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浅析电厂集控设计与运行技术

  1 电厂集控运行概述
1.1 集散控制系统
集散控制系统(Total Distributed Control System),以下简称DCS系统,是以微处理器为基础的全分布式控制系统。自20世纪70年代第一套DCS系统问世以来,已经在工业自动化控制领域获得了广泛的应用,遍及冶金、石油化工、纺织、制造和电力等行业。
该系统的主要特征在于集中管理和分散控制,随着电子信息技术的发展,DCS系统向着网络化、实时化、高集成方向发展。DCS系统的产品繁多,但从系统组成来看,主要包括通信部分、集中管理与操作部分、分散过程控制部分,三者以通信部分作为纽带实现数据交换。
1.2 运行条件
作为电场生产环节当中的重要组成部分,要实现DCS系统需要计算技术、通信技术和硬件技术的支持。还需要拥有良好的外部环节,包括不断电的电源系统、温湿度控制系统、接地系统、集控室以及合理的线路布置。
1.3 系统特点
①标准化、模块化、通用化。DCS 系统是常规控制系统的延伸,在软硬件方面使用模块化设计,可适应多种不同的生产过程,同时采用大量标准化、通用化的技术,如PC机、PLC、操作平台等,使系统具有很高的兼容性。②控制能力。DCS 系统当中通过软件实现控制功能,不仅具备常规控制系统的控制功能,还可通过优化控制算法提高控制能力,提高系统的稳定性。③人机互动。DCS系统使用图形显示系统和计算机外设(键盘)进行操作,直观反映现场信息,值班人员可随时查看任意画面,同时通过外设键入指令,对生产过程进行调整。这种调整具有实时性,实现这一特点的关键在于分散过程控制层和通信系统。
2 电厂集控设计
某电厂拟安装2套发电机组,其中1号机组汽轮机1台,锅炉2台;2号机组汽轮机1台,锅炉1台。
2.1 系统设计
2.1.1 结构方案。DCS系统的设计应能够覆盖拟安装的2 套发电机组以及温度控制、湿度控制、减温减压站、公用系统等对象,实现集中远程控制。系统结构层次以图1所示为参考,设现场分布过程控制层、集中操作与监控层、综合管理层。组件多组双CPU冗余服务器,3号锅炉安装FSSS(锅炉炉膛安全监控系统)。2套发电机组通过控制线缆分别接入6套AS控制站,公共系统等通过现场总线接入AS控制站。接入7组OS控制站、1个历史站、1个工程师站,以工业以太网组成网络通信。
2.1.2 硬件选型
①分布式过程控制层。分布式过程控制层的核心使用西门子S7系列PLC(S7-200/300/400),设置6组冗余控制器分别控制2套机组及公用系统等。锅炉控制器使用3组CPU417-4H,汽轮机控制器采用2组CPU417-4H,公用系统采用1组CPU417-4H,使用PS407电源,通讯模块使用CP443-1、SM321、SM322、SM331、SM332 和ET200M等。
②操作管理单元。操作管理单元的工程师站的主要设备为戴尔工业控制计算机,采用西门子Step7V5.3编程平台,程序需要具备数据采集功能、回路控制功能、连锁控制功能、流量累计功能等。操作员站的工作平台统一为戴尔工业控制计算机,分配6台计算机控制锅炉,每台锅炉分配2台,汽轮机和公共系统由剩下的3台计算机控制并互为冗余,3台计算之间均可进行数据交换。组态软件使用WinCC V7.0。
③通信。CPU417-4H为西门子S7-400系列专用高性能中央处理器,带有2个通信接口:MPI/DP和DP专用接口。MPI接口可建立32个节点的简单网络,数据传输速率187.5Kbit/s。CPU可以通过通信总线与总线上的节点以及MPI 上的节点建立64 个连接。DP 专用接口为PROFIBUS总线,可实现冗余、分布式自动化组态,便于使用,可将分布式I/O作为集中式I/O来处理。每个CPU需要对ET200M 从站分配独立的IP(PROFIBUS-DP 站地址),配置CP5611TO通讯卡,分配独立IP。各层级当中的通信网络为同一个网络当中的不同网段。线材采用专用DP线,保证通讯质量。
