火電廠輔助車間系統(tǒng)集中控制方案探討

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火電廠輔助車間系統(tǒng)集中控制方案探討（一） 時間:2013-06-06 11:19來源:未知 作者:彭昕，周程放 點擊: 42 次 一、概述 當今大型火電機組爐、機、電的運行和管理水平不斷提高，分散控制系統(tǒng)(DCS)和可編程控制器(PLC)在火電廠自動化控制中已得到大量應用，其極高的可 靠性、豐富的控制功能和對運行操作的簡化為減員增效提供了諸多的方便，并取得了良好的效果，這些都極大地提高了電廠的運行、管理水平。隨著電子與信息技 術、控制技術的不斷發(fā)展，以及電力生產(chǎn)競爭機制逐步形成，火電廠輔助生產(chǎn)系統(tǒng)的自動化設計正面臨著如何適應技術發(fā)展潮流，改進現(xiàn)有管理方式，進一步降低運 行費用，提高經(jīng)濟效益的問題。 許多新建工程，尤其是2000年以后新建的電廠，提高全廠運行、管理水平、減員增效的思想貫穿著整個設計過程?；鹆Πl(fā)電廠熱工自動化的設計重點已經(jīng)不僅局 限于主廠房，人們也越來越重視提高輔助車間(系統(tǒng))的自動化水平，合理地按工藝系統(tǒng)或地理位置設計控制系統(tǒng)或控制點，實現(xiàn)全廠CRT監(jiān)控，提高系統(tǒng)運行的 安全性和經(jīng)濟性，極大地增強電廠的市場競爭力，這些成為了電廠自動化設計的發(fā)展方向。此外，提高輔助系統(tǒng)的自動化水平，在輔助車間采用DCS或PLC控 制，也為實現(xiàn)全廠監(jiān)控和管理信息系統(tǒng)網(wǎng)絡化提供了條件。 二、輔助車間系統(tǒng)控制的現(xiàn)狀和前景 目前許多大型火電廠根據(jù)各自的情況，不同程度的考慮并采取了提高輔助車間控制水平的措施，如:除灰、補給水處理、凝結(jié)水精處理、廢水、輸煤等較復雜或操作 設備較多的輔助系統(tǒng)均采用PLC+CRT站的監(jiān)控方式。循環(huán)水泵房設備的控制由主機DCS完成;汽水分析采用計算機(數(shù)據(jù)采集系統(tǒng))代替原來的常規(guī)二次儀 表等等。但各控制系統(tǒng)的監(jiān)控大多相互獨立，無法充分發(fā)揮計算機控制的優(yōu)勢，沒有充分考慮到資源的共享;控制系統(tǒng)設備型式多樣性，生產(chǎn)維護不夠方便。同時， 輔助車間的控制方式采用車間集中控制方式，這也存在著許多缺點:各輔助車間都設有控制室，每個車間都需要固定的數(shù)名運行值班員，不僅運行管理不能集中，而 且造成暖通等附屬設施設置繁多，也需要增加相應的建筑設施，從而造成人力、物力資源的浪費。 發(fā)達國家火力發(fā)電廠控制目前已基本達到全廠管控一體化的階段，如德國尼德豪森電廠、德國黑泵電廠、日本磯子電廠等均采用機爐電及輔助系統(tǒng)集中監(jiān)控方式，兩 臺機組和輔助系統(tǒng)合用一個控制室。進入21世紀以來，隨著國內(nèi)電力體制改革，實行"廠網(wǎng)分開、竟價上網(wǎng)"已成為發(fā)展趨勢，我國工業(yè)系統(tǒng)也正從盲目的大而全 逐步間內(nèi)部挖潛，提高經(jīng)濟效益的方同發(fā)展。趨勢表明，我國電力企業(yè)主要會從兩個方面著手，一是提高工藝設備本身的經(jīng)濟性及可靠性，二是實現(xiàn)減員增效。當 前，電力系統(tǒng)開展了設備達標、創(chuàng)一流活動，設備的經(jīng)濟性和可靠性有明顯提高，與國外電站主要的差距逐漸從設備水平上轉(zhuǎn)向龐大的員工隊伍，因而減員增效成為 各電廠的奮斗目標。 近年來，國內(nèi)大型機組(60OMW——1O00MW)火電廠的對輔助車間的控制和管理提出了新的要求。若仍按照以前的做法，則是較為分散的控制室，這樣不易于管理，控制室運行人員工作量偏少，總體人員數(shù)偏多;各個控制系統(tǒng)大都采用不同的硬件和軟件，給備品備件管理、人員培訓及維護等造成了一定的難度，客觀 上對電廠管理工作造成了壓力。針對大型火電廠輔助車間控制點多的特點，要實現(xiàn)減員增效，只有采用集中控制方式，并在控制策略上精心研究，不斷采用新技術， 使復雜工藝簡單化，這樣才能提高自動化程度，逐步減少運行人員，降低投資及運行成本。鑒于2000年示范電廠模式設計的要求以及在新版火力發(fā)電廠設計技術 規(guī)程中明確提出:"火電廠相鄰的輔助生產(chǎn)車間或性質(zhì)相近的輔助工藝系統(tǒng)宜合并控制系統(tǒng)及控制點，輔助車間控制點不宜超過三個(輸煤、除灰、化水)，其余車 間均按無人值班設計"。