XDPS－400分散控制系统在纳雍电厂＃3机组的应用

分类：技术教程日期：2010-01-22 00:00:00

一、概述
纳雍电厂系新建电厂，一期建设规模为4×300MW燃煤发电机组，规划容量为4×300MW。#1、#2主机由哈尔滨三大动力厂提供，#3、#4主机由上海三大动力厂提供。＃1、#2机组DCS系统采用FOXBORO公司的产品；＃3、#4机组DCS系统采用新华控制工程有限公司的 XDPS－ 400 分散控制系统。本文着重讲述＃3机组XDPS－400系统的应用情况。
＃3机组机、炉、电主设备的配置如下：
锅炉型号为SG1025／17.44－M859；系亚临界、自然循环汽包炉，单炉膛、一次中间再热、半露天布置、全钢构架，四角切圆燃烧、平衡通风、固态排渣燃煤锅炉；炉四角煤燃烧器分6层，油燃烧器分3层；锅炉点火采用高能点火器点燃轻柴油，再点燃煤粉的二级点火方式。过热汽采用二级喷水减温方式，再热汽采用尾部烟气挡板调温并辅以事故喷水。
汽轮机型号为 N300－16.7/537/537；系亚临界、中间再热、高中压合缸、单轴、双缸、双排汽、凝汽式、全电调型；高压缸启动。
发电机型号为QFSN－300－2型；励磁方式采用自并励静止励磁方式。
DCS按照功能分散的原则设计。DCS的功能包括数据采集（DAS）、模拟量控制（MCS）、顺序控制（SCS）、锅炉炉膛安全监控（FSSS）、旁路控制系统（BPS）、电气控制系统 ( ECS) DCS设置公用网络，循环水泵房（远程IO）、空压机站（PLC控制）和厂用电公用部分等辅助公用系统纳入公用网络监控，可由单元机组DCS操作员站进行监控。
另外，采用XDPS系统一体化的汽机电液调节系统DEH - ⅢA 系统和小汽机电液调节系统 (MEH)。
二、各系统的IO点数
I/ O 总点数3、4号单元机组 I/ O 总点数达到 4703 点 ,2 台机组公用部分为 530 点。通讯总点数为1605点。
具体点数分布如表 1 、表 2和表3 。

三、XDPS - 400在纳雍3号机组中的网络结构及系统硬件配置
XDPS - 400系统的一体化结构中，DEH、MEH 与ECS、FSSS、SCS、MCS、DAS 等子系统都只是整个 DCS 系统的一个个子站，网络结构见图 1。A网和 B 网是互为冗用的实时数据网，C 网是上位机管理网，实现 MMI 站之间的文件和设备资源的传递与共享。
XDPS-400系统共包括34个机柜，23对冗余DPU、5个操作员站、2个工程师站、1个SIS接口站、1个历史数据站和 1 套大屏幕系统。其中 DAS2、DAS4、MCS2、MCS4、FSSS2、FSSS4、SCS2、SCS5、ECS2、C0M2 、RM1(远程控制柜)机柜为控制柜，DAS1、DAS3、DAS5、MCS1、MCS3、MCS5、FSSS1、FSSS3、FSSS5、SCS1、SCS3、SCS4、SCS6、ECS1、ECS3、C0M1、C0M3、 RM2(远程端子柜)机柜为端子柜，DCS1_HB机柜为交换机柜，DCS2_PR机柜为电源柜，DCS3_MC机柜为热工继电器混装柜，DCS4_RC机柜为电气继电器扩展柜，COM4_RC机柜为公用系统继电器扩展柜。
DPU1/21、DPU2/22是DAS系统；
DPU3/23、DPU4/24、DPU5/25是MCS系统；
DPU6/26、DPU7/27、DPU8/28、DPU9/29是SCS系统；
DPU16/36、DPU17/37、DPU18/38是FSSS系统；
DPU19/39、DPU20/40是ECS系统。
DPU11/31、DPU12/32是DEH系统。
DPU14/34、DPU15/35是MEH系统。
DPU64/84、DPU65/85、DPU66/86是公用系统；其中DPU64/84是循环水泵房远程控制系统，DPU65/85是热工公用系统，DPU66/86是电气公用系统。
DPU61/DPU81、DPU63/83与其他系统通讯用的DPU。DPU61/81是与华东电站的IDAS系统通讯， DPU63/83是与南京东大公司的厂用电监控系统通讯。
各子系统的IO卡件的分布表如表4所示:

