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作者簡(jiǎn)介：潘鋼，男，現(xiàn)任北京國(guó)電智深控制技術(shù)有限公司總經(jīng)理。潘鋼自1982年大學(xué)畢業(yè)后一直從事自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)工作至今。通過(guò)直接參與數(shù)百個(gè)項(xiàng)目工程，掌握了火電領(lǐng)域自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)可行性研究、產(chǎn)品和工藝設(shè)計(jì)，產(chǎn)品和應(yīng)用研發(fā)、產(chǎn)品制造、產(chǎn)品應(yīng)用等全過(guò)程知識(shí)。幾十年來(lái)，帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)通過(guò)推廣應(yīng)用1000多套國(guó)外主要自動(dòng)化控制系統(tǒng)產(chǎn)品和自主研發(fā)的國(guó)產(chǎn)自動(dòng)化控制系統(tǒng)產(chǎn)品，完全掌握了大型自動(dòng)化控制系統(tǒng)的核心技術(shù)，進(jìn)入國(guó)際先進(jìn)行列。獲得多項(xiàng)科技進(jìn)步獎(jiǎng)等多項(xiàng)榮譽(yù)，發(fā)表論文多篇。
摘 要：本文介紹了大連莊河電廠600MW超臨界機(jī)組一體化平臺(tái)主輔控DCS系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)功能和配置情況，并對(duì)系統(tǒng)和功能設(shè)計(jì)上的主要特點(diǎn)進(jìn)行了分析。
關(guān)鍵詞：DCS；EDPF-NT；超臨界機(jī)組控制；輔控一體化
Abstract：This paper introduces the general structure，system function and configuration of the main and auxiliary shop DCS for the 600MW Supercritical Unit in Dalian Zhuanghe power plant.The main features of the system have been analyzed.
Key words：DCS；EDPF-NT；Supercritical Unit Control；Auxiliary Shop Control
1 項(xiàng)目總體情況
國(guó)電電力大連莊河發(fā)電有限責(zé)任公司2×600MW國(guó)產(chǎn)超臨界機(jī)組采用北京國(guó)電智深控制技術(shù)有限公司（國(guó)電智深）自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的EDPF-NT分散控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)主輔控系統(tǒng)的控制，這是國(guó)內(nèi)第一個(gè)采用國(guó)產(chǎn)自主化DCS系統(tǒng)的600MW超臨界機(jī)組項(xiàng)目，也是國(guó)內(nèi)第一個(gè)采用一體化系統(tǒng)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)600MW超臨界機(jī)組主控和輔助車(chē)間控制的項(xiàng)目。
該項(xiàng)目是《國(guó)家科學(xué)儀器和工業(yè)自動(dòng)化高技術(shù)產(chǎn)業(yè)化重大專(zhuān)項(xiàng)－超臨界火力發(fā)電機(jī)組綜合自動(dòng)化系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目》和《大型火力發(fā)電機(jī)組分散控制系統(tǒng)國(guó)產(chǎn)化項(xiàng)目》的依托工程。同時(shí)作為首臺(tái)套應(yīng)用于600MW超臨界機(jī)組的自主化控制系統(tǒng)項(xiàng)目，該項(xiàng)目于2006年4月被國(guó)家發(fā)改委確定為落實(shí)《國(guó)務(wù)院關(guān)于加快振興裝備制造業(yè)的若干意見(jiàn)》的第一個(gè)技術(shù)進(jìn)步示范工程。
