太原第一热电厂#11机组300MW的火力发电机组DCS改造

太原第一热电厂#11机组原有的DAS系统是由德国H&B公司生产的Contronic-3系统，经过六年的运行，设备老化，故障率高，且备品备件短缺，满足不了机组运行要求，因而改造为HS2000分布式控制系统。原控制系统采用的是波兰进口的组件调节仪表，因减温自动调节系统过去从未投入运行过，所以将11套减温调节系统及原波兰进口的JP柜的校正计算功能也由HS2000系统来实现。 一、DAS部分设计方案     本系统DAS部分共有I/O点数1356点，其中模拟量采集点数443点(包括396点模入点，47点模出点)，开关量采集点数912点(包括501点开入点，395点SOE点，16点开出点)。可实现如下功能： 1. 现场信号实时采集、处理功能。 2. 画面动、静态显示功能。分为：系统工艺流程图画面；历史、实时趋势显示画面；控制调节画面；信号测试画面；参数成组画面；报警列表画面；数据库点列表画面；系统状态画面。对所有数据库动态点按鼠标右键可显示该点的详细信息。 3. 历史数据管理功能。短时模拟量点，共35组，每组4个点，采样间隔1秒，可以记录保存3天的历史数据，用于历史趋势显示；长时模拟量点，共9组，每组最多15个点，采样间隔5分钟，可以记录保存1个月的历史数据，用于运行管理、报表打印。 4. 报表打印功能。包括锅炉运行日报、汽机运行日报、发变组运行日报、机组负荷日报、油枪运行统计日报共9张日报表。可以每天定时打印，随机打印，也可以根据需要，打印几天以前的历史报表。 5. 事故追忆功能。事故发生后，打印并保存事故发生前后5分钟内相关数据的值。 6. 硬拷贝功能。在线打印当前屏幕所显示的任何画面。 7. 点修改功能。可在线查询或修改数据库中参数的信息。 8. 报警处理功能。SOE报警可记录和打印毫秒级的开关量动作信息；普通报警可记录和打印模拟量及开关量的报警信息。当报警正在发生时，可以通过屏幕上的报警条、报警列表、报警回顾、SOE报警列表、及画面上的报警闪烁、棒图变色获得。 9. 操作员站管理功能。 包括运行控制、系统时钟、打印机设置、系统库下装、文件拷贝、口令设置、管理范围、系统库存盘等多项管理功能。 10. 流量补偿计算公式。完成汽水分离器水位、主汽流量、给水流量、减温水流量、汽水分离器出口蒸汽流量、燃煤二次风量、燃油二次风量、磨煤机一次风量、校正计算功能。

二、MCS部分设计方案

自动调节系统共有I/O点数236点，其中模入量点44点，开入量点160点，开出量点32点。通过改变减温水流量调节过热器出口汽温，从而控制主汽温度为540℃。每个回路保留后备手操器一台，作为现场执行器与DCS系统中调节器间联络的纽带和桥梁，也作为事故状态下运行人员人工远方操作，保证设备安全运行。系统正常工作时，由DCS完成各回路的控制调节，同时手操器跟踪DCS输出，为无扰切换作准备；而当DCS系统故障时，将手操器自动切为"手动"状态，并发出报警信号。由于现场执行机构没有伺服放大器，故伺放功能通过软件实现。

1．一级减温调节系统(2个回路)

由于两个一级减温Z2执行器运行原因，此次设计未对这两个执行器进行调节。一级减温调节系统设计为滑定值的单回路调节，通过改变一级减温水流量来维持二过出口汽温与定值相等。二过出口汽温作为调节器的输入，定值回路采用四过出口温度来修正二过出口汽温的设定值，四过出口温度的微分作为调节器的前馈。当系统运行工况比较稳定、正常时，二过出口汽温维持435℃左右；当四过出口温度高于540℃时，将二过出口温度定值适当降低；当四过出口温度低于540℃时，将二过出口温度定值适当升高；当由于燃烧不稳定或启停磨过程中，四过出口温度低于533℃时，则将在二过出口汽温设定为440℃，提前克服汽温的扰动。调节器的作用方式为"正作用"，调节参数整定为：P=30%，Ti=120s；伺服放大死区设置为2.5。

2．二级减温调节系统(4个回路)

二级减温调节系统设计为滑定值的串级调节，通过改变二级减温水流量来维持三过出口汽温与定值相等。三过出口汽温作为主调节器的输入，三过入口汽温作为付调节器的输入，定值回路采用四过出口温度来修正三过出口汽温的设定值，当系统运行工况比较稳定、正常时，三过出口汽温维持490℃左右；当四过出口温度高于540℃时，将温度定值适当降低；当四过出口温度低于540℃时，将温度定值适当升高；当四过出口温度低于530℃时，将二级减温水门全关，提前克服汽温的扰动。主调节器的作用方式为"反作用"，调节参数整定为：P=90%，Ti=150s，Kd=4，Td=10；付调节器的作用方式为"正作用"，调节参数整定为：P=30%，I=120s。伺服放大死区设置为2.5。当减温水门阀位低于3%时，将调节器积分分离，防止积分饱和。

