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案例頻道 作者簡(jiǎn)介：許洪升（1972-），男，浙江富陽(yáng)人，工程師，長(zhǎng)期從事火電廠熱工檢修及技術(shù)管理工作。
關(guān)鍵詞：除灰；PLC；脫硫；DCS；一體化
Keywords: Ash Handling System；PLC；Flue Gas Desulfurization System；DCS；integrative
長(zhǎng)興發(fā)電有限公司裝機(jī)總?cè)萘?200MW，分二期建設(shè)完成。一期2×300MW國(guó)產(chǎn)燃煤發(fā)電機(jī)組于2003年5月22日竣工投產(chǎn)，二期2×300MW國(guó)產(chǎn)燃煤發(fā)電機(jī)組并同步建設(shè)全廠石灰石－石膏濕法脫硫裝置，于2006年5月31日建成投產(chǎn)。一期單元機(jī)組及主機(jī)公用DCS為ABB公司Symphony 5.0系統(tǒng)，二期單元機(jī)組及主機(jī)公用DCS為新華公司XDPS6.0系統(tǒng)。一期、二期氣力除灰公用均為AB1756系列PLC產(chǎn)品，全廠脫硫采用一套新華公司XDPS6.0系統(tǒng)。
2 一期、二期除灰公用及全廠脫硫網(wǎng)絡(luò)簡(jiǎn)介
2.1一期、二期除灰公用系統(tǒng)
以二期#3、4爐除灰公用系統(tǒng)為例，兩爐共用一套AB PLC系統(tǒng)，配置一對(duì)冗余CPU，根據(jù)生產(chǎn)區(qū)域地理位置不同分別設(shè)置了遠(yuǎn)程站。具體如圖1所示。
圖1 二期除灰公用網(wǎng)絡(luò)示意圖
一期#1、2爐除灰公用系統(tǒng)生產(chǎn)區(qū)域布置與二期類似，故網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)總體與二期相似。
2.2 全廠脫硫系統(tǒng)
圖2 全廠脫硫網(wǎng)絡(luò)示意圖
由圖2可知，#1FGD~#4FGD（Flue Gas Desulfurization）各使用兩對(duì)DPU（Distributed Process Unit），使得每臺(tái)機(jī)組的脫硫控制功能獨(dú)立互不影響，通過(guò)A、B兩個(gè)實(shí)時(shí)以太網(wǎng)又將脫硫公用系統(tǒng)與各FGD控制聯(lián)網(wǎng)，在任一操作員站即可實(shí)現(xiàn)全廠脫硫控制。
3 除灰脫硫一體化構(gòu)想
二期基建時(shí)，將一期、二期除灰及全廠脫硫操作員站全部集中于脫硫除灰集控室，包括一期、二期除灰各3個(gè)及脫硫4個(gè)操作站。隨著二期及全廠脫硫系統(tǒng)投運(yùn)，熱工維護(hù)難度凸顯，逐漸形成了一體化構(gòu)想，主要原因有以下幾個(gè)方面：
3.1 脫硫DCS系統(tǒng)軟件開(kāi)放程度高，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單易維護(hù)。而除灰是PLC系統(tǒng)和iFIX監(jiān)控軟件的綜合應(yīng)用，具有RSLinx和OPC等接口軟件，結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，維護(hù)要求高。
3.2 脫硫DCS系統(tǒng)在線加點(diǎn)、加卡件、組態(tài)方便。除灰系統(tǒng)加點(diǎn)涉及PLC和iFIX兩個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)。因兩爐公用CPU，增加卡件后下載程序或規(guī)劃網(wǎng)絡(luò)時(shí)將使兩爐除灰系統(tǒng)全部離線。PLC系統(tǒng)適于控制方式比較固定的場(chǎng)合，而隨著運(yùn)行要求的提高，除灰系統(tǒng)的控制方式變換或優(yōu)化要求越來(lái)越多，系統(tǒng)適應(yīng)性變差。
3.3 脫硫DCS歷史庫(kù)容量大，操作員可方便地查看流程圖上任一點(diǎn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)和歷史趨勢(shì)。而除灰iFIX監(jiān)控軟件通常只有少量的歷史庫(kù)點(diǎn)，趨勢(shì)功能不如DCS開(kāi)放和靈活。
3.4 脫硫DCS具有強(qiáng)大的檢索功能，包括過(guò)程報(bào)警歷史、數(shù)據(jù)報(bào)表、系統(tǒng)自檢故障歷史和操作記錄。而除灰iFIX監(jiān)控軟件一般未設(shè)計(jì)系統(tǒng)自檢故障報(bào)警歷史和操作記錄，過(guò)程數(shù)據(jù)報(bào)警歷史容量較小，未開(kāi)發(fā)報(bào)表功能。
3.5 脫硫DCS操作站恢復(fù)快、操作響應(yīng)周期短。
3.6 脫硫DCS提供完善的操作器模塊，設(shè)備操作允許條件、跳閘條件、A/M狀態(tài)、禁操一目了然，而除灰系統(tǒng)的設(shè)計(jì)水平則要低得多。