該項(xiàng)目于2006年2月26日正式啟動(dòng)，2006年11月29日中國(guó)國(guó)電集團(tuán)工程部組織了國(guó)內(nèi)知名專(zhuān)家參加的出廠驗(yàn)收評(píng)審會(huì)，與會(huì)專(zhuān)家一致認(rèn)為：“應(yīng)用EDPF-NT系統(tǒng)設(shè)計(jì)成套的國(guó)電電力大連莊河發(fā)電有限責(zé)任公司一期2×600MW機(jī)組自動(dòng)控制系統(tǒng)配置合理、技術(shù)先進(jìn)、功能齊全、質(zhì)量可靠，符合技術(shù)規(guī)范要求，同意通過(guò)出廠驗(yàn)收，可以在600MW級(jí)超臨界機(jī)組上應(yīng)用”。經(jīng)過(guò)緊張的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試工作，2007年8月6日莊河電廠#1機(jī)組順利通過(guò)168小時(shí)滿負(fù)荷試運(yùn)行，#2機(jī)組于11月5日通過(guò)168小時(shí)滿負(fù)荷試運(yùn)行，配套輔控系統(tǒng)也同時(shí)投運(yùn)，實(shí)現(xiàn)了在集控室對(duì)主輔控系統(tǒng)進(jìn)行集中監(jiān)控。在168小時(shí)滿負(fù)荷試運(yùn)行期間，自動(dòng)投入率95%，保護(hù)投入率100%，機(jī)組協(xié)調(diào)控制一直投入并成功實(shí)現(xiàn)AGC控制，負(fù)荷、主汽壓和主汽溫等主要參數(shù)的控制精度均達(dá)到或超過(guò)電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。
2 主控DCS系統(tǒng)
系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。
圖1 主控DCS系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖
主控DCS系統(tǒng)分為3個(gè)域，#1單元機(jī)組域、#2單元機(jī)組域和公用系統(tǒng)域。單元機(jī)組域和公用系統(tǒng)域之間采用自主研發(fā)的專(zhuān)用路由器進(jìn)行硬隔離。
2.1 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)
系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)分為兩層：
· I/O總線：負(fù)責(zé)控制器（DPU）和I/O之間的通訊，電氣協(xié)議采用RS485，通訊速率2Mbps，為冗余I/O總線。采用自主研發(fā)的EDPF-NT專(zhuān)用光纖收發(fā)器通過(guò)光纜連接可將I/O總線擴(kuò)展到3000米遠(yuǎn)處。
· 管控網(wǎng)：實(shí)時(shí)信息主干網(wǎng)，負(fù)責(zé)DPU之間以及DPU和上位機(jī)（操作員站、歷史站和工程師站等）之間的信息傳輸，采用交換型工業(yè)以太網(wǎng)，通訊速率100Mbps，冗余容錯(cuò)。
系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)有如下主要特點(diǎn)：
（1）整個(gè)系統(tǒng)沒(méi)有使用專(zhuān)用的服務(wù)器，無(wú)單點(diǎn)故障點(diǎn)，是較為完善的分布式系統(tǒng)架構(gòu)。任何故障都將被限制在有限范圍內(nèi)，決不會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)崩潰，真正實(shí)現(xiàn)了功能分散、危險(xiǎn)分散。
（2）管控網(wǎng)采用冗余雙網(wǎng)，在軟件上采用雙收雙發(fā)的工作方式，雙網(wǎng)同時(shí)工作，不存在雙網(wǎng)切換問(wèn)題及切換時(shí)間問(wèn)題。
（3）采用專(zhuān)用路由器實(shí)現(xiàn)單元機(jī)組域和公用系統(tǒng)域之間的硬隔離，保證了單元機(jī)組部分與公用系統(tǒng)部分之間的網(wǎng)絡(luò)相對(duì)獨(dú)立，同時(shí)通過(guò)路由器，實(shí)現(xiàn)了兩臺(tái)單元機(jī)組和公用系統(tǒng)之間操作信息和數(shù)據(jù)信息的有效單向傳輸，實(shí)現(xiàn)了兩臺(tái)單元機(jī)組對(duì)公用系統(tǒng)的操作備用和操作互鎖。
2.2 功能及配置
莊河電廠主控EDPF-NT系統(tǒng)功能包括DAS、FSSS、SCS、ECS、MCS、DEH、ETS、MEH、METS和BPS等，鍋爐吹灰由PLC實(shí)現(xiàn)，通過(guò)通訊方式在DCS系統(tǒng)中進(jìn)行操作。該套系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了鍋爐、汽機(jī)、給水泵汽機(jī)、汽機(jī)旁路的控制和保護(hù)及電氣開(kāi)關(guān)的控制，是目前國(guó)內(nèi)火電廠主控系統(tǒng)采用單套DCS實(shí)現(xiàn)功能最齊全的系統(tǒng)之一，在已投運(yùn)的國(guó)產(chǎn)DCS系統(tǒng)中是功能最多的，真正實(shí)現(xiàn)了主機(jī)的一體化控制。