因此，實現(xiàn)全廠輔助車間集中控制，甚至全廠集中控制也是順應時代的發(fā)展。 從技術角度看，隨著計算機控制技術、計算機網(wǎng)絡技術、計算機軟件技術和大屏幕技術的迅速發(fā)展，特別是以工業(yè)以太網(wǎng)為代表的網(wǎng)絡技術已經(jīng)在工業(yè)控制的應用中 取得了良好的效果，為當前輔助系統(tǒng)采用集中控制方案創(chuàng)造了充分條件。隨著自動化裝置和控制系統(tǒng)的發(fā)展大趨勢，近年來，熱工自動化技術也得到了迅速發(fā)展，一 些老廠已經(jīng)著手進行水、灰、煤集中控制的改造;新建電廠從早期設計階段就已經(jīng)開始考慮輔助車間集中控制方案并逐步予以實施。為了適應時代的發(fā)展，實現(xiàn)輔助 車間集中控制，已經(jīng)成為火力發(fā)電廠輔助系統(tǒng)控制的方向。 三、各輔助車間系統(tǒng)分析 3.1 大型火電廠輔助車間的控制系統(tǒng)主要包括 循環(huán)水泵房控制:循環(huán)水泵房包括循環(huán)水泵、旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)和沖洗水泵等，有少量工藝設備和過程測點。其I/0點不多，控制要求高，與機組運行管理有關系。 脫硫單元機組控制:脫硫單元機組控制包括煙道系統(tǒng)、煙氣吸收系統(tǒng)、吸收塔系統(tǒng)和漿液疏排系統(tǒng)等，有較多的工藝設備和過程測點。其I/0點多，控制要求高，與脫硫公用部分有聯(lián)系，與機組運行管理有一定關系。 脫硫公用部分控制:脫硫公用部分包括石灰石的輸送和制漿系統(tǒng)，有較多的工藝設備和過程測點。其I/0點多，控制要求高，與脫硫單元機組部分有聯(lián)系，與機組運行管理有一定關系。 空壓站控制:空壓站為主廠房設備提供可靠的儀用和檢修氣源，包括空壓機及其干燥器、儲氣罐及閥門等。其工藝系統(tǒng)簡單，I/O點較少，與機組運行管理關系較為密切。 燃油泵房控制:燃油泵房設備遠離廠房，是一個獨立的生產(chǎn)車間。其I/0點較少，與機組的控制關系較為密切，可靠性要求也較高。 凝結(jié)水精處理系統(tǒng)控制:凝結(jié)水精處理系統(tǒng)大多由高速混床、再循環(huán)泵和公用再生系統(tǒng)的陽、陰樹脂分離再生罐、樹脂存儲罐、混脂罐及酸堿設備、沖洗水泵等組 成。系統(tǒng)中的設備大都是周期性工作的，需要定期對他們進行還原或再生。其I/0點較多，控制水平要求較高，與機組運行管理無密切聯(lián)系。 全廠性公用水系統(tǒng)控制(包括鍋爐補給水、工業(yè)廢水、綜合水泵房、循環(huán)水加氯間等): 鍋爐補給水系統(tǒng)(反滲透)包括超濾預處理系統(tǒng)、一級反滲透系統(tǒng)、二級反滲透系統(tǒng)、電除鹽系統(tǒng)、除鹽水儲存系統(tǒng)等。其I/0點多，控制要求高，與機組的控制有少量聯(lián)系。 廢水系統(tǒng)一般包括廢水貯存池、輸送泵、加藥設備、計量設備、風機等。廢水系統(tǒng)工藝系統(tǒng)簡單，I/0點較少，與機組的控制無密切聯(lián)系。 綜合水泵房包括工業(yè)水泵、消防水泵、生活水泵等。其I/0點不多，控制要求不高，除工業(yè)水泵與機組運行有聯(lián)系外，其余水泵與機組控制無密切聯(lián)系。 循環(huán)水加氯系統(tǒng)I/0點不多，控制要求不高，與機組的控制無密切聯(lián)系。 制氫站控制:制氫站I/0點不多，控制要求不高，一般控制系統(tǒng)隨主設備一起成套配供，與機組的控制無密切聯(lián)系。 除灰渣控制:除灰系統(tǒng)包括除灰空壓機系統(tǒng);電除塵器下的灰斗，倉泵，輸送風機，流化風機及加熱器，灰?guī)旒捌涓綄僭O備，輸送管道，氣動閥門等。其工藝系統(tǒng)復雜，I/0點多，控制水平要求高，與機組運行管理關系較為密切，也有相對獨立性。 除渣系統(tǒng)包括爐底渣設備，公用水設備(如濃縮機、沖洗水泵)等。其工藝簡單，I/0點不多，控制水平要求高，與機組運行管理關系較為密切，也有相對獨立性。 輸煤控制:該系統(tǒng)控制、檢測主要對象為:皮帶機、斗輪堆取料機、碎煤機、除鐵器，滾軸篩、取樣裝置、犁煤器、電子皮帶稱以及皮帶機的保護等。輸煤系統(tǒng)與其 它輔助系統(tǒng)相比，設備分散，分布面廣。其工藝復雜，I/O點多，控制水平要求高，與單元機組運行管理無密切聯(lián)系。 3.2 輔助車間系統(tǒng)集中控制典型方案介紹 通過上述對大型人電廠輔助車間和附屬生產(chǎn)系統(tǒng)的分析，遵循輔助車間控制的發(fā)展方向，同時根據(jù)不同的輔助系統(tǒng)的工藝特點、相互關系、地理位置以及電廠的管理等情況進行分析，我們提出三個典型的輔助車間集中控制方案。 