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NT6000系统在苏龙DCS改造项目上的应用

NT6000系统在苏龙DCS改造项目上的应用

1  引言

火力发电是现代社会电力发展的主力军, 江阴苏龙发电有限公司地处江阴市夏港镇,公司安装六台燃煤发电机组,总装机容量121.5万千瓦,年发电量可达80亿千瓦时。二期工程建设两台14万千瓦国产发电机组于2003年投产发电,全厂机组广泛的采用了DCS控制系统,二期#3、4机组制系统采用欧陆公司NETWORK6000系统,上位机采用FIX软件,操作员站系统为WINDOWS NT。

随着技术的发展和控制要求的不断提升,欧陆NETWORK6000在网络结构、操作响应速度、控制器容量等使用维护方面的指标渐渐显得有些落后。最新的NT6000分散控制系统在继承老产品稳定可靠的基础上,可靠和易用性指标有了全面的提升,能适应机组各种运行工况的要求,确保机组安全、高效运行。做到适用性,可靠性,运行性能好和易于维修。

2  项目概况

项目改造对象为二期两台(#3机组、#4机组)14万千瓦机组,该机组主要设备情况如下:

锅炉:型号为SG—435/13.7-M768系上海锅炉厂有限公司制造的超高压,单汽包、一次中间再热,自然循环煤粉炉。

汽机: N135-13.24/535/535上海汽轮机有限公司;

发电机:QFS-140-2,双水内冷汽轮发电机;

DCS改造项目的范围涉及数据采集、处理和监视系统(DAS)、模拟量控制系统(MCS)、顺序控制系统(SCS)、炉膛安全监控系统(FSSS)、汽机数字调节系统(DEH)、汽机本体保护系统(ETS)以及与其它控制系统的接口功能实现;此外还需实现新系统与原机组SIS系统的连接。

本项目是NT6000 DCS系统在大容量燃煤机组上的典型应用。

3  NT6000控制系统特点

南京科远公司经过十余年的技术积累,引进消化吸收国际先进技术,并结合国内自动化需求,开发出了新一代NT6000分散控制系统,该系统采用高起点的设计标准,吸取了国外众多同类系统的优点,融合了当今最先进的计算机与通讯技术,以高速、可靠、开放的网络和功能强大的控制器为基础;软、硬件都采用了国际标准或主流工业级产品,易于升级,使用方便、灵活。可解决多变量、非线性、滞后性等复杂对象的控制难题,提供完整的现场总线、虚拟DCS、信息化的解决方案,有效提升工业自动化和信息化水平。

NT6000分散控制系统主要技术特点

1、控制器采用军工级PowerPC芯片,主备控制器同时运算,冗余I/O分支相互隔离;

2、物理隔离的冗余工业以太网络,每个网络设备都具有两个独立网口,双网同时工作,在接受端进行数据过滤,网络的冗余切换时间等于零;完全对等的网络结构,采用基于组播技术的控制器主动发送机制,控制器具有确定的数据服务任务,负荷恒定,操作响应周期小于700ms,运行更可靠;

3、所有组件采用坚固的铝合金封装,符合电磁兼容EMC三级标准;机柜中所有组件均采用标准、模块式结构,取消柜内接线;

4、图纸化组态方式,组态结果直接以SAMA图输出,不需重复绘制逻辑图、SAMA图;

5、丰富的热工自动化专业控制模块,自定义模块功能,为热控工程师提供有力的工具和广阔的舞台。

6、维护方便,所有组态界面均为中文,组态方式所见即所得,报警、报表等功能使用简单可靠;系统可扩展性强。

4  NT6000控制系统配置情况

项目采用NT6000 DCS系统,下位机为KM950控制器,上位机使用Kview软件。单元机组采用两层客户站网络结构,单元机组与公用系统采用三层交换机实现数据访问,同时实现#3机组、#4机组物理间隔离。项目共配置机柜55只,其中本地机柜44只(单元机组36只、DEH6只、循泵 2只);远程柜7只(发电机IO 2只、定排 2只、循泵 2只、化水 1 只);主机柜4只。配置DPU 31对,操作员站17台(不包含后增补4台)。项目使用KM631A与东大金智电气保护装置、脱硫欧陆T940系统通讯,化水使用KM631A两端主从通讯,通过eNetOPC,使用SyncMB、Agent软件与厂内SIS等通讯。