除灰脫硫一體化，運(yùn)行可在同一操作站完成全廠脫硫和除灰系統(tǒng)的控制，便于運(yùn)行集中操作，減輕熱工維護(hù)壓力。
4.1 一體化方案一
繼續(xù)保留整個(gè)PLC網(wǎng)絡(luò)，增加脫硫DCS和PLC的通訊接口，即將iFIX的監(jiān)控功能全部由DCS系統(tǒng)的虛擬DPU和畫面完成。這樣可以利用DCS實(shí)現(xiàn)iFIX和PLC較難實(shí)現(xiàn)的功能，如操作記錄、操作器功能、趨勢(shì)開(kāi)放等，還可以撤消原除灰系統(tǒng)的4個(gè)操作員站，但原除灰工程師站作為PLC組態(tài)工具仍需保留。此方案雖然改造費(fèi)用少，但仍存在一些問(wèn)題，如PLC網(wǎng)絡(luò)增加卡件時(shí)兩爐除灰系統(tǒng)仍需離線、PLC和DCS的接口設(shè)計(jì)與通訊等。
4.2 推薦的一體化方案二
取消整個(gè)PLC網(wǎng)絡(luò)及其6個(gè)操作站，每爐配置一對(duì)除灰專用DPU，一期、二期除灰公用各配置一對(duì)DPU，原PLC的I/O卡件全部改用DCS卡件，DPU通過(guò)脫硫DCS交換機(jī)備用口與之聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)DCS一體化。此方案的投資較大，但之后可降低維護(hù)成本，減輕熱工工作壓力，提高控制管理水平。根據(jù)現(xiàn)有PLC系統(tǒng)點(diǎn)數(shù)統(tǒng)計(jì)所需DCS卡件如表1所示。
表1 PLC系統(tǒng)點(diǎn)數(shù)DCS卡件統(tǒng)計(jì)
原脫硫系統(tǒng)I/O約為4800點(diǎn)，加上表1統(tǒng)計(jì)的一期、二期除灰約2900點(diǎn)，整個(gè)系統(tǒng)點(diǎn)數(shù)及節(jié)點(diǎn)數(shù)為完全在DCS系統(tǒng)允許容量之內(nèi)。
圖3 全廠除灰脫硫一體化后網(wǎng)絡(luò)示意圖（脫硫DPU在此圖未畫出）
圖3是除灰、脫硫DCS一體化的組網(wǎng)示意圖。一期二期除灰DPU、爐倉(cāng)泵及爐底渣控制機(jī)柜仍放置在除灰電控樓，因至原脫硫DCS交換機(jī)A-1、B-1、A-3、B-3距離較近，可通過(guò)網(wǎng)線直接并入原脫硫DCS的光纜環(huán)網(wǎng)，其它遠(yuǎn)程I/O的布置不變。
PLC、iFIX功能雖然強(qiáng)大，但在已投產(chǎn)系統(tǒng)中進(jìn)行二次功能開(kāi)發(fā)和完善有一定難度。另外，熱工設(shè)備型號(hào)繁多、更新?lián)Q代頻繁、技術(shù)要求高，在一定程度上影響著熱工人員的技術(shù)熟練程度和接受程度。根據(jù)《火力發(fā)電廠輔助系統(tǒng)（車間）熱工自動(dòng)化設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定》中“自動(dòng)化水平”的規(guī)定及一些電廠外圍輔助系統(tǒng)的DCS改造經(jīng)驗(yàn)，在主機(jī)DCS改造期間可考慮推進(jìn)除灰、脫硫DCS一體化工作，以提高全廠的運(yùn)營(yíng)管理和熱工維護(hù)水平。
摘 要：文章首先對(duì)長(zhǎng)興除灰PLC、脫硫DCS系統(tǒng)的控制組網(wǎng)作了介紹，根據(jù)系統(tǒng)的各自特點(diǎn)和維護(hù)情況提出了除灰、脫硫控制一體化構(gòu)想。在一體化構(gòu)想中，重點(diǎn)介紹了除灰脫硫的DCS一體化推薦方案。最后提出了除灰、脫硫DCS一體化的實(shí)施時(shí)機(jī)及意義。
關(guān)鍵詞：除灰；PLC；脫硫；DCS；一體化
Abstract: the article introduces the PLC of Ash Handling System and the DCS of Flue Gas Desulfurization System in Changxing Power Plant ，according to the each of feature and the maintenance status ，the integrative control project of Ash Handling System and Flue Gas Desulfurization System in Changxing Power Plant has been presented.Under study ，the integrative DCS control project of Ash Handling System and Flue Gas Desulfurization System has been highly recommended . At last，the article locates the opportunity and significance of the integrative DCS control project.