3.2.1 輔助車間系統(tǒng)集中控制方案一 本方案的網(wǎng)絡概貌圖如下： 該方案具有以下特點:全廠輔助車間的控制系統(tǒng)(包括脫硫控制系統(tǒng))組成一個完整的輔助系統(tǒng)集中控制網(wǎng)絡，使全廠自動化控制系統(tǒng)的結(jié)構清晰、功能明確。根據(jù) 輔助系統(tǒng)的地理位置不同，在灰、渣、輸煤、脫硫區(qū)域設置一對冗余分支交換機，在燃油、水系統(tǒng)區(qū)域設置一對冗余分支交換機，各輔助車間系統(tǒng)就近接入輔助系統(tǒng) 集中控制網(wǎng)絡，使輔網(wǎng)的網(wǎng)絡連接更為簡潔，既能減小網(wǎng)絡的敷設施工量也可以使光纜的長度減少。 運行人員可在集中控制室內(nèi)的輔助系統(tǒng)集中控制網(wǎng)絡操作員站上對各系統(tǒng)進行集中監(jiān)控。由于輔助車間設備分散，分布面廣，為了系統(tǒng)調(diào)試和啟動初期方便，在就地預留了各輔助系統(tǒng)的工程師站接口。在網(wǎng)絡故障和初期調(diào)試時，可使用便攜式工程師站在就地調(diào)試、操作。 整個輔助控制系統(tǒng)具休設置如下: 輔助系統(tǒng)集中控制網(wǎng)絡采用冗余以太網(wǎng)，設置兩臺互為冗余的實時數(shù)據(jù)庫服務器，設一臺輔網(wǎng)工程師站，在集中控制室中設置5臺操作員站。 循環(huán)水泵房控制:循環(huán)水泵房現(xiàn)場無人值班，其監(jiān)控功能由單元機組的DCS控制系統(tǒng)實現(xiàn)監(jiān)測、聯(lián)鎖和遙控啟停功能。 脫硫系統(tǒng)控制:脫硫系統(tǒng)控制采用冗余PLC控制，納入輔助系統(tǒng)集中控制網(wǎng)絡?？刂茩C柜設置在脫硫綜合樓，就地不設控制室。 空壓站控制:空壓站現(xiàn)場無人值班，空壓機及無熱再生干燥裝置均自帶程控，壓縮空氣系統(tǒng)在此基礎上，分別由兩臺機組的公用DCS控制系統(tǒng)實現(xiàn)監(jiān)測、聯(lián)鎖和遙控啟停功能。 燃油泵房控制:納入輔助系統(tǒng)集中控制網(wǎng)絡，采用冗余PLC系統(tǒng)實現(xiàn)對油泵房系統(tǒng)的控制。控制機柜設置在燃油泵房內(nèi)，就地不設控制室，無人值守。雖然以往大 多工程采用遠程I/0將其納入#1、2機組DCS公用網(wǎng)絡并且僅在機組操作員站上監(jiān)控，但在#1、2機組全部停修時將無法監(jiān)控，將對以后擴建的機組運行產(chǎn) 生影響，因而采用獨立的PLC系統(tǒng)并設在全廠性的輔助網(wǎng)絡上更合理。 凝結(jié)水精處理系統(tǒng)控制:納入輔助系統(tǒng)集中控制網(wǎng)絡，采用冗余PLC系統(tǒng)實現(xiàn)對凝結(jié)水精處理系統(tǒng)的控制?？刂茩C柜設置在主廠房內(nèi)公用電子設備間，就地不設控制室，無人值守。取樣加藥系統(tǒng)作為凝結(jié)水精處理控制系統(tǒng)的遠程I/0。 全廠性公用水系統(tǒng)控制:鍋爐補給水系統(tǒng)、工業(yè)廢水處理系統(tǒng)、綜合水泵房均納入輔助系統(tǒng)集中控制網(wǎng)絡，采用PLC控制。控制機柜設置在各自車間，就地不設控制室，無人值守;在全廠性公用水系統(tǒng)內(nèi)的子系統(tǒng)還可適當采用遠程I/0，共用PLC。 制氫站控制:納入輔助系統(tǒng)集中控制網(wǎng)絡，采用PLC控制。就地不設控制室，無人值守。 除灰渣系統(tǒng)控制:納入輔助系統(tǒng)集中控制網(wǎng)絡，采用冗余PLC系統(tǒng)實現(xiàn)對氣力除灰系統(tǒng)、除渣系統(tǒng)等的控制?？刂茩C柜設置在除灰設備間，就地不設控制室。 輸煤系統(tǒng)控制:納入輔助系統(tǒng)集中控制網(wǎng)絡，采用冗余PLC系統(tǒng)實現(xiàn)對輸煤系統(tǒng)的控制。控制機柜設置在輸煤配電間，就地不設控制室。 3.2.2 輔助車間系統(tǒng)集中控制方案二 本方案的網(wǎng)絡概貌如下: 該方案具有以下特點:全廠公用性輔助車間的控制系統(tǒng)組成一個完整的輔助系統(tǒng)集中控制網(wǎng)絡;使全廠自動化控制系統(tǒng)的結(jié)構清晰、功能明確。