單元機(jī)組和公用系統(tǒng)I/O測(cè)點(diǎn)數(shù)量達(dá)到8200點(diǎn)，通訊點(diǎn)數(shù)量達(dá)3869點(diǎn)，系統(tǒng)標(biāo)簽量達(dá)38015點(diǎn)。控制設(shè)備776個(gè)（其中馬達(dá)160個(gè)、電動(dòng)門(mén)/電磁閥495個(gè)、電氣開(kāi)關(guān)121個(gè)），模擬量調(diào)節(jié)設(shè)備140個(gè)。具體測(cè)點(diǎn)數(shù)量統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表1。
表1
|
|
AI |
AO |
DI |
DO |
總計(jì) |
|
單元機(jī)組 |
2139 |
194 |
3523 |
1650 |
7506 |
|
公用系統(tǒng) |
26 |
0 |
496 |
161 |
683 |
|
302 |
10 |
366 |
48 |
726 | |
|
虛擬DPU |
1346 |
0 |
1797 |
0 |
3143 |
|
總點(diǎn)數(shù) |
3813 |
204 |
6182 |
1859 |
12058 |
單元機(jī)組共配置控制器29對(duì)（含DEH控制器2對(duì)、MEH控制器2對(duì)），公用系統(tǒng)配置控制器2對(duì)。公用系統(tǒng)只含電氣公用部分，循環(huán)水泵房控制納入對(duì)應(yīng)的單元DCS，其它通常納入公用系統(tǒng)的內(nèi)容如燃油泵房、空壓機(jī)房、汽水取樣等全部納入輔控DCS中。單元機(jī)組配置工程師站2臺(tái)、操作員站6臺(tái)、歷史站1臺(tái)、大屏幕操作站2臺(tái)和通訊接口站2臺(tái)，公用系統(tǒng)配置工程師站1臺(tái)。各DPU控制內(nèi)容分配見(jiàn)表2。
表2
|
DPU |
控制內(nèi)容 |
|
MFT、OFT、爐前油系統(tǒng)、爐側(cè)SOE | |
|
DPU2/130 |
制粉系統(tǒng)A、油系統(tǒng)A |
|
DPU3/131 |
制粉系統(tǒng)B、油系統(tǒng)B |
|
DPU4/132 |
制粉系統(tǒng)C、油系統(tǒng)C |
|
DPU5/133 |
制粉系統(tǒng)D、油系統(tǒng)D |
|
DPU6/134 |
制粉系統(tǒng)E、等離子點(diǎn)火系統(tǒng) |
|
DPU7/135 |
制粉系統(tǒng)F、油系統(tǒng)F |
|
DPU8/136 |
風(fēng)煙系統(tǒng)A |
|
DPU9/137 |
風(fēng)煙系統(tǒng)B |
|
DPU10/138 |
鍋爐疏放水、暖風(fēng)器、水冷壁金屬溫度 |
|
DPU11/139 |
機(jī)爐協(xié)調(diào)、制粉系統(tǒng)EB、二次風(fēng)EB |
|
DPU12/140 |
送風(fēng)/引風(fēng)/一次風(fēng)調(diào)節(jié)、制粉系統(tǒng)CF、二次風(fēng)CF、燃燼風(fēng) |
|
DPU13/141 |
啟動(dòng)給水、給水控制、制粉系統(tǒng)AD、二次風(fēng)AD |
|
DPU14/142 |
過(guò)熱汽溫系統(tǒng)、再熱汽溫系統(tǒng) |
|
DPU15/143 |
汽泵A、輔汽、發(fā)電機(jī)密封油、氫氣、定子冷卻水 |
|
DPU16/144 |
汽泵B、四抽及除氧器、汽機(jī)潤(rùn)滑油、EH油 |
|
DPU17/145 |
電動(dòng)給水泵、低加系統(tǒng) |
|
DPU18/146 |
高加、汽機(jī)疏水、主汽和再熱汽、旁路、汽機(jī)本體溫度 |
|
DPU19/147 |
凝結(jié)水系統(tǒng)、凝汽器及抽真空系統(tǒng) |
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DPU20/148 |
閉式循環(huán)水、開(kāi)式循環(huán)水、凝汽器循環(huán)水、軸封系統(tǒng) |
|
DPU21/149 |
ETS、機(jī)側(cè)SOE |
|
DPU22/150 |
循環(huán)水泵房遠(yuǎn)程 |
|
DPU23/151 |
電氣1 |
|
DPU24/152 |
電氣2 |
|
DPU25/153 |
電氣3 |
|
DPU30/158 |
DEH |
|
DPU31/159 |
ATC |
|
DPU35/163 |
小機(jī)A、MEHA、METSA |
|
DPU36/164 |
小機(jī)B、MEHB、METSB |
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DPU41/169 |
公用：電氣 |
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DPU42/170 |
