡涩，确保机组安全运行。
● 单/多阀切换功能
确保单/多阀切换过程中负荷无大的扰动。
● TPC（低汽压保护）功能
当主汽压低于低汽压保护设定值时，DEH关闭调门，升汽压，直至主汽压高于低汽压保护设定值。
● 机调压功能
通过汽机改变调门开度来调整主汽压。
● 手/自动切换功能
手/自动切换时确保阀门无扰。以便故障状态下能通过手动直接控制阀门调节负荷。
● CCS协调功能
接受CCS协调指令改变负荷定值调节负荷。
● ATC启动功能
通过应力计算由计算机直接给定转速定值、升速率等进行启动。
● 按经验曲线启动功能
按电厂冷态、温态、热态启动曲线启动。
● 甩负荷
2.2 MEH系统：
● 软手操
转速开环控制回路，用于刚开机及转速闭环回路故障情况下的阀门控制。
● 转速自动
转速闭环控制回路，转速定值可通过转速增减按钮给定，也可通过设定目标值给定，转速自动转速控制范围为600r/min~6900r/min。
● 锅炉自动
MEH接受CCS来的转速指令信号控制转速，达到给水要求，锅炉自动转速控制范围为3100r/min~5750r/min。
● 超速保护功能
当转速大于6320 r/min（110%N）及6890 r/min（120%N）时，MEH发出脱扣信号使汽机跳闸，
● 超速保护试验功能
当钥匙开关打在电气位置时，可进行电气超速试验，打在机械位置时，可进行机械超速试验。
● 主汽门试验
在正常运行中，通过按主汽门试验按钮，可对主汽门进行试验。
2.3 ETS系统：
● 紧急停机功能
接受EH油压低、润滑油压低、真空低、轴向位移大、锅炉MFT、发电机主保护动作、轴承振动大、差胀危险、DEH手动停机、高压缸压比低、高排温度高、DEH失电停机、DEH110%N超速停机、全停按钮等停机信号，送出停机指令，使AST电磁阀失电，汽机跳闸。
接受全停按钮信号，使AST电磁阀控制回路直接失电，以保证PLC故障情况下的停机功能。
● 挂闸功能
接受DEH来的ETS复位信号，在汽机允许复位状态下使AST电磁阀带电，汽机挂闸。
● 跳机首发记录
汽机发生跳闸后，记录首发跳机信号，并在PLC的DO卡上点灯显示。
● 跳机信号SOE记录
汽机发生跳闸后，输出引起跳机的相关信号至SOE，以便故障分析。至SOE信号包括：EH油压低、润滑油压低、真空低、轴向位移大、锅炉MFT、发电机主保护动作、轴承振动大、差胀危险、DEH手动停机、高压缸压比低、高排温度高、DEH失电停机、DEH110%N超速停机、全停按钮等停机。
● ETS停机保护切除功能
接受DEH来的相关停机保护切除信号，使该信号停机保护功能切除。切除功能的操作只能在DCS工程师站二上完成。切除信号包括：EH油压低停机切除、润滑油压低停机切除、真空低停机切除、轴向位移大停机切除、锅炉MFT停机切除、发电机主保护动作停机切除、轴承振动大停机切除、差胀危险停机切除、高压缸压比低停机切除、高排温度高停机切除、DEH110%N超速停机停机切除、ETS超速停机切除
● 测速功能
接受现场来的转速脉冲信号，经PLC处理后转换成数字信号，当转速大于3300r/min时，发出超速跳机信号。同时ETS把转速信号经AO输出至DEH实现实时监视。转速信号有两路，一路送PLCA，另一路送PLCB。
● ETS在线试验功能
通过DEH控制EH油压低、润滑油压低、真空低试验电磁阀，ETS可使单侧AST电磁阀失电，以便在不停机状态下检查AST电磁阀及信号压力开关是否正常。
2.4 DAS系统：
● 过程数据采集、显示
● 工艺流程图显示，棒图、趋势图显示
● 过程报警显示，CRT软光字牌及语音报警
● 历史数据记录及显示，SOE记录
● 报表生成及打印
2.5 BMS系统：
● 炉膛吹扫
● 燃油泄漏试验
● 主燃料跳闸（MFT）及首出原因显示