根據(jù)輔助系統(tǒng)的地理 位置不同，在灰、渣、輸煤、脫硫區(qū)域和燃油、水系統(tǒng)區(qū)域分別設置一對冗余分支交換機，各輔助車間系統(tǒng)就近接入輔助系統(tǒng)集中控制網(wǎng)絡，使輔網(wǎng)的網(wǎng)絡連接更為 簡潔，既能減小網(wǎng)絡的敷設施工量也可以使光纜的長度減少。 運行人員可在集中控制室內(nèi)的輔助系統(tǒng)集中控制網(wǎng)絡操作員站上對各系統(tǒng)進行集中監(jiān)控。由于輔助車間設備分散，分布面廣，為了系統(tǒng)調(diào)試和啟動初期方便，在就地預留了各輔助系統(tǒng)的工程師站接口。在網(wǎng)絡故障和初期調(diào)試時，可使用便攜式工程師站在就地調(diào)試、操作。 整個輔助控制系統(tǒng)具體設置如下: 輔助系統(tǒng)集中控制網(wǎng)絡采用冗余以太網(wǎng)，設置兩臺互為冗余的實時數(shù)據(jù)庫服務器，設一臺輔網(wǎng)工程師站，在集中控制室中設置4臺操作員站。 循環(huán)水泵房控制:同方案一。 脫硫系統(tǒng)控制:這里需要特別說明的是，脫硫系統(tǒng)作為一個新型環(huán)保技術，近幾年來才在火電廠的建設中大量應用。在常規(guī)的電廠設計中，脫硫系統(tǒng)的設計時間上相 對比較滯后，并且總是作為一個獨立的系統(tǒng)與全廠其它系統(tǒng)相隔離，工藝系統(tǒng)和控制采用捆綁式整島招標，整個脫硫系統(tǒng)控制在脫硫島內(nèi)采用單獨的DCS控制，設 有獨立的控制點，并且大多與除灰渣、電除塵等合并控制室。隨著我國對環(huán)境保護的要求越來越高，脫硫系統(tǒng)已經(jīng)作為火電廠必備的設備，在新建電廠中其設計和建 設與全廠同步。同時由于近幾年脫硫系統(tǒng)的使用，火電廠對脫硫系統(tǒng)的熟悉和掌握也已經(jīng)越來越深入，再將脫硫系統(tǒng)作為一套獨立系統(tǒng)考慮就顯得不盡合理。我院 2001年設計的深圳西部電廠在設計期間就規(guī)劃將后期投入的脫硫系統(tǒng)納入機組DCS系統(tǒng)，脫硫控制成為DCS系統(tǒng)的遠程控制站，由單元機組的操作人員監(jiān) 控，現(xiàn)已順利投運。該電廠采用的是海水脫硫系統(tǒng)，將其控制納入機組DCS是完全合理的。而內(nèi)陸大部分火電廠均采用濕法脫硫系統(tǒng)，工藝系統(tǒng)比較復雜。但經(jīng)調(diào) 研，實際投運的濕法脫硫系統(tǒng)，其運行值班人員的工作量也主要集中在海水脫硫系統(tǒng)所沒有的脫硫公用部分。從運行管理角度講脫硫系統(tǒng)公用部分與除灰渣系統(tǒng)性質(zhì) 相似(即物料輸送和處理功能)，因此脫硫公用部分與除灰渣系統(tǒng)一起納入輔助系統(tǒng)集中控制網(wǎng)絡有利于系統(tǒng)運行管理;而脫硫單元系統(tǒng)納入機組DCS控制，基本 不增加機組運行人員的勞動強度，也有利于當前實現(xiàn)機組全能值班員管理模式。所以在本方案中，將脫硫系統(tǒng)分解為單元機組部分和公用部分，其單元機組部分(煙 氣系統(tǒng)、S02吸收系統(tǒng)、氧化空氣系統(tǒng))作為與機組運行密切相關的系統(tǒng)由機組DCS控制，其公用部分(石灰石漿液制備系統(tǒng);漿液排放與回收系統(tǒng)、石膏脫水 及輸送系統(tǒng)、工藝水系統(tǒng)等)由輔網(wǎng)PLC控制。 控制機柜設置在脫硫綜合樓，就地不設控制室。 空壓站控制:同方案一。 燃油泵房控制:同方案一。 凝結(jié)水精處理系統(tǒng)控制:同方案一。 全廠性公用水系統(tǒng)控制:同方案一。 制氫站控制:同方案一。 除灰渣系統(tǒng)控制:同方案一。 輸煤系統(tǒng)控制:同方案一。 3.2.3 輔助車間系統(tǒng)集中控制方案三 本方案的網(wǎng)絡概貌如下: 該方案具有以下特點:依照現(xiàn)在較普遍采用的脫硫系統(tǒng)建設管理方式，脫硫系統(tǒng)采用獨立的DCS系統(tǒng);由于輸煤系統(tǒng)控制不論地理位置還是功能要求，均相對獨立 于其它系統(tǒng)，因此可單獨組網(wǎng)，同時兼顧到輸煤系統(tǒng)由于分布面廣，正常運行需要現(xiàn)場干預較多，故將輸煤系統(tǒng)的兩臺操作員站設置在獨立的輸煤控制室內(nèi)，輸煤控 制系統(tǒng)可通過專設的分支交換機接入輔助系統(tǒng)集中控制網(wǎng)絡，操作人員也可在控制室通過輔助系統(tǒng)集中控制網(wǎng)絡對其進行監(jiān)控。除輸煤系統(tǒng)外其它輔助車間控制系統(tǒng) 組成一個輔助系統(tǒng)集中控制網(wǎng)絡。