公用：電氣 |
3 輔控DCS系統(tǒng)
莊河電廠輔助車(chē)間控制系統(tǒng)（輔控系統(tǒng)）也采用EDPF-NT分散控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，其中煙氣脫硫控制DCS系統(tǒng)采用獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，輔控系統(tǒng)其余部分采用一體化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。一體化輔控系統(tǒng)控制范圍覆蓋水、煤、灰、燃油、暖通、空壓機(jī)等系統(tǒng)，其中輸煤程控、電除塵、啟動(dòng)鍋爐、制氫、制氯采用PLC控制，通過(guò)專(zhuān)用通訊卡、虛擬DPU通訊方式，采用MODBUS、MODBUS TCP/IP等通訊協(xié)議接入輔控DCS系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)在集控室對(duì)全廠輔助車(chē)間進(jìn)行集中監(jiān)視和操作的功能。整個(gè)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)為多層、總線型工業(yè)以太網(wǎng)，輔控車(chē)間一體化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖見(jiàn)圖2。
圖2 輔控系統(tǒng)一體化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)
輔助車(chē)間DCS系統(tǒng)設(shè)計(jì)為三層總線網(wǎng)絡(luò)，最上面一層為集中控制室網(wǎng)絡(luò)，中間一層為化學(xué)水系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)和電除塵系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，最下面一層為各個(gè)子車(chē)間網(wǎng)絡(luò)。每層網(wǎng)絡(luò)均采用冗余雙網(wǎng)（A網(wǎng)、B網(wǎng)）。子車(chē)間網(wǎng)絡(luò)通過(guò)路由器與中間層網(wǎng)絡(luò)連接在一起，路由器具有隔離性，以保證操作指令自上向下傳遞，而同級(jí)網(wǎng)絡(luò)之間不能互相操作。
其中化學(xué)水系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)包括：含油廢水/燃油泵房、工業(yè)廢水、含煤廢水、生活廢水、凝結(jié)水系統(tǒng)、制氫、制氯等系統(tǒng)。化學(xué)水控制室設(shè)有3臺(tái)操作員站，實(shí)現(xiàn)對(duì)以上子系統(tǒng)的監(jiān)控。電除塵系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)包括：氣力除灰、爐底渣/石子煤、除渣水泵房、空壓機(jī)以及電除塵等系統(tǒng)。
電除塵控制室設(shè)有2臺(tái)操作員站，實(shí)現(xiàn)對(duì)以上子系統(tǒng)的監(jiān)控。采暖通風(fēng)系統(tǒng)直接接入集中控制室網(wǎng)絡(luò)。集中控制室設(shè)有3臺(tái)操作員站，1臺(tái)大屏幕站，1臺(tái)工程師站，1臺(tái)歷史站，1臺(tái)通訊接口站，從集中控制室可以對(duì)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行監(jiān)控。此外，每個(gè)輔助車(chē)間子系統(tǒng)就地各設(shè)有1臺(tái)操作員站，只能對(duì)本子系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控。測(cè)點(diǎn)統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表3。
表3
|
輔控系統(tǒng) |
AI |
AO |
DI |
DO |
總計(jì) |
|
系統(tǒng)I/O |
594 |
58 |
2837 |
1681 |
5170 |
|
通訊點(diǎn) |
107 |
0 |
976 |
0 |
1083 |
|
總點(diǎn)數(shù) |
701 |
58 |
3813 |
1681 |
6253 |
莊河一體化輔控系統(tǒng)共配置21對(duì)控制器。煙氣脫硫控制系統(tǒng)I/O測(cè)點(diǎn)數(shù)量為2960點(diǎn)，共配置10對(duì)控制器。
4 主要特點(diǎn)及創(chuàng)新點(diǎn)