● 燃油跳闸（OFT）及首出原因显示
● 燃油系统控制，包括燃油泵的启停；跳闸阀、回油阀及旁路阀控制；
● RUNBACK功能
● FCB功能
● 油层燃烧控制，包括油层的启停、跳闸及火焰监视
● 制粉系统控制，包括制粉系统的启停、跳闸（MTR）及首出显示；火焰监视
● 密封风机及进出口门控制
● 火检风机，火焰电视冷却水泵等辅助设备的控制
2.6 MCS系统：
● 机组协调控制
包括DEB（直接能量平衡）、TF、CCBF、CCTF四种机组协调运行方式；
RUNBACK功能，可在重要辅机跳闸时，根据机组当前运行状况，快速降低机组目标负荷，维持机组稳定安全运行。
● 炉膛负压控制
● 送风及氧量控制
● 一次风压控制
● 辅助风挡板控制
● 制粉系统调节
包括磨入口风量、出口粉温控制、给煤机给煤量控制
● 汽包水位控制
在30%负荷以下，给水旁路阀单冲量调节；30%负荷以上，给水泵（电泵、汽泵）转速投自动，给水投三冲量调节。
● 过热汽温控制
分一级、二级两段喷水减温控制过热汽温。
● 再热汽温控制
燃烧器摆角控制、左右侧事故喷水控制
● 除氧器控制
包括压力和水位控制
● 高、低加水位控制
● 其他控制
辅汽系统控制，包括压力、温度控制
闭式水压力控制
补水箱水位控制
凝汽器水位控制
汽封系统控制
包括压力和温度控制
连排扩容器液位控制
吹灰系统压力、温度控制
2.7 SCS系统：
SCS系统分炉侧和机侧两部分，炉侧受控对象主要为：
● 空预器子组设备控制
包括空预器马达及其出入口门的控制
● 引风机子组控制
包括引风机马达及其出口门，轴冷风机、油站控制
● 送风机子组控制
包括送风机马达及其出口门，热再循环门，油站控制
● 一次风机子组
包括一次风机马达及其出口门，冷、热再循环门，轴冷风机、油站控制
● 过热器出口释放阀控制
机侧受控对象主要为：
● 凝结水系统设备控制
包括凝结水泵、凝补泵及电动门等
● 汽机本体的部分马达控制
包括汽机复位油泵，润滑油泵，顶轴油泵等设备的控制
● EH油泵控制
● 发电机系统的马达控制
包括密封油泵和氢冷升压泵控制
● 闭式循环水系统设备控制
● 给水泵子组设备控制
包括电泵、汽泵前置泵及其进出口门，润滑油泵，最小流量阀等
● 加热器控制
包括除氧器，#1~#3高加，#5~#8低加的进出口阀及疏水阀控制
● 汽机疏水控制
包括大机和小机的疏水阀控制
2.8 BOP系统：
● 吹灰程控
● 空预器间隙控制
● 定排连排控制
● 凝汽器胶球清洗控制
● 空预器氢气脉冲吹灰系统控制
SCS系统除完成各设备的单操及联锁逻辑外，还可完成对子组的顺序启停控制。所有设备的操作在CRT的软手操上完成；软手操器除完成设备的启停/开关操作外，还具有必要的操作提示信息显示。
2.9 ECS系统：
此次改造ECS系统所涉及的开关共39个，分别为：
● 发变组（包括励磁系统）：2201、41E、2ZKK、1ME、2ME、FMK
● 6kV厂用电系统：601a、601b、610a、610b
● 05T起备变系统：2211、605a、605b、650a、650b、600Ia、600Ib
● 380V厂用电系统：611、411A、411B、411C、612、412A、412B、412C、615
● 保安段系统：I-2ZZK、I-3ZZK、I-4ZZK、I-5ZZK
● 除尘及照明段：613、413A、413C、614、414A、414C
2.10 联锁功能：
● I1T、I2T、I3T高压联掉低压功能
● 6kV厂用IA（IB）段低电压掉601a（601b）联锁功能
● 6kV公用IA（IB）段低电压掉605a（605b）联锁功能
● 380V厂用Ia（Ib）段低电压掉411A（411B）联锁功能