根據(jù)輔助系統(tǒng)的地理位置不同，在灰、渣區(qū)域和燃油、水系統(tǒng)區(qū)域分別設置一對冗余分支交換機，各輔助車間系統(tǒng)就近接入輔助系 統(tǒng)控制網(wǎng)絡，使輔網(wǎng)的網(wǎng)絡連接更為簡潔，既能減小網(wǎng)絡的敷設施工量也可以使的光纜的長度減少。 運行人員可在集中控制室內(nèi)的各輔助系統(tǒng)網(wǎng)絡操作員站上對各系統(tǒng)進行集中監(jiān)控。由于輔助車間設備分散，分布面廣，為了系統(tǒng)調(diào)試和啟動初期方便，也在就地預留 了各輔助系統(tǒng)的工程師站接口。除煤系統(tǒng)外其它鋪助系統(tǒng)控制網(wǎng)絡的操作員站均設置在集中控帶室，運行人員可在操作員站上對所屬系統(tǒng)進行集中監(jiān)控。同時在就地 預留了各輔助系統(tǒng)的工程師站接口。輸煤系統(tǒng)操作人員通過設在就地輸煤控制室內(nèi)的操作員站完成輸煤系統(tǒng)的監(jiān)控。 該輔助控制系統(tǒng)具體設置如下: 輔助系統(tǒng)控制網(wǎng)絡采用冗余以太網(wǎng)，設置兩臺互為冗余的實時數(shù)據(jù)庫服務器，設一臺輔網(wǎng)工程師站。在集中控制室中設置3臺操作員站，輸煤控制室設置兩臺輸煤系統(tǒng)操作員站。 脫硫系統(tǒng)控制:煙氣脫硫系統(tǒng)及其公共系統(tǒng)采用一套單獨的分散控制系統(tǒng)(DCS)控制。兩臺機組的脫硫系統(tǒng)FGD，DCS的硬件及電源配置相互獨立，當一臺 機組檢修停運時，不會對整個FGD，DCS和另外一臺機組脫硫裝置及公用系統(tǒng)的正常運行造成影響。脫硫控制系統(tǒng)的操作員站設在集中控制室內(nèi)。控制機柜設置 在脫硫綜合樓，就地不設控制室。相關信息通訊至SIS系統(tǒng)。 循環(huán)水泵房控制:同方案一。 空壓站控制:同方案一。 燃油泵房控制:同方案一。 凝結(jié)水精處理系統(tǒng)控制:同方案一。 全廠性公用水系統(tǒng)控制:同方案一。 制氫站控制:同方案一。 除灰渣系統(tǒng)控制:同方案一。 輸煤系統(tǒng)控制:采用獨立的冗余PLC控制系統(tǒng)，通過設置在輸煤控制室內(nèi)的輸煤操作員站實現(xiàn)對輸煤系統(tǒng)的控制?？刂茩C柜設置在輸煤配電間。 3.3 集中控制方案可行性分析 3.3.1 外部條件 本文所提出的三個輔助車間系統(tǒng)集中控制方案，都涉及到控制點合并，在集中控制室內(nèi)完成單元機組及輔助系統(tǒng)的監(jiān)控?？刂泣c能不能合并，與工藝系統(tǒng)的運行方式 及工藝系統(tǒng)中所選用的被控設備是否能滿足控制要求有著密切的關系，工藝系統(tǒng)提供必要的條件(例如工藝系統(tǒng)盡可能的簡化和選用可控性好的優(yōu)質(zhì)設備等)是提高 自動化水平、合并控制點的前提。 從近幾年設計并已投產(chǎn)的工程情況來看，輔助系統(tǒng)被控設備能夠具備較好的可控性和可靠的反饋信號，已可以滿足遠方控制或程控要求。在當前的大型火電廠工程的 設計中，各工藝專業(yè)對工藝系統(tǒng)不斷進行優(yōu)化，而在被控設備的選型上也給予了高度的重視。從另一方面看，工藝系統(tǒng)即便發(fā)生單一設備或局部系統(tǒng)故障，基于運行 人員能及時發(fā)現(xiàn)故障，使得檢修人員有足夠的時間及時排除故障。 再者，一些工藝系統(tǒng)的某些環(huán)節(jié)或全過程是允許中斷或不需要連續(xù)運行的，這也使得這些工藝系統(tǒng)的集中監(jiān)控成為現(xiàn)實，同時也使得相應工藝專業(yè)不需要一味選取價格昂貴的被控設備去滿足全廠集中監(jiān)控的自動化水平要求，而可以根據(jù)系統(tǒng)運行特點做到有的放矢，以期達到目的。 而在廠區(qū)總平面的布置上，當前的設計基本上遵循減少占地面積、降低工程造價的原則，整體布置非常緊湊，同時可根據(jù)控制點集中的需要盡可能將各輔助系統(tǒng)相關 工藝設備相對集中布置，為集中巡視創(chuàng)造了條件。氣力除灰系統(tǒng)、電除塵系統(tǒng)、脫硫系統(tǒng)相對集中布置;輸煤系統(tǒng)的控制設備間也緊鄰脫硫綜合樓;水系統(tǒng)從主體上 看分為兩部分:主廠房零米集中布置了凝結(jié)水精處理、汽水分析、化學加藥設備，主廠房外以補給水處理車間為中心相對集中布置了綜合水泵房、工業(yè)廢水 處理系統(tǒng)等，集中了水務區(qū)的主要工藝系統(tǒng)， 制氫站也布置在附近，巡視比較方便。 由此可見，控制點合并的外部條件在實際工程應用中基本可以得到滿足。 