4.1 適用于600MW超臨界機(jī)組控制的EDPF-NT系統(tǒng)的突出特點(diǎn)和創(chuàng)新點(diǎn)
（1）在EDPF-NT系統(tǒng)的研發(fā)過(guò)程中，堅(jiān)持自主研發(fā)并完全掌握核心技術(shù)的技術(shù)路線，自主研發(fā)了適合于發(fā)電廠應(yīng)用的控制器組態(tài)軟件及控制算法、上位機(jī)操作監(jiān)控軟件、全局分布式實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)、歷史數(shù)據(jù)存貯實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)、基于以太網(wǎng)的實(shí)時(shí)通信技術(shù)及算法等全部核心軟件和DPU控制器、各類(lèi)信號(hào)輸入輸出I/O模塊、連接單元機(jī)組與公用系統(tǒng)的路由器等關(guān)鍵硬件，EDPF-NT系統(tǒng)是國(guó)內(nèi)自主化程度最高的系統(tǒng)。
（2）采用國(guó)產(chǎn)DCS首次實(shí)現(xiàn)了大型火力發(fā)電廠輔控系統(tǒng)一體化解決方案，采用先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)“域”技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了多層分布的輔助車(chē)間級(jí)控制和集控室集中監(jiān)控的目標(biāo)，達(dá)到降低成本、減員增效、信息共享、維護(hù)方便的效果，提高了輔助車(chē)間自動(dòng)化控制和管理水平，同時(shí)使大型火力發(fā)電廠的整體控制水平得到了很大的提高。
（3）通過(guò)采用基于任務(wù)優(yōu)先級(jí)的實(shí)時(shí)性能改進(jìn)策略、網(wǎng)絡(luò)流量控制優(yōu)化技術(shù)、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)二次壓縮算法、獨(dú)特的無(wú)需切換的冗余雙網(wǎng)技術(shù)等多項(xiàng)實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用綜合優(yōu)化技術(shù)，最大限度地解決了以太網(wǎng)的不確定性問(wèn)題，以太網(wǎng)的實(shí)時(shí)性能有了質(zhì)的飛躍，保證了系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的通暢性和魯棒性，在莊河電廠600MW超臨界機(jī)組DCS上的實(shí)際使用情況表明EDPF-NT系統(tǒng)采用的工業(yè)實(shí)時(shí)以太網(wǎng)絡(luò)性能優(yōu)異、穩(wěn)定可靠，保障了大型控制系統(tǒng)的可靠穩(wěn)定。
（4）通過(guò)高精度的授時(shí)裝置（如GPS），獲取高精度的對(duì)時(shí)脈沖和絕對(duì)時(shí)間信號(hào)，經(jīng)控制器（DPU）為分布的各SOE模塊提供高精度的同步時(shí)鐘信號(hào)，確保了分布在不同DPU的所有SOE模塊的精確時(shí)鐘同步，保證了整個(gè)系統(tǒng)SOE的分辨率小于1ms。
（5）基于硬件隔離和數(shù)據(jù)庫(kù)融合技術(shù)的公用系統(tǒng)解決方案完全實(shí)現(xiàn)了對(duì)公用系統(tǒng)的應(yīng)用要求，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單清晰，數(shù)據(jù)的傳輸與隔離可靠，組態(tài)方便，控制操作簡(jiǎn)便，并且，該方案還確保了不降低網(wǎng)絡(luò)與系統(tǒng)的安全性能，完全滿足600MW超臨界機(jī)組的應(yīng)用需求。
（6）采用算法內(nèi)嵌的方式實(shí)現(xiàn)了跟蹤狀態(tài)、串級(jí)跟蹤、低選跟蹤、高選跟蹤、升禁止、降禁止、到達(dá)高限、到達(dá)低限等8種約束狀態(tài)的判斷及在這些約束狀態(tài)下的快速返回，使算法具有了能動(dòng)性，很好地提高了控制回路的響應(yīng)速度，在算法層面滿足了600MW超臨界機(jī)組對(duì)控制快速性的要求，有助于提高控制精度和縮短控制過(guò)渡時(shí)間。
（7）EDPF-NT硬件系統(tǒng)的DPU控制器和各類(lèi)I/O模塊、測(cè)控網(wǎng)絡(luò)都按航天軍工標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了一系列強(qiáng)化設(shè)計(jì)，包括模塊的密封封裝、電子線路的浮空設(shè)計(jì)、嚴(yán)格的電氣隔離和抗強(qiáng)電設(shè)計(jì)，有效地保證了系統(tǒng)硬件的可靠性。模擬量輸入通道間隔離電壓達(dá)400V，開(kāi)關(guān)通道間、通道同CPU間的隔離電壓達(dá)1500V，通道本身可以耐220V交流強(qiáng)電。