四、XDPS 系统的软件及其监控功能
操作系统采用WINDOWS NT4.0，DCS、DEH均采用XDPS2.05SP+软件，软件体系分为人机接口、DPU站的过程控制软件和GTW软件三大部分,通过系统网络与I/O网络的通讯软件融为一体，完成生产过程的实时控制、监视和操作。
由于XDPS系统的组态采用图形方式，符合IEC-1131-3标准，具有极强的在线组态、系统仿真和调试能力。同时编辑、生成系统软件采用全中文，十分符合国人的习惯，技术工作人员依据此强大的功能，较容易出色地完成技术协议书上地各项技术控制要求。
XDPS - 400 DPU组态软件有许多独特且较常用的功能块，略作介绍供参考。
(1) 查表式模糊控制器 FTAB 。此功能块主要用于一些对象输入－输出关系不确定的系统；也可适用与大延迟、大惯性对象特性的系统。如制粉系统或汽温系统的自动控制，它有 5 个输入 3 个输出。5 个输入中 E 和 EC 分别是测量值与给定值的偏差和偏差的变化率 ,其他 3 个信号实现跟踪切换和比例调节作用，在自动调节系统中，利用此功能块，根据输入偏差和偏差变化率的大小查根据经验输入的模糊控制表，可方便地实现智能化控制。