3.3.2 控制設備 要實現(xiàn)控制點的合并進而實現(xiàn)全廠輔助系統(tǒng)的集中監(jiān)控，還需要選用適當?shù)目刂圃O備，組成合理的控制系統(tǒng)。 輔助系統(tǒng)的控制設備可采用PLC或DCS。從單一輔助系統(tǒng)的工藝特點來看，成組的、有時序的開關量控制占絕大多數(shù)，且不需要像單元機組那樣大量的數(shù)據(jù)計 算，選擇PLC進行控制更合適。從當前系統(tǒng)價格情況看，目前采用PLC比采用DCS構成同樣規(guī)模的控制系統(tǒng)仍可節(jié)約投資。 二十世紀八十年代末期，PLC+CRT形式的監(jiān)控系統(tǒng)已開始在電廠輔助系統(tǒng)的控制中采用，逐漸地多數(shù)電廠主要輔助系統(tǒng)的程序控制均由PLC實現(xiàn)，并積累了 豐富的工程經(jīng)驗。隨著PLC硬件和軟件的迅速發(fā)展，不斷更新?lián)Q代，具備了較強的網(wǎng)絡支持能力，完全可以滿足組建輔助系統(tǒng)控制網(wǎng)絡的要求。在電廠應用較多的 PLC品牌有SIEMENS、MODI-CON、A-B、GE等，這些產(chǎn)品質(zhì)量可靠，在電廠輸煤、氣力除灰、鍋爐補給水、凝結(jié)水精處理等大型控制系統(tǒng)中已 有過許多成功運行經(jīng)驗。隨著網(wǎng)絡應用的發(fā)展，各硬件生產(chǎn)商都推出了支持開放標準網(wǎng)絡的產(chǎn)品，可提供成熟、可靠的網(wǎng)絡接口，能支持多種網(wǎng)絡協(xié)議，可以方便地 組成網(wǎng)絡控制系統(tǒng)。與此同時，一些電廠為了節(jié)儉運行人員，已經(jīng)成功地完成了輔助系統(tǒng)的分區(qū)集中監(jiān)控改造，如分別組成水、煤、灰網(wǎng)絡，并在此基礎上規(guī)劃或已 實現(xiàn)通過核心交換機組成全廠輔助系統(tǒng)集中監(jiān)控網(wǎng)絡。這使得實現(xiàn)輔助系統(tǒng)的集中監(jiān)控已經(jīng)不再是理論方面的紙上談兵。 3.3.3 控制點設置 在采用基于DCS或PLC的網(wǎng)絡控制系統(tǒng)進行輔助系統(tǒng)監(jiān)控后，需要根據(jù)各系統(tǒng)工藝的復雜程度、測點的多少、工藝設備的布置情況，綜合考慮控制系統(tǒng)的可靠性 要求及網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)傳輸能力，選用合理的控制系統(tǒng)配置方案。其中包括如何合理設置控制點，以及應采用何種控制系統(tǒng)結(jié)構的問題。輔助系統(tǒng)控制點的設置可集中于 一點或直接采用機組的DCS進行控制，也可將全廠輔助系統(tǒng)按煤、灰、水分區(qū)設置。全廠輸煤系統(tǒng)可作為一個整體進行統(tǒng)一規(guī)劃設計;灰、渣系統(tǒng)無論工藝特點還 是物理位置均比較接近，作為一個分區(qū)控制點有利于統(tǒng)一協(xié)調(diào)，而且其地理位置靠近主廠房，控制點設在集控室不會影響該系統(tǒng)的監(jiān)控運行;水系統(tǒng)則需劃分為二個 部分:一是由機組DCS系統(tǒng)控制的循環(huán)水泵房，二是廠區(qū)內(nèi)由PLC網(wǎng)絡控制的補給水處理、凝結(jié)水精處理及樹脂再生系統(tǒng)、廠內(nèi)凈水站、工業(yè)廢水處理、汽水分 析、化學加藥設備等。對水系統(tǒng)來說，在補給水處理車間設置水系統(tǒng)分區(qū)控制點與在集中控制室設置輔助系統(tǒng)集中控制點沒有什么區(qū)別。另外，還有脫硫系統(tǒng)，隨著 環(huán)保對電廠排放的要求日益提高，以前脫硫單獨成系統(tǒng)，并可在機組運行時旁路的運行方式已經(jīng)無法滿足環(huán)保的實際需求，這使得脫硫系統(tǒng)與機組的運行有了更密切 的聯(lián)系，將其與機組DCS和輔助系統(tǒng)控制合并已將是必然趨勢。 按照2000年示范電廠模式，水、煤、灰、脫硫系統(tǒng)分別設置控制室。若按每個控制室20～30m2面積、每值設置2-3個操作人員5班3值計算，輔助系統(tǒng) 共需要80-120m2的控制室面積，需要運行人員更多達40-60人。采用輔助系統(tǒng)集中控制后，由于輔助系統(tǒng)控制點與機組控制點合并，位于集中控制室， 就節(jié)省了原輔助系統(tǒng)的80-120m2的控制室面積以及相應的配套設備(如暖通、消防、照明等)費用，同時輔助系統(tǒng)運行人員也由原來的多達近60人減少到 10-15人。 如果每位運行人員年工資獎金依據(jù)7萬元/人算，每年至少可節(jié)省200萬元以上。 