#3、4机组DCS、DEH系统改造采用合适的冗余配置、组态和诊断至卡件级的自诊断功能, 使其具有高度的可靠性和可控性,系统的监视、报警和自诊断功能应高度集中在LCD上显示,并能在打印机上打印,控制,报警,监视和保护等的基本功能应在功能上和物理上分散,以便一种功能故障而不致引起其它功能的故障,应特别注意保护功能的独立性,以保证电厂人员和设备的安全,要求DCS能适应机组各种运行工况的要求,确保机组安全、高效运行。做到适用性,可靠性,运行性能好和易于维修。

5  改造方案

1、原欧陆系统构造说明

(1)现场#3、4机电子设备分为两个位置布置,分别是主控制室及电子设备间,系统网络分为DCS系统网及DCS控制网,两网络之间采用一组服务器实现数据交换,即服务器读取控制网的监控对象数据后,发布到系统网络中各操作站;同时操作站操作指令数据再通过系统网络发送到服务器后,再经由控制网络作用到监控对象上。

欧陆系统网络配置图

(2)欧陆系统配置

系统配置53对T103控制器,10对T940控制器,22只控制机柜(公用2只),远程柜7只(循环水2只、化学水1只、发电机2只、定排2只)。

#3、4机组+公用+SOE:8844点。

(3)人机接口配置

DCS和DEH系统人机接口一共配置包括10套操作站、1套值长站、2套接口站、4套数据存储器、2套工程师站。

2、NT6000系统配置方案

系统改造重新对人机界面、机柜、IO测点、网络等进行配置,方案如下:

(1) 人机界面

取消原来#3、4机组DCS服务器,增加2台数据存储,用于数据的记录分析,及报表软件安装,分别放置在#3、4机组的工程师站台内。所有操作员站都是全功能操作员站,通过软件闭锁的方式分成各个相关的功能区。操作员站具有显示管理功能,可以显示系统总貌,分组显示、回路显示、报警显示、系统状态显示、用户定义的生产流程动态显示、相关参数显示等。同时可进行操作信息、系统状态信息、生产记录信息和统计报表等的打印。值长站具有与操作员站的功能,通过值长站口令确保其只有查询的权限,而不能进行任何修改。

(2)机柜的改造配置方案

本次改造机柜尺寸仍使用原机柜尺寸机柜,为保持原来的电缆长度不变,机柜正面放置3个IO分支,机柜背面不放置IO分支而放置两列端子排,与现有的端子排排列相同,再由柜内接线实现卡件端子到两侧端子排的连接。使用以上方式,现场电缆不需要变动、加长。

(3)DPU及IO点的配置

由于各机柜内测点已经固定,且为适应此次改造对应的信号电缆及范围不变的原则,

本次改造DPU配置(#3、4机组+公用)共计32对,具体分配如下:

单台机组锅炉配置7对KM950控制器;

单台机组汽机配置6对KM950控制器;

单台机组电气配置1对KM950控制器;

公用配置4对KM950控制器;

NT6000 DCS系统I/O测点共配置9136点。

(4)网络的配置

NT6000 DCS系统的控制网络为冗余eNET网,交换机均采用工业级管理型以太网交换机。用于连接分散处理单元DPU、工程师站、操作员站等,完成各站的通讯和数据交换,传输速率100Mbps。任一操作员站和工程师站都有数据处理和存储能力,任一台操作员站和工程师站故障均不影响其他操作站的正常工作。