Keywords: Ash Handling System；PLC；Flue Gas Desulfurization System；DCS；integrative
1 概述
長(zhǎng)興發(fā)電有限公司裝機(jī)總?cè)萘?200MW，分二期建設(shè)完成。一期2×300MW國(guó)產(chǎn)燃煤發(fā)電機(jī)組于2003年5月22日竣工投產(chǎn)，二期2×300MW國(guó)產(chǎn)燃煤發(fā)電機(jī)組并同步建設(shè)全廠石灰石－石膏濕法脫硫裝置，于2006年5月31日建成投產(chǎn)。一期單元機(jī)組及主機(jī)公用DCS為ABB公司Symphony 5.0系統(tǒng)，二期單元機(jī)組及主機(jī)公用DCS為新華公司XDPS6.0系統(tǒng)。一期、二期氣力除灰公用均為AB1756系列PLC產(chǎn)品，全廠脫硫采用一套新華公司XDPS6.0系統(tǒng)。
2 一期、二期除灰公用及全廠脫硫網(wǎng)絡(luò)簡(jiǎn)介
2.1一期、二期除灰公用系統(tǒng)
以二期#3、4爐除灰公用系統(tǒng)為例，兩爐共用一套AB PLC系統(tǒng)，配置一對(duì)冗余CPU，根據(jù)生產(chǎn)區(qū)域地理位置不同分別設(shè)置了遠(yuǎn)程站。具體如圖1所示。
圖1 二期除灰公用網(wǎng)絡(luò)示意圖
一期#1、2爐除灰公用系統(tǒng)生產(chǎn)區(qū)域布置與二期類似，故網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)總體與二期相似。
2.2 全廠脫硫系統(tǒng)
圖2 全廠脫硫網(wǎng)絡(luò)示意圖
由圖2可知，#1FGD~#4FGD（Flue Gas Desulfurization）各使用兩對(duì)DPU（Distributed Process Unit），使得每臺(tái)機(jī)組的脫硫控制功能獨(dú)立互不影響，通過(guò)A、B兩個(gè)實(shí)時(shí)以太網(wǎng)又將脫硫公用系統(tǒng)與各FGD控制聯(lián)網(wǎng)，在任一操作員站即可實(shí)現(xiàn)全廠脫硫控制。
3 除灰脫硫一體化構(gòu)想
二期基建時(shí)，將一期、二期除灰及全廠脫硫操作員站全部集中于脫硫除灰集控室，包括一期、二期除灰各3個(gè)及脫硫4個(gè)操作站。隨著二期及全廠脫硫系統(tǒng)投運(yùn)，熱工維護(hù)難度凸顯，逐漸形成了一體化構(gòu)想，主要原因有以下幾個(gè)方面：
3.1 脫硫DCS系統(tǒng)軟件開(kāi)放程度高，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單易維護(hù)。而除灰是PLC系統(tǒng)和iFIX監(jiān)控軟件的綜合應(yīng)用，具有RSLinx和OPC等接口軟件，結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，維護(hù)要求高。
3.2 脫硫DCS系統(tǒng)在線加點(diǎn)、加卡件、組態(tài)方便。除灰系統(tǒng)加點(diǎn)涉及PLC和iFIX兩個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)。因兩爐公用CPU，增加卡件后下載程序或規(guī)劃網(wǎng)絡(luò)時(shí)將使兩爐除灰系統(tǒng)全部離線。PLC系統(tǒng)適于控制方式比較固定的場(chǎng)合，而隨著運(yùn)行要求的提高，除灰系統(tǒng)的控制方式變換或優(yōu)化要求越來(lái)越多，系統(tǒng)適應(yīng)性變差。
3.3 脫硫DCS歷史庫(kù)容量大，操作員可方便地查看流程圖上任一點(diǎn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)和歷史趨勢(shì)。而除灰iFIX監(jiān)控軟件通常只有少量的歷史庫(kù)點(diǎn)，趨勢(shì)功能不如DCS開(kāi)放和靈活。
