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    摘要：本文主要闡述了國產DCS系統首次在臺電二期1000MW的應用，簡單介紹了系統結構組成、控制系統功能與應用特點，對國產DCS的應用提出建議。

    關鍵詞：和利時；MACS；1000MW；大集控

    1 引言

    近幾年隨著國家自動化工業控制系統應用技術的迅速發展，國產DCS的技術水平在某些功能和技術指標上已超過國際先進水平。通過工程積累，控制策略也已經達到或接近了國際先進水平。為更好推廣高科技國產化設備，臺山電廠在經過多方調研考證后，最終決定選用杭州和利時自動化有限公司生產的MACS V6系統做為二期擴建工程首臺1000MW機組的DCS控制系統。

    2 概述

    2.1 工程概況

    廣東臺山發電廠工程分兩期建設，一期工程5×600MW亞臨界機組，五臺機組分別于2003年12月9日、2004年4月9日、 2006年01月21日、27日、2006年11月28日全部建成投產；二期工程建設4×1000MW超超臨界機組，并預留2臺1000MW超超臨界機組場地，最終容量可達9000MW。

    本文所述對象為二期擴建工程的6、7號機，即2×1000MW國產超超臨界燃煤機組。

    2.2 MACS V6介紹

    MACS V6控制系統是HOLLIAS MACS系統的最新一代版本，由以太網和基于現場總線技術的控制網絡連接的各工程師站、操作員站、現場控制站(包括主控單元設備和I/O單元設備)、通訊控制站、數據服務器組成。主要完成數據采集、運算與處理，邏輯組態與下裝，畫面監視與控制等多項功能。

   系統硬件由工程師站、操作站、現場控制站（包括主控單元設備和I/O單元設備）、通訊控制站、打印服務站、系統服務器、系統網絡、控制網絡等組成。系統軟件包括：工程師站組態軟件、操作員站在線軟件、現場控制器運行軟件、服務器軟件等。MACS V6系統除可以完成傳統的數據采集、處理，進行設備狀態顯示、記錄、報警、歷史數據存儲與檢索、事故追憶、性能計算、操作指導等功能外，還增加了具有和利時特色的畫面回放功能，該功能可以有效記錄整個過程中設備運行狀態與操作記錄和參數的變化情況，對事故分析的正確性和及時性帶來了很大幫助。

    2.3 系統結構

    本工程DCS系統采用Client/Server體系結構，控制管理網絡采用兩層結構，星型連接，雙冗余配置。控制網絡和管理網絡的分離有利于將交換機設備故障風險分散，同時大大減少了數據處理量和網絡上的擁塞。遠程控制站采用1000M以太光纖連入系統，網絡結構。

    6號機組和公用系統共設3個域，分別為：#0域，包含機組公用和脫硫公用設備，共11個控制站；#1域，包含鍋爐、汽機、電氣系統的I/O設備及遠程控制站，共49個控制站；#3域，包含脫硫系統設備，共5個控制站。每個域均設6個服務器，分別為4 個I/O服務器和2個歷史/實時服務器。操作員站和工程師站集中布置，共設為9個操作員站和3個工程師站。

    3 控制系統實現功能及設計特點

   3.1 功能

    國華臺電2×1000MW發電機組DCS控制系統實現功能包括：數據采集系統（DAS）、模擬量控制系統（MCS）、鍋爐爐膛安全監控系統（FSSS）、順序控制系統（SCS）、旁路控制系統（BPC）、給水泵控制系統（MEH）、電氣控制系統（ECS）等各項控制功能，是集軟硬件于一體的能夠完成全套機組啟、停、正常運行、變工況等各項功能的控制系統。DCS公用系統分別接入兩臺單元機組的DCS網絡。