4.2 莊河電廠600MW超臨界機(jī)組DCS系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)的主要特點(diǎn)
莊河電廠DCS系統(tǒng)根據(jù)600MW超臨界機(jī)組過(guò)程控制的特點(diǎn)，突出強(qiáng)調(diào)了工程方案的安全性設(shè)計(jì)。超臨界機(jī)組控制對(duì)象復(fù)雜、非線性強(qiáng)，工質(zhì)流和能量流耦合嚴(yán)重，機(jī)組蓄熱量較小，蒸汽參數(shù)高要求參數(shù)波動(dòng)范圍小，所有這些都大大增加了超臨界機(jī)組的控制難度，因此需要對(duì)其控制進(jìn)行優(yōu)化。
（1）全面考慮工藝過(guò)程的安全性設(shè)計(jì)
在工藝過(guò)程的安全性設(shè)計(jì)方面，重點(diǎn)考慮了如下內(nèi)容：控制器的適度分散與功能合理分配，重要參數(shù)的分控制器監(jiān)視，以單點(diǎn)、單卡故障、單一參數(shù)失效不影響某一工藝系統(tǒng)或整個(gè)機(jī)組安全性為原則的I/O測(cè)點(diǎn)分配，以典型驅(qū)動(dòng)算法功能的完善性和邏輯的嚴(yán)密性為基礎(chǔ)的設(shè)備控制安全性，熱工聯(lián)鎖保護(hù)的實(shí)現(xiàn)方法，模擬量控制回路考慮控制過(guò)程的安全性，內(nèi)容全面和多重且設(shè)置優(yōu)先級(jí)的報(bào)警，MFT執(zhí)行部分繼電器邏輯設(shè)計(jì)，ETS和METS繼電器邏輯設(shè)計(jì)，必要的后備操作手段，電源及接地系統(tǒng)，控制邏輯設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)的規(guī)范性和標(biāo)準(zhǔn)化，控制器主副站同時(shí)掉電的極端情況下應(yīng)對(duì)措施等。
（2）嚴(yán)密的機(jī)組主保護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)
機(jī)組主保護(hù)系統(tǒng)包括鍋爐安全保護(hù)系統(tǒng)（FSSS）、汽機(jī)緊急遮斷系統(tǒng)（ETS）和發(fā)電機(jī)主保護(hù)系統(tǒng)，這些都是機(jī)組保護(hù)系統(tǒng)的核心。莊河電廠600MW超臨界機(jī)組鍋爐和汽機(jī)保護(hù)系統(tǒng)均在DCS系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)，這就對(duì)DCS系統(tǒng)本身和工程方案的設(shè)計(jì)都提出了更高的要求。在工程方案設(shè)計(jì)中，重點(diǎn)把握了如下原則：
①安全性原則
a）保護(hù)控制器采用單獨(dú)控制器，冗余配置。
b）采用控制器邏輯和硬繼電器邏輯相結(jié)合的實(shí)現(xiàn)方式，極為重要的跳閘條件（如手動(dòng)打閘和ETS中的汽機(jī)超速）在控制器邏輯和硬繼電器邏輯中同時(shí)實(shí)現(xiàn)。
c）控制器和硬繼電器邏輯均采用兩套電源供電。
d）保護(hù)動(dòng)作指令回路采用雙套設(shè)計(jì)。
e）鍋爐保護(hù)跳閘動(dòng)作指令設(shè)計(jì)成3個(gè)指令三取二方式；汽機(jī)跳閘動(dòng)作4個(gè)指令分別送到液壓系統(tǒng)4個(gè)AST電磁閥，電磁閥采用“兩個(gè)先或然后再與”的回路布置方式，4個(gè)動(dòng)作指令分別從不同DO卡件輸出。
f）重要聯(lián)鎖設(shè)備硬指令回路采用雙套設(shè)計(jì)。
g）手動(dòng)跳閘按鈕采用雙按鈕的接點(diǎn)先并聯(lián)再串聯(lián)方式，每個(gè)按鈕采用兩副接點(diǎn)，每個(gè)按鈕的兩副接點(diǎn)先并聯(lián)，然后兩按鈕再串聯(lián)，提高按鈕動(dòng)作的可靠性。
h）跳閘條件盡可能按三取二邏輯設(shè)計(jì)，且相關(guān)IO點(diǎn)從不同卡件輸入。
i）加強(qiáng)電源監(jiān)視。對(duì)控制器的兩路電源進(jìn)行監(jiān)視。對(duì)給硬繼電器邏輯供電的兩套直流電源在切換前和切換后均進(jìn)行監(jiān)視，切換后電源的監(jiān)視點(diǎn)安排在末端。
②快速性原則
根據(jù)保護(hù)對(duì)象的實(shí)際要求，盡量提高保護(hù)動(dòng)作的快速性。鍋爐保護(hù)控制器處理周期為100ms，汽機(jī)保護(hù)控制器處理周期為30ms。
③跳閘條件的科學(xué)性和完善性