3.4 脫硫DCS具有強(qiáng)大的檢索功能，包括過(guò)程報(bào)警歷史、數(shù)據(jù)報(bào)表、系統(tǒng)自檢故障歷史和操作記錄。而除灰iFIX監(jiān)控軟件一般未設(shè)計(jì)系統(tǒng)自檢故障報(bào)警歷史和操作記錄，過(guò)程數(shù)據(jù)報(bào)警歷史容量較小，未開(kāi)發(fā)報(bào)表功能。
3.5 脫硫DCS操作站恢復(fù)快、操作響應(yīng)周期短。
3.6 脫硫DCS提供完善的操作器模塊，設(shè)備操作允許條件、跳閘條件、A/M狀態(tài)、禁操一目了然，而除灰系統(tǒng)的設(shè)計(jì)水平則要低得多。
4 除灰脫硫一體化方案研究
除灰脫硫一體化，運(yùn)行可在同一操作站完成全廠脫硫和除灰系統(tǒng)的控制，便于運(yùn)行集中操作，減輕熱工維護(hù)壓力。
4.1 一體化方案一
繼續(xù)保留整個(gè)PLC網(wǎng)絡(luò)，增加脫硫DCS和PLC的通訊接口，即將iFIX的監(jiān)控功能全部由DCS系統(tǒng)的虛擬DPU和畫面完成。這樣可以利用DCS實(shí)現(xiàn)iFIX和PLC較難實(shí)現(xiàn)的功能，如操作記錄、操作器功能、趨勢(shì)開(kāi)放等，還可以撤消原除灰系統(tǒng)的4個(gè)操作員站，但原除灰工程師站作為PLC組態(tài)工具仍需保留。此方案雖然改造費(fèi)用少，但仍存在一些問(wèn)題，如PLC網(wǎng)絡(luò)增加卡件時(shí)兩爐除灰系統(tǒng)仍需離線、PLC和DCS的接口設(shè)計(jì)與通訊等。
4.2 推薦的一體化方案二
取消整個(gè)PLC網(wǎng)絡(luò)及其6個(gè)操作站，每爐配置一對(duì)除灰專用DPU，一期、二期除灰公用各配置一對(duì)DPU，原PLC的I/O卡件全部改用DCS卡件，DPU通過(guò)脫硫DCS交換機(jī)備用口與之聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)DCS一體化。此方案的投資較大，但之后可降低維護(hù)成本，減輕熱工工作壓力，提高控制管理水平。根據(jù)現(xiàn)有PLC系統(tǒng)點(diǎn)數(shù)統(tǒng)計(jì)所需DCS卡件如表1所示。
表1 PLC系統(tǒng)點(diǎn)數(shù)DCS卡件統(tǒng)計(jì)
原脫硫系統(tǒng)I/O約為4800點(diǎn)，加上表1統(tǒng)計(jì)的一期、二期除灰約2900點(diǎn)，整個(gè)系統(tǒng)點(diǎn)數(shù)及節(jié)點(diǎn)數(shù)為完全在DCS系統(tǒng)允許容量之內(nèi)。
圖3 全廠除灰脫硫一體化后網(wǎng)絡(luò)示意圖（脫硫DPU在此圖未畫出）
圖3是除灰、脫硫DCS一體化的組網(wǎng)示意圖。一期二期除灰DPU、爐倉(cāng)泵及爐底渣控制機(jī)柜仍放置在除灰電控樓，因至原脫硫DCS交換機(jī)A-1、B-1、A-3、B-3距離較近，可通過(guò)網(wǎng)線直接并入原脫硫DCS的光纜環(huán)網(wǎng)，其它遠(yuǎn)程I/O的布置不變。
5 結(jié)語(yǔ)
PLC、iFIX功能雖然強(qiáng)大，但在已投產(chǎn)系統(tǒng)中進(jìn)行二次功能開(kāi)發(fā)和完善有一定難度。另外，熱工設(shè)備型號(hào)繁多、更新?lián)Q代頻繁、技術(shù)要求高，在一定程度上影響著熱工人員的技術(shù)熟練程度和接受程度。根據(jù)《火力發(fā)電廠輔助系統(tǒng)（車間）熱工自動(dòng)化設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定》中“自動(dòng)化水平”的規(guī)定及一些電廠外圍輔助系統(tǒng)的DCS改造經(jīng)驗(yàn)，在主機(jī)DCS改造期間可考慮推進(jìn)除灰、脫硫DCS一體化工作，以提高全廠的運(yùn)營(yíng)管理和熱工維護(hù)水平。
北京市公安局海淀分局備案號(hào)：11010802023656號(hào)