2000年电厂自动化设计展望

2000年电厂自动化设计展望

徐继刚

【摘要】从电力设计的角度，阐述了2000年电厂自动化设计中遇到的问题和发展趋势，包括现场总线的应用、分散控制系统(DCS)的物理分散和软件优化、常用辅助系统的集中控制等。指出设计的关键是扩大集散控制系统的规模和进一步开发潜力，并在全厂建立计算机网络。[关键词]自动化设计集散控制系统现场总线软件优化辅助系统

2000年上半年动力装置设计展望

摘要：从电源设计的角度，阐述了2000年上半年电源自动化设计的问题和发展趋势，包括现场总线的应用、物理集中和分布式控制系统的软件优化、公共辅助系统的集中控制等。它表明，设计的关键是规模扩大和潜力进一步发展，以及建立一个计算机网络和一个工厂。自动设计；分布式控制系统；现场总线；软件辅助系统的优化

近10年来，分布式控制系统在我大型燃煤电厂得到了广泛的应用。它以强大的功能优势取代了常规仪器，提高了机组的控制性能，合理有效地利用了资源，使自动化水平和管理水平达到了更高的水平。面对日新月异的计算机、通信、控制和显示技术，集散控制系统在2000年设计的新电厂中的地位和作用将发生变化。本文将探讨其发展趋势。

1现场总线的应用

现场总线(FCS)具有无可比拟的优势，如大大减少硬件设备和安装材料，进一步提高调控的质量和精度，促进更灵活的系统配置和更方便的操作维护等。这引起了仪表控制专家的广泛关注，未来的工业控制将是FCS的天下。随着2000年电厂仪表控制系统的设计，能否采用现场总线已成为先要问题。在充分考虑先进性的前提下，先先要考虑可行性。虽然FCS已经在石化、水电等行业小规模应用并积累了一些经验，但在不久的将来作为大型燃煤电厂的主控系统还为时过早。FCS提出了十年，但是进展很慢。一方面，它涉及到几乎每一个工业领域的现场设备和控制系统底层的互联通讯，并且在技术、标准和行业习惯上存在很多问题，需要大量的时间、人力和物力去研究；另一方面是商业利益的再分配。1994年，FF(FieldBusFoundation)正式成立，但要创造出真正具有实用价值并得到工业广泛认可的新一代FCS，还需要很长时间。目前，小型FCS已在安庆石化公司腈纶厂乙腈厂、吉林油田甲醇厂、扬子乙烯硫磺厂得到应用。而基于FF的Smar公司的FCS只是FF中的H1现场总线产品，也就是低速现场总线产品，只能实现一些局部的简单回路控制，而用于大规模复杂控制的H2高速现场总线和基于H1、H2的FCS还在开发中。以CCS的功能为例，由于信息量大，相关子系统和相应参数多，联锁阈值复杂，即使成功的FCS已经在电厂中使用，但没有合适的高层集中控制器、顺畅快速的信息交换和有效的控制策略，很难适应现场。大型电厂的控制水平往往落后于其他行业，这与电厂的特定环境和控制特点有关。因此，在不久的将来，大型燃煤电厂的主控系统只能是集散控制系统，充分发挥其现有的特点，大力挖掘其潜在的能力，这是2000年电厂设计的研究重点。作为集散控制系统主控系统的补充，本地现场总线系统和基于现场总线的智能仪表占据着非常重要的地位。用Smar现场总线设备取代传统的气动基础型调节仪表已经达到成熟的门槛，如襄樊电厂的4300MW机组和WISCO自备电厂的2200MW机组。如燃油泵房、液压工业泵房、污水处理等辅助公共系统控制点分散，控制内容相对简单。基于现场总线技术的小型控制系统应用门槛较高，在这些辅助系统中采用现场总线也是一种可行的方案。因此，虽然FCS目前无法取代DCS的核心地位，但可以在小范围内积极有效地应用，逐步积累经验，为未来的平稳过渡打下良好的基础。 #p#分页标题#e#

2分散控制系统的物理分散

目前电厂中，DCS只实行职能下放，不实行实体下放。一方面，早期的DCS硬件本身环境适应性较弱；另一方面，为了方便管理和维护，用户更愿意接受集散控制系统控制柜的集中布局方案。随着集散控制系统技术的发展和运行水平的不断提高，在2000年电厂采用现场总线系统之前，有效设计和采用物理分散是有效发挥集散控制系统潜力的较重要问题。根据法GEC-阿尔斯通公司提出的维斯塔(非常必要的团队涡轮机安排)，

t)方案，传统的集中控制楼将以DCS物理分散特性分成几块。以两机一控方式为例，集中电子设备间将分成每台机组的锅炉电子设备间、汽轮机电子设备间；另外，在主厂房外设立一个单先的小型控制楼，其中运行员操作站通过DCS高速通信网络与锅炉电子设备间及汽轮机电子设备间内的控制机柜相连。锅炉电子设备间和汽轮机电子设备间到现场的距离小于传统的集中设备间，节省了大量仪表控制电缆。据GEC-ALSTHOM估算，VESTA方案可比常规方案节省控制电缆约35。仅此部分的安装材料费用就可节省人民币1000万元，若此部分费用用来提高发电厂自动化水平，效果显著。内推荐的8家DCS厂商已纷纷致力于开发适宜现场放置的控制机柜，有的公司已有成功的应用业绩，这在物理分散方面更迈前了一步。对于机柜放置区域、机柜分散程度及设备造价、节省电缆费用和检修维护方便等问题，还应进行平衡取舍，选出适合于具体项目的较佳方案。 作为DCS向FCS进展过程中的过渡产品远程智能I/O，也将在2000年发电厂设计中起重要作用。除有的DCS厂商已开发出相应的远程I/O站外，产远程智能I/O系统已达到相当高的技术水平，在质量和性能上不比进口产品差。在近几年工程实践中，已有工程局部采用了DCS系统一体化和产化的远程智能I/O设备，如鄂州电厂2×300MW机组采用DCS远程I/O，实现了对循环水泵房的控制；阳逻二期工程2×300MW机组采用产远程I/O系统，实现了对锅炉壁温、发电机定子线圈及铁心冷却水温等的采集监视，均收到良好效果。远程智能I/O的大量采用，将为DCS物理分散更趋于合理化并推进DCS向FCS发展做出贡献。