3．三级减温调节系统(4个回路)

三级减温调节系统设计为串级调节，通过改变三级减温水流量来维持四过出口汽温维持在540℃左右。四过出口汽温作为主调节器的输入，四过入口汽温作为付调节器的输入，当四过出口温度低于535℃时，将三级减温水门全关，提前克服汽温的扰动。主调节器的作用方式?quot;反作用"，调节参数整定为：P=50%，Ti=150s，Kd=5，Td=20；付调节器的作用方式为“正作用”P=20%，I=120s。伺服放大死区设置为2.5。当减温水门阀位低于3%时，将调节器积分分离，防止积分饱和。

4．减温水总门调节

在4个三级减温水门后有一个减温水总门，取4个减温水门阀位的值作为其阀位，控制减温水流量，伺服放大死区设置为4。

硬件、软件配置

根据电厂生产工艺对计算机控制系统的要求及HS2000分布式控制系统的性能指标，结合现场实际情况，采用如下配置：工程师站1套；操作员站5套；打印站1套；网关1套；汉字打印机1台，现场控制站(I/O站)6套(MCS站1套；DAS站5套)。考虑到系统对可靠性的要求，以下3部分采用冗余配置：现场电源、系统电源冗余；通讯网络冗余；MCS站CPU板冗余；模入板冗余。以上冗余配置均可保证无扰切换。此外所有I/O模板均采用智能化设计，板间利用现场总线连接，完全隔离；所有模板均具有在线自诊断功能；可带电直接拔插；系统MTBF>10万小时，MTTR<5< span="">分钟，保证了系统的高可靠性。

系统组态软件可完成以下功能：系统管理组态；引用组态；系统库组态；历史库生成；追忆库生成；图形生成；报表生成；系统登录。

系统在线运行软件的是一套完整的实时监控软件，可完成DAS及控制调节功能。本系统通过网关与厂级信息管理网相连，将#11机组运行的主要参量及相关画面及时传送到信息管理网。

经过几个月的运行，整个系统运行稳定、安全、可靠，仪表参数的采集和显示准确率达到了100%。针对直流锅炉汽温变化快、不稳定的特点，考虑到因燃烧调节系统未投自动造成的各种可能的运行工况，减温自动调节系统的投运，保证机组在55%负荷到满负荷的变化下及启停磨的过程中温度偏差在±5℃范围内。仪表画面显示实用美观；控制框图通俗易懂；系统流程图立体形象。功能完善，操作简便、易懂，极大地减轻了检修、运行人员的监盘、维护工作强度，减少了误操作和人为事故，延长了设备的使用寿命。提高了厂里生产控制和管理水平，培养和锻炼了职工队伍，创造并树立了火力发电企业300MW以上机组首次应用国产DCS成功的典范，对其他机组今后使用DCS和类似设备具有参考和借鉴作用。

三、国内外同类技术现状对比：

目前，我国火力发电企业应用的DCS系统绝大部分是从国外引进的，技术成熟，功能全面，在生产中发挥了突出作用，但也有一些不足，主要表现在：系统价格高，约为国内同等系统的几倍；开放性和可扩展性不好，互不兼容，不能互联；备品备件短缺，维修成本高，售后服务差；无汉化功能，不易培训，难以掌握。国产HS2000分布式控制系统在技术上已达到九十年代国际先进水平，可与世界名牌产品相比。

主要优点有：

1．系统网络采用令牌工业总线网，分3层网络结构，传输速率达2.5Mbps，实时性好；网络采用冗余配置，保证数据传输的准确性；且上可连入厂级信息管理网，下可挂接各种PLC及智能仪表，开放性好。

2．I/O站上所有模板采用智能形式，可实现冗余、故障自诊断等功能，均可带电拔插，维护方便省时；操作员站采用高可靠工业PC机，市场货源丰富，易升级。

3．速度快，精度高。扫描周期0.5s，SOE分辨率￡1ms，回路控制周期0.2、0.5、1s可选，模入信号误差<±0.2%< span="">，键盘画面响应时间￡1s。

4．系统软件功能丰富，可生成各种应用系统，完成各种功能；基于Windows风格的全汉化界面，更易被中国用户所接受，操作简便、直观。

5．价格合理，用户培训全面，售后服务周到；备品备件齐全，更适合中国国情。