認(rèn)真研讀相關(guān)的保護(hù)規(guī)程，嚴(yán)格依據(jù)機(jī)爐廠家提供的保護(hù)資料，深刻理解其含義和必要性，針對(duì)莊河超臨界機(jī)組的具體實(shí)際進(jìn)行完善和優(yōu)化，在跳閘條件延時(shí)和脈沖的使用上慎重考慮。
④硬跳設(shè)備的全面性和必要性
嚴(yán)格根據(jù)鍋爐防爆規(guī)程的要求，凡是直接危急到爐膛安全的設(shè)備，全部納入硬跳設(shè)備清單。
⑤跳閘首出原因記憶
對(duì)于機(jī)爐保護(hù)，均設(shè)計(jì)了跳閘首出原因記憶邏輯，便于準(zhǔn)確快速尋找跳閘原因。
圖3為依據(jù)以上原則設(shè)計(jì)的莊河電廠600MW超臨界汽輪機(jī)保護(hù)系統(tǒng)ETS的繼電器邏輯原理圖。
圖3 莊河ETS繼電器邏輯原理圖
（3）對(duì)機(jī)組協(xié)調(diào)控制和汽水系統(tǒng)控制進(jìn)行優(yōu)化
（3）對(duì)機(jī)組協(xié)調(diào)控制和汽水系統(tǒng)控制進(jìn)行優(yōu)化
在協(xié)調(diào)控制方案中，充分考慮了超臨界機(jī)組鍋爐、汽機(jī)特性的差異，燃料、給水的平衡關(guān)系和相互影響。給水控制以燃水比為基礎(chǔ)，控制住中間點(diǎn)溫度（汽水分離器出口微過(guò)熱汽溫），同時(shí)考慮給水控制對(duì)汽溫的影響，將提供快速動(dòng)態(tài)響應(yīng)的減溫噴水與提供穩(wěn)態(tài)汽溫調(diào)整的燃水比協(xié)調(diào)起來(lái)，使機(jī)組燃料和汽水系統(tǒng)控制整體上達(dá)到較優(yōu)水平。啟動(dòng)給水系統(tǒng)按功能組級(jí)設(shè)計(jì)，啟動(dòng)給水系統(tǒng)投入自動(dòng)后，在機(jī)組整個(gè)啟動(dòng)、正常運(yùn)行以及停止過(guò)程中，啟動(dòng)給水系統(tǒng)設(shè)備完全處于自動(dòng)控制狀態(tài)，這有助于實(shí)現(xiàn)超臨界直流爐從濕態(tài)運(yùn)行到干態(tài)運(yùn)行，以及從干態(tài)運(yùn)行到濕態(tài)運(yùn)行的安全穩(wěn)定轉(zhuǎn)換。
莊河電廠#1機(jī)組168試運(yùn)期間機(jī)爐協(xié)調(diào)控制、給水控制、過(guò)熱汽溫控制等主要控制回路均已投入，控制精度達(dá)到了較高水平。
4.3 莊河電廠輔助車(chē)間控制系統(tǒng)采用主廠房控制系統(tǒng)平臺(tái)（主輔控一體化平臺(tái)）的主要特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)
（1）靈活易用性
由于EDPF-NT系統(tǒng)應(yīng)用了先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)“域”技術(shù)，可以方便的在輔助車(chē)間一體化系統(tǒng)中加入和退出每個(gè)子系統(tǒng)或?qū)⒆酉到y(tǒng)重新劃分，而不影響整個(gè)系統(tǒng)和其它子系統(tǒng)的正常運(yùn)行，方便了輔控系統(tǒng)的逐步投運(yùn)以及投運(yùn)后電廠的檢修和維護(hù)工作。
（1）靈活易用性
由于EDPF-NT系統(tǒng)應(yīng)用了先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)“域”技術(shù)，可以方便的在輔助車(chē)間一體化系統(tǒng)中加入和退出每個(gè)子系統(tǒng)或?qū)⒆酉到y(tǒng)重新劃分，而不影響整個(gè)系統(tǒng)和其它子系統(tǒng)的正常運(yùn)行，方便了輔控系統(tǒng)的逐步投運(yùn)以及投運(yùn)后電廠的檢修和維護(hù)工作。
采用新一代完全自主產(chǎn)權(quán)的聚簇索引技術(shù)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)引擎，實(shí)現(xiàn)了輔控系統(tǒng)規(guī)模大情況下的最高實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)檢索和更新效率，并通過(guò)系統(tǒng)內(nèi)測(cè)點(diǎn)名稱(chēng)可重名的動(dòng)態(tài)邊界安全保障等功能，解決了輔控各子系統(tǒng)分步實(shí)施以及系統(tǒng)在線初始化過(guò)程中易出現(xiàn)的沖突和干擾問(wèn)題，大大增強(qiáng)了輔控系統(tǒng)動(dòng)態(tài)安全性和配置靈活性，方便了輔控各子系統(tǒng)分部實(shí)施投運(yùn)。
（2）系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)、安全、可靠