    3.2 設計特點

   3.2.1 多重冗余配置，全面提高系統穩定性、可靠性在本工程中設計了多重冗余配置結構，主要體現在：

    （1）管理網、控制網兩級網絡均實現雙冗余。采用兩層網絡均冗余的方法可以保證在任一網絡出現問題的情況下，整個DCS控制系統能正常工作；

    （2）主控單元實現雙冗余，正常工作時一主一從。當主主控單元故障時自動切換到從主控單元，兩個主控單元間程序使用ProfiBus DP總線保持同步；

    （3）控制系統電源及電源模塊均實現雙冗余。控制站、各服務器直接雙路電源接入，有任一路接通即可正常工作；工程師站、操作員站等采用兩路電源通過切換裝置后接入的方式實現有任一路接通即可正常工作；

    （4）I/O服務器實現四冗余。可以在MACS V6系統中對四臺I/O服務器分別進行配置，使其在正常狀態下各自優先處理分配的控制站信號，當有任一臺出現故障時，均可由其它服務器接管其工作，最惡劣的情況下只要有一臺I/O服務器能正常工作也可完成全部的I/O處理功能；

    （5）歷史/實時服務器實現雙冗余，正常工作時一主一從。當主歷史/實時服務器故障時自動切換到從歷史/實時服務器，兩個歷史/實時服務器間程序使用TCP/IP協議保持數據同步；

    3.2.2 分站分域管理，提高系統可用率，最大程度分散風險本著風險最小化的理念，本工程在設計初期就確定了分站分域管理的方法，提高系統可用率，最大程度分散風險。主要體現在：

    （1）將整個工程分為3個域(公用、單元機組、脫硫)，每個域相互獨立，各自使用自有的服務器、控制站、網絡等；

    （2）將同一系統的多個設備劃分到不同的控制站，如制粉系統，A～F給煤機、磨煤機等分別劃分在#11～16號控制站；

    （3）將重要保護、跳閘信號劃分到不同控制站內的不同卡件上，保證信號采集的準確性。

    3.3 系統特點

    (1) MACS V6考慮了現代電力企業的發展需求，按大型系統進行設計創新，在體系結構上引入域的概念，從根本上解決了大型裝置既可實現幾個分裝置的信息聯合，又可以保持各分裝置的相對獨立運行和操作，系統支持16個域，每個域可以支持6萬5千個物理點。

   (2) 過去我們區分DCS和PLC主要通過被控對象的特點（過程控制和邏輯控制）來進行劃分。MACS V6系統包容了過程控制、邏輯控制和批處理控制，實現了混合控制。

    (3) 在現代化電廠有兩個趨勢，一個是控制范圍的不斷擴大，設備廠家眾多；另一個是管理和控制上的一體化需求不斷加強，為實現數字化工廠打下一個好的基礎。和利時公司MACS V6正是這樣一個系統平臺，它除了自身控制功能非常強大之外，其開發性非常好，可用連接300多種不同的通訊方式的設備，從而可以把不同的設備廠家整合到一個統一監控平臺之上，為下一步數字化工廠提供了一種實現模式。

   (4) MACS V6采用了海量實時數據訪問的技術：大容量DTDB ，單域 65535 點× 16 個域，近 105 萬點自主研制的改進型 HASH 算法，大幅度提高 RTDB 訪問速度，并具備全歷史庫功能，所有的物理點、中間量點和通訊點，都可以以最小1秒的分別率記錄儲存（SOE是小于1毫秒），可以實現工藝畫面的回放功能，為設備故障原因的分析、查找帶來很大方便。

   (5) 國內首次提出了“確定性DCS系統”技術，并在1000MW機組的DCS系統中應用，即：實現了高可靠、高精度、快速的控制作用系統。主要包括三方面：

    機組級網絡的確定性通訊技術：國內首次研究、開發完成了基于Ethernet網絡硬件平臺環境，具有“令牌網絡”規則的實時以太網通訊協議（DNet）技術的大型DCS，并應用于1000MW火電機組控制中。