就總休規(guī)劃而言，設置全廠統(tǒng)一的輔助系統(tǒng)集中控制點比設置分區(qū)控制點更為合理。 3.3.4 控制系統(tǒng)結(jié)構 輔助系統(tǒng)的DCS或PLC控制方案，根據(jù)DCS或PLC是否分散及是否采用遠程I/O，可以有如下四種構成形式: ——集中DCS或PLC+本地I/O ——分散DCS或PLC+本地I/0 ——集中DCS或PLC+遠程I/O ——分區(qū)集中DCS或PLC+遠程I/0 集中DCS或PLC+本地I/0的形式在以往的工程中應用最多，比較可靠，但控制電纜及其安裝費用較高。分散DCS或PLC+本地I/0的方案可以有效地 減少控制電纜及其安裝費用，且從理論上講分散了故障發(fā)生的可能性，但由于分散到各輔助系統(tǒng)的DCS或PLC規(guī)模較小且各自的控制內(nèi)容及其重要性差別較大， 不便于采取必要的冗余措施，同時使DCS或PLC的功能配置受到限制。采用遠程I/O的方案(集中DCS或PLC+遠程I/0、分區(qū)集中DCS或PLC+ 遠程I/0)可以較好地克服這兩種方案的缺點。 集中DCS或PLC+遠程I/0的形式是指全廠設一套DCS或PLC，用于所有輔助系統(tǒng)的控制，但將I/0設備分散在各個車間，以減少電纜的耗量和節(jié)省安 裝費用。這樣的結(jié)構，DCS或PLC設備的規(guī)模較大，但設備數(shù)量少，便于統(tǒng)一設置電源及空調(diào)系統(tǒng)便于集中管理及維護，且減少了設備布置所需面積。目前很多 品牌的PLC能夠處理多達3000點現(xiàn)場I/O,I/0掃描周期在lOms之內(nèi)，遠程I/0鏈可長達3000m;DCS系統(tǒng)較PLC系統(tǒng)功能更為強大。這 些數(shù)據(jù)說明，直接以集中DCS或PLC+遠程I/0方式構成全廠輔助控制系統(tǒng)是有可能的。但采用完全集中的DCS或PLC不可避免的缺點是:①系統(tǒng)龐大， 功能劃分不清，系統(tǒng)組態(tài)和調(diào)試難度大;②控制設備過于集中，不利于分散故障發(fā)生的可能性;③需要徹底打破工藝系統(tǒng)設備配供控制系統(tǒng)的模式，在控制系統(tǒng)與工 藝設備接口方面存在很多問題。因此對全廠輔助系統(tǒng)的集中控制采用這種結(jié)構形式也是不合適的。 分區(qū)集中DCS或PLC+遠程I/0的形式是對上面一種結(jié)構形式的改進。它是先針對各分區(qū)按集中DCS或PLC+遠程I/0方式設置控制系統(tǒng)，再通過以太 網(wǎng)或其它型式的網(wǎng)絡將各分區(qū)控制系統(tǒng)聯(lián)接起來，在集中控制點統(tǒng)一設置上位機系統(tǒng)。和上一種形式一樣，它也可以有效地減少控制電纜及其安裝費用，同時它又克 服或避免了前一種形式所帶來的缺點。只需在設計及訂貨時統(tǒng)一輔助系統(tǒng)DCS或PLC的品牌系列、網(wǎng)絡接口型式及上位機系統(tǒng)軟件平臺，就能夠很好地實現(xiàn)全廠 輔助系統(tǒng)集中控制。主要控制設備分區(qū)布置，雖在集中管理方面略顯不便，但按工藝系統(tǒng)相近原則配置的控制系統(tǒng)在系統(tǒng)組態(tài)、調(diào)試、維護等方面都具有優(yōu)勢。更重 要的是，此方式不需要從根本上改變目前的設計及采購模式，具有其它模式所無法比擬的可操作性。因此，輔助系統(tǒng)集中網(wǎng)絡采用這種結(jié)構形式非常合理。 采用此種結(jié)構時，DCS或PLC分為7-12套(煤1、灰1-2、水3-5套、油4套、脫硫1-3套)，每套DCS或PLC相對規(guī)模較小，分別布置在各分 區(qū)相應的控制設備間內(nèi)，其優(yōu)點主要有:①便于系統(tǒng)組態(tài)和調(diào)試;②遠程I/0鏈較短，有利于采用較高的通訊速率以實現(xiàn)較快的控制;③便于分別招標采購。 至于DCS和PLC之間的選擇，由于火電廠輔助系統(tǒng)范圍廣，系統(tǒng)較為龐大。 而從實際應用業(yè)績來看，雖然DCS系統(tǒng)的調(diào)節(jié)功能更為強大，統(tǒng)一了全廠硬件和軟件平臺，但由于輔助系統(tǒng)控制中大量為開關量信號測點，PLC系統(tǒng)處理開關量 信號速度比DCS更快，同時PLC系統(tǒng)在國內(nèi)外火電廠的應用證明其可靠性不容置疑，其網(wǎng)絡功能以及組態(tài)編程已經(jīng)非常接近DCS的水平，而且采用DCS實現(xiàn) 輔助系統(tǒng)的控制實現(xiàn)上述PLC的功能費用有所上升。