● 6kV厂用IA（IB）段备自投功能
● 6kV公用IA（IB）段备自投功能
● 380V厂用Ia（Ib）段备自投功能
● 除尘I段备自投功能
● 照明I段备自投功能
2.11 电气程控：
● 6kV厂用电自动倒换功能
● 主/备励自动互相倒换功能
● 顺控并网功能
三、系统调试中发现的主要问题
以下几点调试心得及有关问题的解决：
(1) 转速探头的选型需注意，调试时由于转速探头的原因，A、B小机在4000转以上时，A、B测速通道存在偏差；在5380转以上时，转速探头漏齿测量不准，当机组在满负荷时，易引起给水波动。
(2) 在点目录中多加一些备用点可方便在线组态调试。
(3) 原硬手操设备虽已取消，但硬手操的设计思想不可取消。
(4) 在控制回路设计调试时，应注意控制逻辑的时序错误可能造成自动控制系统产生错误或失控。
(5) 重要逻辑回路最好能先仿真试验，可避免一些错误；
(6) 发变组同期由于电厂接线方式比较特殊，使得在同期卡电压输入在幅值相差6V~7V时，实际开关两端已经到达同期点。更改接线方式，解决这一问题。
四、系统维护中发生的主要问题
(1) DEH系统#2高压主汽门突然关下，原因是VCC卡上采保电路故障导致阀门指令A值突然置0；
(2) VCC卡曾出现通讯故障报警；
(3) 大屏幕灯泡投运2个月，已坏6个灯泡；
(4) #2机组曾出现多块卡件故障报警，有时可自动恢复；
(5) 同期卡报故障，同期卡升级后程序冲突；
(6) 工作站BNC网卡曾出现多次损坏，引起站脱网；
(7) 操作站经常出现光标不动，重新断电复位正常；
(8) RTD端子板（CU50）曾出现全部测点显示偏高缓慢波动；
(9) 工作站上的运行和其他系统通讯的VDPU易引起工作站死机；
(10) 网络数据量太大引起阻塞时，曾导致全部DPU重启，升级软件解决；
五、投运效果和应用心得
我厂#1~#4机组经调试后，在170~300MW的大范围内可以15MW/MIN的速率进行变负荷试验，并具备投运AGC遥调功能，调节品质达到《热工计量及监督规程标准》，到2001年10月25日，投入摆角自动后，自动控制系统自动投入率达100%，各机组现已长期投运协调控制运行。2003年10月23日，#1机组进行了送、引风机RB工况试验，整个RB过程相关设备动作基本正常，回路调节功能正常并得到了完善，送、引风机RB功能可以正常投入。由于电网运行对机组负荷的要求，有待今后进行高负荷下的RB工况试验，进一步调整控制回路的参数，优化控制效果。
新华XDPS-400分散控制系统软、硬件与通讯都采用了国际标准或主流产品，人机接口采用标准品牌PC机，全汉化显示，通过以太网与其他信息网络连接，从而实现全厂工业生产过程控制、测量、生产管理信息一体化。在实际使用中，我们认为有以下优点和不足：
(1) 一体化改造后机炉电信息资源共享，可互相调用，减少了不同系统间接口的麻烦，DCS控制范围的扩展能力加强。
(2) 各子系统的控制采用相同的硬件完成，大大减少了备品备件的品种及数量，节省了大量的维护费用。
(3) 一体化改造后方便了机组自动化水平的提高，为机组级程控提供了强有力的手段。
(4) 工程师站组态软件界面友好，SAMA图与组态图一致的图形化组态方便实用，打印和显示所见即所得，并可离线、远程组态。
(5) 虚拟DPU可将非本系统的控制设备或现场智能仪表映射为DPU节点，扩展了应用场合；同时也可用于系统仿真，方便了在线调试。
(6) 强大的图形生成软件可让用户在很短的时间内生成彩色图形，加快了工程进度。
(7) 任一在线组态模块均可强制，提高了调试及消缺的安全性。
(8) 操作员站单点趋势范围应可以记忆修改值，方便运行人员。
(9) 调试中修改PID参数时DPU最好能够自动拷贝。
(10) DPU电源低电压切换功能有待完善。