(2) 慢信号保护模块 SAIPRO。在DCS 改造前的常规仪表控制时，由于辅机轴承温度信号异常而引起保护误动，引发事故较多。利用 XDPS -400系统实现 DCS 控制后，可利用此慢信号保护模块，检测输入信号的变化度，不但可以实现断信号保护，而且可以剔除热电阻由于接触不良而引起限值升高时的坏信号，极大地减少了辅机轴承温度高保护误动的可能性。
(3) 数字手操器 DEVICE。该模块是XDPS -400系统SCS逻辑组态软件中最常用的块。DEVICE 块可以接受上一级顺控指令或由操作人员 CRT上的操作指令完成不同类型设备基本的控制和联锁保护逻辑，包括：6 kV/ 400 V 单向电动机，双向电动机，单线圈电磁阀，双线圈电磁阀等。不同类型的设备因联锁保护条件不同而组态略有不同，但只要理解了 DEVICE 块各输入输出口的作用就理解各种不同类型设备的组态。
(4) 开关首出序号指示模块 FIRST, 该功能块从 16 个输入中计算出第一个从 0 变为 1 的开关量的序号，大大简化了动作条件复杂时的首出记忆组态，同时很直观地将首出信息反映在CRT画面上，在系统自动切手动原因、主辅机设备保护动作、跳闸首出原因及联锁保护条件满足与否组态逻辑中应用。
(5) 预估控制模块Smith是克服被控对象大惯性、大滞后特性的有效方法。但其特点是抗干扰能力差，模型失配适应能力差，是制约该模块应用的主要因素。一般和其他模块如PID、模糊控制块结合起来一起使用。XDPS系统将Smith等效成PID控制的形式，便于在实践中使用；在本工程项目中，主汽温度控制使用PID和Smith串级控制取得比常规PID串级调节更好的控制效果。
因为 XDPS - 400 系统DPU 组态软件有许多集成较好的预定义功能块，所以 XDPS - 400系统DPU 组态文件看起来简单明了，外部设备虽不同，但其组态文件却有很大程度的通用性，一般热工人员只要看懂了一种设备的组态方法，就能举一反三理解其他设备的组态原理。
XDPS－400型 DCS 系统组态灵活方便，均可在线进行的优点给热控系统调试及维护工作带来了极大方便。
五、与其他系统的通讯接口
XDPS系统具有良好的通讯接口能力。与其他的系统的接口方便、可靠；同时又能保证信号的实时性。在纳雍＃3机组中与其他系统的接口主要有：与华东电站的IDAS系统、东大公司的厂用电监控系统、和ABB公司的SIS系统通讯。与IDAS、厂用电监控系统的通讯采用双网络、冗余硬件配置结构，采用485物理接口、Mobus通讯协议；与SIS系统通讯采用以太网TCP/IP的UDP数据包方式进行接口通讯。
由于与厂用电监控系统的通讯量很大，通讯内容有:
●6KV部分每台保护装置（WDZ-410、WDZ-430、WDZ-440等）上送信息如下：
模拟量：电流1个，有功功率1个，每段公共母线送电压量3个；
开关量：①保护动作\告警总信号 ②控制回路断线信号 ③远方\就地信号 ④工作位信号 ⑤试验位信号 ⑥装置异常信号 ⑦通讯状态信号 ⑧弹簧未储能信号
●380V部分每台测控装置（WDZ-486）上送信息如下
模拟量：电流2个，有功功率2个，每段送电压量3个；
开关量：有控制部分送 ①工作位置信号 ②合闸位置信号 ③远方\就地信号④装置异常信号 ⑤通讯状态信号 ⑥控制回路短线信号。○7无控制部分仅送合闸位置信号
●其它智能设备（发变组、快切、直流屏等）参照#1#2机形式作相应简化修改。
上述部分通讯点（ECS系统中没有设计用硬接线方式）直接参与ECS系统的逻辑控制；由于在纳雍电厂＃1、2机组这部分通讯存在通讯不畅、接口通讯困难等原因，在纳雍＃3机组电厂曾一度担心这方面的通讯的问题，新华和东大公司在出厂前就在新华公司讨论技术要求和实施方案，并进行系统联调，在现场通讯结果取得一次成功，应用上达到理想的无缝连接效果。
具体实施方案如下：
单元机组DCS各提供一对DPU分别与通讯服务器以太网RJ45口相连，每个通讯服务器提供四个串口分别与东大厂用电系统6KV、380V、公用系统、智能设备4个485接口通讯。通讯服务器代替原技术协议方案中的四串口卡，系统结构稍做改变，比较起来，这种方案更加合理，系统维护方便、灵活。
六、系统的调试及投运
纳雍电厂＃3机组从2003年11月份系统上电以来，就已进入系统的调试。在贵州电力试验研究院、纳雍发电总厂、贵州电建一公司和新华控制工程有限公司的共同努力下，保质保量地完成＃3机组的调试工作并顺利移交生产。在系统分步试运转调试阶段，完成DAS、 FSSS、SCS、ECS系统的功能调试；同时，利用一切可能的机会，进行MCS系统的模拟仿真试验和动态对象的扰动测试试验工作；终于在168开始进行时，就达到热工保护投入率、自动投入率100％；4月16日在机炉协调方式下，将负荷从220MW以4MW/Min的速率直接带到满负荷；之后在CCS协调控制方式下稳定、高品质地完成以下168小时的考核工作；创下贵州省新建300MW机组168小时考核阶段最好的运行记录。
协调控制系统是将汽机、锅炉作为整体考虑,连续控制、联锁保护、逻辑控制、报警显示、监控管理、数据通讯等方面的设计上均考虑到这一点。在能量平衡控制策略基础上，通过前馈/反馈、连续/断续、非线性、方向控制等控制机理的有机结合，来协调控制机组功率与机前压力，协调处理负荷要求与实际能力的平衡。在保证机组具备快速负荷响应能力的同时，维持机组主要运行参数的稳定。当机组出现辅机故障时, 还设计有 RB /RU /RD 等故障处理逻辑。各子控制系统均具有自动/手动自动切换和参数越限报警功能。因此, 提高了机组运行的安全可靠性。
投入协调控制系统, 增加了机组主要运行参数的稳定性, 能够实现锅炉优化燃烧, 并可使机组选择更为合理的运行方式, 明显提高了机组运行的经济性, 168运行后的热效率试验结果表明, 协调控制系统可综合降低煤耗 2g/(kW h)，仅此一项，每年可创造可观的经济效益；另外，还可减少运行误操引起锅炉熄火或汽机跳闸带来的间接损失。协调控制的投入, 机组的自动投入率达到100％, 机组的自动化水平之高, 降低运行劳动工作强度，为电厂减员增效、实现全能值班创造了条件。协调控制系统提高了机组的负荷控制精度, 增强了机组的顶尖峰、压低谷、压直线运行的能力, 并可接受调度的 ADS 指令, 为最终实现电网的 AGC控制打下基础, 为电厂的竞价上网创造了条件。
系统调试运行期间出现的问题及解决的办法：
●按照系统接地要求，DCS系统单点接地。由于DCS机柜在安装开始，没有注意机柜的接地问题，等机柜准备上电验收系统接地情况时发现部分机柜直接接地，电建公司又重新排查每排机柜接地故障，直至所有的机柜浮空，再将机柜的数字、模拟地汇总最终接到总的接地点。
●从机组上电调试一直到现在，XDPS系统硬件故障率较低。无一卡件上电受损，现场有三块Pt100端子板DC-DC稳压模块电压偏高，引起温度信号精度偏差过大，及时给予跟换；另外，一块DI卡件在上电初时芯片程序丢失重新烧制程序。
●MCS系统两对DPU放在一个控制机柜，由于一个DPU中一个IO站点配置重复，导致相应的AO端子信号跳动，重新设置软件配置，恢复正常。
●在168期间和移交生产后，多块AI卡件出现信号抖动现象，主要是这批AI卡生产比较早，一块芯片是分立插拔时，由于长途运输、震动等引起芯片管脚接触不良引起，按照电厂的提出的方案，换成新华公司全部是焊接工艺的AI卡件，消除了AI信号抖动的现象。