④实现功能。一是主画面控制。主画面显示生产流程当中的各个环节检测值和设备运行情况,按生产流程依次显示。同时,给每一个控制回路设计独立控制面板,显示方式为弹出。用户可点击主画面当中的相应控制键进入需要的控制回路,操作员可在该控制面板上进行手动操作、调整参数等操作。二是显示历史曲线。对液位、温度、流量、压力等进行历史曲线显示。三是报警。若系统当中出现故障,系统会给出提示,提示内容包括软硬件的故障信息。其中,软件故障信息包括调节超时、检测值超限等用户自定义的故障;硬件故障则包括通信故障、无法启动电机等。四是参数集中显示。以表格的形式根据用户需要集中显示过程控制当中的重要数据,方便用户了解现场运行情况。五是参数设置。参数设置只能在工程师站进行,并且需要相应的控制权限,用于修改重要参数如PID控制参数等。六是打印报表。累计班别生产流量,并提供打印功能。
2.2 集控室布置
集控室作为DCS系统的中控室,操作员站、历史站和工程师站都集中于此,是整个生产环节产生的控制信息、监控信息的集散地。承担着生产指挥、调整、操作和监控的任务,布置大屏幕、电视监控和紧急停车等备用手动操作装置,方便全电厂的信息交互和展示。整体规划,按美观原则布局。
3 集控运行注意事项
3.1 建立良好的集控运行环境
DCS在运行当中对外部环境十分敏感,良好的外部运行环境对于DCS系统的安全性、可靠性、稳定性有着积极的影响。若对外部环境不重视,可能有如下问题:①电子室温度控制不到位,极易产生静电干扰;②电源不稳定或接地系统不合理等;③电缆屏蔽措施不到位,易引发DCS系统误操作。这些问题应高度重视起来,一旦有故障出现,应及时停机维修,确保系统安全。组建专门的集控室操作组,安排经验丰富、专业技术实力强、懂设备的专业人员负责监控DCS的运行情况。集控室应营造成整齐、柔美、明亮、优雅的环境,给予集控室内的工作人员舒适的工作环境。
3.2 加强设备管理
首先,明确集控运行与生产的界限,划分设备权责,从制度上清除设备管理死区、盲区;其次,建立备用通信信道,电厂与集控运行中心间的通信信道、协议、设备匹配是影响通信安全的主要因素,因此,条件允许的情况下应建立备用通信信道,同时加强通信系统的维护与管理;再者,坚持预防为主、安全生产,不放过设备的任何一点细微变化,实时了解设备动态,制定应急方案,防患于未然;最后,重视DCS 系统软硬件的更新维护,软硬件是DCS 系统的核心组成部分,其良好的运行状态是确保DCS系统安全、稳定运行的保障。
3.3 人员配置管理
技术人才是发挥先进技术的有效保障,所以电厂DCS系统的运行也需要专业的人才,确保DCS系统发挥出最大的效用。其一,权责分明,确保DCS系统安全、稳定的运行,DCS系统以微处理器为基础,依靠软件实现信息交互和分布式控制。因此,不可出现人为的随意操作,明确操作人员职责,确保软件、硬件的良好运行状态。其二,24h全天候作业,规划好工作人员班次,这是由电厂的生产时间决定的,无论何时集控室都需要留有值班人员。其三,建立长效培训机制,确保每一名在岗人员均具备相应的专业素质和技能。
4 结语
DCS系统对于电厂的自动化生产有着十分显著的促进作用,电力生产管理模式从根本上发生了改变,使电厂生产管理有了突破式的发展。因此,本文对DCS系统的设计进行了简要的探讨,突出了DCS系统的基本构成,并总结了该系统的运行条件及注意事项,而其关键就在于良好的外部环境、优秀的设备管理以及人员配置管理。稳定、可靠的DCS系统,对于电厂发电机组的正常运行、故障处理和安全启停有着重要的作用。
 


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