DCS机柜与循环水的远程机柜由网线连接改为光缆连接,提高系统的可靠性。

NT6000 系统配置图

6  改造效果

NT6000较NETWORK-6000系统的性能对比。

序号

改造后的NT6000系统

NETWORK-6000系统

升级效果

1

网络结构

1.1

两层网络体系:控制网、I/O网。物理隔离的冗余工业以太网络,每个网络设备都具有两个独立网口,双网同时工作,在接受端进行数据过滤,网络的冗余切换时间等于零。

三层网络体系:系统网、控制网、I/O网,采用客户/服务器结构,操作站依懒服务器。冗余工业以太网络,通过网络设备集连在一起,物理上没有隔离。

简化网络结构,系统结构完全对等,故障点减少,系统整体性能及可靠性提高,维护方便。同时增加物理上的冗余,安全性提高。

2

数据库

2.1

分布式透明数据库,数据库分布在每只控制器中,透过eNet网络协议和数据接口被应用程序直接访问。

LIN数据库集中在服务器中。修改数据库需要对冗余的服务器分别修改。

无服务器分布式设计,提高了系统可靠性。数据库维护工作量降低。

3

历史数据

3.1

高性能历史数据库,数据记录精度达到100ms,容量10万点;所有操作员站均可快速(≈1秒)调用历史数据服务。

历史数据记录精度最快1s,每台站5120点;用户调用历史数据时,不同时间段调用时间不同,普通操作员不能调用历史数据。

历史数据调用速度快,方便维护。

4

报警功能

4.1

256个报警分区,报警处理在控制器中实现,报警数据完全同步。

报警区最多16个分区,报警处理在服务器中实现,服务器间报警数据不能实现同步。

报警分区更灵活。报警维护简单。

5

控制器

5.1

控制器的CPU采用低功耗POWER PC无风扇结构,CPU主频400MHz,主备控制器同时工作、同时运算,每只分散处理单元均有两个独立网口接入不同的物理网段

T940控制器的CPU采用PENTIUM X86系列带风扇结构,T940控制器的CPU主频266MHzT2550控制器的CPU主频100MHz,主控制器运行时,后备控制器处于热备状态,每只T940控制器、T2550控制器只有一个网口

DPU无转动部件,可靠性增强,运算速度更快

5.2

图纸化组态方式,组态结果直接输出工程逻辑图和SAMA图,不需要维护工程资料和I/O清册。适合电厂对技术资料正确性、完整性和版本控制的要求。

模块化组态方式,组态输出与实际逻辑图、SAMA图有一定的差异,需要维护工程技术资料。

降低资料维护工作量

5.3

除支持在线组态、修改和下载功能外,增加了控制策略按页下载功能,下载时不影响数据监视。

支持在线组态、修改和下载功能,不支持按页下载功能,下载过程影响该控制器数据监视。

机组运行时可以在线修改组态。

6

I/O模件

6.1

金属全密封设计,抗干扰能力更强,模件增加了通讯状态指示

导电塑料封装,模件无通讯状态指示

抗干扰性能佳,方便故障诊断

6.2

模拟量输入模件自带外供24V  电源功能,用于向变送器供电,通过端子接线选择是否使用外供电源

模拟量输入模件需外配端子板向变送器外供24V 电源,增加故障点和机柜接线工作量

使用方便,功能强大,维护方便。

6.3

开关量输入模件同时具有SOE功能,减少硬接线I/O数量

采用独立的装置实现SOE功能,以通讯方式接入系统,增加硬接线I/O数量。

使用方便,功能强大,维护方便。

7

控制机柜

7.1

控制机柜安装维护方便,机柜中所有的组件和连接件均采用标准的,模块式结构。风扇(进风、排风)安装在机柜门上。

控制机柜使用端子排,I/O模件与端子排之间需要手工接线。风扇安装在机柜顶部。

设计更加合理,散热、防尘效果好,维护、更换方便。

7.2

FSSSETSOPC等重要保护回路设计专用的组件,安装、维护方便

FSSSETSOPC等重要保护回路在机柜中用分立元件接线实现,安装、维护不便

稳定可靠,维护方便。

8

系统保证值

8.1

操作响应周期(键盘、鼠标发出操作指令到返回信号在LCD 上显示的总时间)小于1s,实测0.7s

操作响应周期(键盘、鼠标发出操作指令到返回信号在LCD 上显示的总时间)1.5s-2s左右。

系统可靠性增强

8.2

1000PID 100ms运算周期仅占2%控制器负荷。

1000PID 100ms运算周期占20%-30%控制器负荷。

系统可靠性增强

7  结束语

通过升级改造成NT6000系统,系统的可靠性提高、维护简单,直接降低DCS的维护成本。该项目自投运以来,NT6000系统的硬件、软件运行状况均良好,各种控制功能完善,自动控制效果良好,较好的使用效果赢得了用户的高度赞扬。

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