3 DCS一体化

DCS较初进入大型燃煤电厂只是用于数据采集处理系统(DAS)和模拟量调节系统(MCS)，并逐步用于顺序控制系统(SCS)，至今又基本占领了炉膛安全监控系统(FSSS)市场。DCS覆盖以上4大功能已是目前DCS设计的基本模式。作为十分重要的汽轮机电液调节系统(DEH)目前却存在着2种设计方式：一种是由DCS覆盖，DEH与DCS从硬件到软件均融合成一个整体，实现了控制系统一体化；另一种是由汽轮机厂成套提供，DEH具有先立的操作员站和操作面板。为使运行人员通过DCS便能更加全面地掌握全厂信息，有的工程将DEH通过串行口与DCS相连，构成当前普遍存在的5台DCS操作显示器加1台DEH操作显示器的单元控制室主控制台。 对于DEH由DCS统一覆盖还是由汽轮机厂单先配套，从炉机电单元集中控制并实现正常运行时只有一人操作的运行水平考虑，DCS覆盖DEH在简化系统、减少监视操作面和便于维护管理等方面具有明显的优越性。但DEH与汽轮机具有紧密不可分的关系，DEH控制性能与汽轮机的品质相辅相成，DCS厂商很难深入到其它汽轮机厂的DEH中，外基本上均由汽轮机厂配供DEH。经多年工程实践，目前内工程中如妈湾电厂、湘潭电厂及常熟电厂等300MW产机组，已成功地由DCS厂商实现DEH控制，且除贝利公司外，西屋公司、ABB公司和日立公司等均已具备这一能力和经验。因此，有条件的项目采用DCS实现DEH硬件一体化是先选方案。当然，为充分保证系统可靠性，在不具备条件的情况下，不应强求DCS覆盖DEH功能；若DEH不能与DCS实现硬件一体化，也应以DCS为主体取消DEH操作员站，通过网络通信接口实现信息共享和人机界面共用，在操作运行层面上实现DCS一体化。这就需要DCS、DEH厂商共同开发合适的通信接口(如网关)，以实现通过DCS操作员站对DEH进行控制，取代目前仅局限于监视的串行通信接口模式。DEH与DCS通信接口的研究，将是2000年发电厂中不能实现硬件一体化前提下的一个热点和难点。 同理，汽轮机给水泵控制系统(MEH)、旁路控制系统(BPS)、吹灰程控系统、胶球清洗程控系统及电气除尘器程控系统等，均可由以上2种方式通过DCS操作员站进行控制，只是这些系统监控规模相对较小，与DCS接口相对简单。#p#分页标题#e#

4 电气纳入DCS

炉机电单元机组集中控制的提法已有多个年头，而电气发电机?干式变压器组和厂用电控制纳入DCS设计方案只是近几年才提出。为从本质上实现单元值班化，协调炉机电控制水平，除发电机励磁系统自动调节装置(AVR)、自动准同期装置(ASS)和厂用电快切装置采用专用设备并与DCS接口外，2000年发电厂的发电机?干式变压器组和厂用电纳入DCS进行控制成为趋势。发电机?干式变压器组、单元机组厂用电与单元机组运行有密切关系，直接纳入单元机组DCS顺理成章，而作为公用系统的厂用电部分应考虑如何纳入DCS。根据不同的DCS和工程，2台机组公用的厂用电系统纳入DCS技术方案也不同，有以下几种方式。 方式1：厂用电公用系统DCS进入1号机组DCS某站，再由1号机组传输至2号机组。其显著特点是思路简明、造价低、容易实现。正常下的公用系统由1号机组控制，1号机组检修时则由2号机组控制。主要缺点是在1号机组DCS检修时，相应负责采集数据和传输数据的控制器不许停止运行，给检修和运行带来一定困难。 方式2：厂用电公用系统同时进入1、2号机组DCS。其显著特点是2套DCS具有相同的硬件配置和软件方案。正常运行时，由DCS软开关闭锁功能解决通过某一套DCS进行公用系统控制选择。另外，该方案设计组态方便，2套DCS相一致。缺点是需要就地设备提供2套接点信号，2套DCS均要提供相应的过程I/O卡件，在设备利用上有一定浪费。 方式3：厂用电系统进入DCS公用网络。该网络是介于2套DCS间的一个先立网络，通过网桥与2套DCS相连，数据可同时进入2套DCS。与前面方案一样，通过系统软件开关进行操作选择。其显著优点是单元机组与公用系统界面清楚，充分发挥了DCS网络优势。缺点是若控制范围和规模较小，单先配一套公用网络将增加费用。 此外尚有一些延伸方案，如有的DCS设立专门的控制器，由其分别进入2套DCS等。2000年发电厂DCS控制范围扩大，控制水平提高，除电气厂用电系统外，若将辅助工艺系统也纳入DCS进行控制，则公

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