    控制器I/O總線的確定性數據交換技術。

    (6) 為了更好地控制超超臨界機組，和利時原在DCS焓熵計算模塊上做了改進

   開發模塊采用IAPWS-IF97公式代替原有IFC-67公式模塊：IAPWS-IF97是水和蒸汽性質國際學會1997年發布，并取代了IFC-67公式，相比IFC-67，前者公式模型的適用范圍擴大、分區更趨于簡化、計算結果更具有一致性，同時計算精度速度都得到了提高。

    密度計算優化和指數優化：3區密度計算一般采用牛頓法和弦截法計算得到，兩種方法均為迭代法，需要大量迭代計算，并且在臨界區附近計算誤差較大。優化后，采用26子區法代替上述兩種方法并采用系統指數代替自開發指數。

    根據現場需求，修改輸出模式：功能塊作了優化，避免水/汽焓值切換時對系統造成擾動。

    (7) 系統既可以實現全漢化，也可以實現全英文，并提供快速一鍵切換。

    (8) 提供了虛擬DPU技術，從而使仿真和控制完全一致并同步更新，可以在仿真上實現邏輯驗證。

    ４ 對國產DCS在大型火電機組應用的經驗建議

    隨著國產DCS系統控制技術的不斷發展，國產DCS系統在國內大型火電機組的應用已經占有了一定的份額，本文根據國華臺電2×1000MW發電機組DCS控制系統項目實施過程中的一些問題，總結出以下幾點經驗建議，供大家參考：

    (1) 為了保證DCS系統的可靠性和穩定性，在合同實施前，盡量去相同系統使用的單位進行針對性調研，了解系統在安裝、調試和運行中出現的問題和解決方法，借鑒兄弟電廠的成功經驗，為我所用。

    (2) 為了保證邏輯的正確性，針對主機相同的單位和有相關經驗的調試單位進行考察，收集以往工程實施的技術方案和工程經驗文獻，縮短調試期由于邏輯問題影響設備安全穩定運行。

    (3) 做好設計院、調試所、監理、施工單位、廠家之間的協調工作；另外同時強調廠家及時提交設計院資料，業主負有督促作用；最后每項監督檢查工作必須到位，樹立業主服務意識，每位職工必須要有高度責任感，發揚團隊精神，遇到困難大家必須齊心協力，共同完成。

    (4) 根據進度的需要在不同階段，召開由業主、設計院、調試單位、主設備廠、DCS廠家等相關單位共同參加的設計聯絡會，對進行的系統組態進行全過程分階段總結和解決期間出現的問題。

    (5) 根據DCS系統工作現場的使用環境，合理選擇適合的計算機種類與型號，建議各計算機選用工業用的產品型號，避免因長周期運行或環境因素導致出現硬件故障。

    ５ 結束語

    國產DCS在1000MW超超臨界大型燃煤機組的成功應用將會是國產DCS品牌全面發展歷史中具有劃時代意義的里程碑，展示了國產DCS在大型火電機組行業的優勢和實力，該項目的實施對國產DCS控制系統進入火電機組高端領域具有重大意義，對我國自主知識產權DCS系統在大型火電機組的推廣應用具有重要的示范意義和推動作用。

    參考文獻：

    [1] 謝林,李耀和,羅建平.國產DCS在國華錦界電廠600MW機組上的應用[J].熱力發電，2007,(4):85-87.

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    肖光華（1974-）

    男，黑龍江雞西人，本科，現就職于廣東國華粵電臺山發電有限公司，主要從事火電廠熱控技術管理和維護方面的研究。

    蒙磊（1984-）

    男，陜西蒲城人，本科，現就職于廣東國華粵電臺山發電有限公司，主要從事火電廠熱控技術管理和維護方面的研究。

    李今朝（1975-）

    男，河北張家口人，本科，現就職于廣東國華粵電臺山發電有限公司，主要從事火電廠熱控技術管理和維護方面的研究。

    摘自《自動化博覽》2011年第十一期