EDPF-NT系統(tǒng)工業(yè)實(shí)時(shí)以太網(wǎng)采用了多項(xiàng)實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用綜合優(yōu)化技術(shù)，現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行情況表明性能優(yōu)異、穩(wěn)定可靠。
（3）系統(tǒng)操作安全，權(quán)限設(shè)置方便
莊河電廠輔助車(chē)間控制系統(tǒng)分為三層，為了系統(tǒng)操作安全，EDPF-NT系統(tǒng)加入了分級(jí)操作權(quán)限的功能，操作權(quán)限可以方便靈活的在不同的層間進(jìn)行切換（不同的子系統(tǒng)間可以獨(dú)立切換，不會(huì)相互干預(yù)），同一時(shí)間只有一個(gè)層具有操作權(quán)限，而且只有得到操作權(quán)限的層才能對(duì)設(shè)備進(jìn)行操作。
（4）控制器處理能力強(qiáng)
和PLC控制器相比，DCS系統(tǒng)除了具有優(yōu)秀的開(kāi)關(guān)量運(yùn)算功能外，同時(shí)也提供了強(qiáng)大的模擬量控制功能，可以解決電廠任何復(fù)雜的控制方案，并且由于有實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)的支持，對(duì)于事件的響應(yīng)速度更快。
（5）支持多種與第三方設(shè)備的通訊接口方式
EDPF-NT系統(tǒng)的冗余虛擬DPU技術(shù)和冗余COM卡技術(shù)便于實(shí)現(xiàn)與各種不同類(lèi)型大小規(guī)模的其它系統(tǒng)的通訊控制。在莊河輔控DCS系統(tǒng)與輸煤程控（PLC）等系統(tǒng)的通訊控制上就充分采用了這些技術(shù)。同時(shí)借助于DCS成熟標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)接口技術(shù)和開(kāi)放的性能，輔助車(chē)間控制系統(tǒng)很容易將數(shù)據(jù)傳輸至全廠實(shí)時(shí)信息監(jiān)控系統(tǒng)。
（6）經(jīng)濟(jì)效益明顯
①由于輔助車(chē)間控制系統(tǒng)采用一體化設(shè)計(jì)，真正實(shí)現(xiàn)了輔助車(chē)間集中監(jiān)視和控制，達(dá)到資源共享，合并減少或取消就地操作監(jiān)控點(diǎn)，自動(dòng)化水平提高，為電廠的減員增效起到了很好的作用，也為電廠的輔控車(chē)間級(jí)最終取消運(yùn)行人員進(jìn)而實(shí)現(xiàn)全部監(jiān)控提供了可能。
②主輔控采用一體化平臺(tái)，即全部采用EDPF-NT系統(tǒng)，大大降低了備品備件數(shù)量，優(yōu)化了電廠資源配置，減少了維護(hù)費(fèi)用，降低了產(chǎn)品成本，為增強(qiáng)電廠的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力提供了重要保證。
③主輔控采用一體化平臺(tái)，對(duì)于熱控維護(hù)人員，可以不用學(xué)習(xí)和掌握多種控制系統(tǒng)，避免了雜而不精的情況出現(xiàn)，同時(shí)減少了培訓(xùn)費(fèi)用，也降低了熱控人員的維護(hù)工作強(qiáng)度。
④輔控系統(tǒng)依靠EDPF-NT系統(tǒng)先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)和控制技術(shù)，合理有效地提高了輔助系統(tǒng)的控制水平，提高了輔助車(chē)間自動(dòng)化控制和管理水平，提高了電廠運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。
5 小結(jié)
莊河電廠600MW超臨界機(jī)組主廠房和輔助車(chē)間控制系統(tǒng)的成功投運(yùn)，是國(guó)電智深自主化EDPF-NT系統(tǒng)繼2007年初在河北龍山600MW直接空冷亞臨界機(jī)組上成功應(yīng)用后，取得的又一項(xiàng)重要突破，是國(guó)內(nèi)第一套成功用于600MW超臨界機(jī)組上的國(guó)產(chǎn)DCS系統(tǒng)，也是國(guó)內(nèi)第一套大規(guī)模應(yīng)用于600MW超臨界機(jī)組輔助車(chē)間一體化控制的DCS系統(tǒng)，具有里程碑的意義。
2008年，國(guó)電智深又先后和國(guó)華徐州電廠、國(guó)電諫壁電廠簽訂了1000MW超超臨界機(jī)組DCS系統(tǒng)供貨合同，莊河項(xiàng)目的成功為自主化EDPF-NT系統(tǒng)下一步在1000MW超超臨界機(jī)組的應(yīng)用打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
————轉(zhuǎn)自《自動(dòng)化博覽》
北京市公安局海淀分局備案號(hào)：11010802023656號(hào)