綜上所述，我們建議采用分區(qū)集中PLC+遠程I/0的結(jié)構形式，在集中控制室內(nèi)對全廠輔助系統(tǒng)集中監(jiān) 控。 3.3.5 輔助車間集中控制方案的經(jīng)濟性 從科技進步意義上講，用先進、成熟、可靠的技術來實現(xiàn)更新?lián)Q代是時代發(fā)展的必然趨勢。對電廠輔助系統(tǒng)采用集中監(jiān)控，將使輔助系統(tǒng)的監(jiān)控水平逐步趕上主系統(tǒng) 的監(jiān)控水平，與廠級監(jiān)控系統(tǒng)連接變得簡單，為實現(xiàn)全廠控制系統(tǒng)網(wǎng)絡化提供了條件，擺脫了以往電廠輔助系統(tǒng)控制技術落后于主機控制系統(tǒng)的現(xiàn)象。 從使用和維護的角度看，所有的輔助系統(tǒng)采用統(tǒng)一的技術、統(tǒng)一的控制手段，可極大地方便電廠運行和檢修人員，減少備品備件的品種和數(shù)量。 從經(jīng)濟角度來算，輔助系統(tǒng)采用集中控制方式，在控制室實現(xiàn)對各輔助系統(tǒng)的監(jiān)控，可節(jié)省大量運行人員，極大地提高電廠的勞動生產(chǎn)率，實現(xiàn)減人增效的目標。按 7萬元人人x30年計，可見其經(jīng)濟效益十分明顯;另外，還可以減少備品備件所占用的資金，減少調(diào)試費用，減少運行維護人員培訓的費用;如果是新建電廠，單 從土建方面看，可省去若干個輔助系統(tǒng)控制室的建造費用，效益已是非常明顯。 從管理角度來談，以往各輔助系統(tǒng)有自己的控制室，運行人員往往也同時歸該系統(tǒng)的獨立部門管理。分散的、各自獨立的輔助車間往往缺少橫向聯(lián)系，甚至一個化學 車間的幾套控制系統(tǒng)也分幾個部門管理，這樣做的后果必然是控制人員多，難于管理，各系統(tǒng)之間缺少橫向聯(lián)系。采用輔助車間集中控制系統(tǒng)后，集中控制的運行人 員可以歸運行部門統(tǒng)一管理，控制設備檢修歸檢修部門管理，原來獨立的車間主要負責機務設備的檢修及維護，這種集中的專業(yè)化的管理有利于設備檢 修水平的提高和人員素質(zhì)的培養(yǎng)。 四、存在的問題和建議 (1)對輔助系統(tǒng)進行集中控制后，對運行人員的素質(zhì)有更高的要求。單元機組運行人員除通過DCS系統(tǒng)完成對爐、機、電的監(jiān)控外，還需兼管掛接在DCS系統(tǒng) 控制網(wǎng)絡上的脫硫單元機組部分系統(tǒng)。而且在設置于集中控制室的輔助系統(tǒng)上位操作站用于整個輔助系統(tǒng)集控，不再劃分為煤、灰、水系統(tǒng)或更小的分系統(tǒng)，這就要 求每一個運行人員對全廠參與集控的所有輔助系統(tǒng)都具有足夠的認識和運行經(jīng)驗，同時還需要具備較強的獨立判斷、處理運行問題和合理調(diào)動現(xiàn)場巡視人員的能力。 采用新的控制模式是為了達到減大增效的目的，運行人員的培訓工作將直接關系到此目的能否實現(xiàn)。 (2)目前，許多被控設備在供貨時都采取機電一體化方式，但所供控制設備存在一些問題。一方面是控制回路的設計不完善。例如，有些隨主設備配供的電動機或 電動門控制回路中只考慮了設備本體的聯(lián)鎖保護要求，而未考慮整個工藝系統(tǒng)的控制要求，常常不留遠方操作接口，修改不便。二是有些廠供控制裝置在配供的儀表 設備選擇上存在問題，所選儀表和電氣元件質(zhì)量差，可靠性低。這對于系統(tǒng)的安全運行有相當大的影響，尤其對無人值班的系統(tǒng)。 由于輔助網(wǎng)絡控制系統(tǒng)的正常投運很大程度上取決于各控制子系統(tǒng)本身的自動投入情況，在電動門、氣動門和電磁閥等執(zhí)行元件的選型中應盡量選擇開關動作靈活、準確無誤和位置反饋可靠的產(chǎn)品。程序控制所涉及的設備應是可控的，不能有手動閥之類的設備。 (3)由于方案二中，脫硫控制系統(tǒng)不再作為一個獨立于其他輔助系統(tǒng)的控制系統(tǒng)，被分為單元機組部分和公用部分，分別納入機組DCS系統(tǒng)和輔助車間系統(tǒng)集中控制網(wǎng)絡，因此以往脫硫系統(tǒng)整島總承包的招投標方式以及相應的人員組織結(jié)構和工程管理模式均應有所改變。 (4)由于各輔助系統(tǒng)的專業(yè)差別比較大，在各系統(tǒng)招標相技術談判中要全盤考慮，要在控制策略、控制主設備、通訊協(xié)議以及系統(tǒng)的開放性方面作出統(tǒng)一要求。而 且由于各系統(tǒng)的招標采購順序不同，這就要求業(yè)主和設計單位始終要把輔助系統(tǒng)控制網(wǎng)的方案放在重要的位置，以免因遺漏而造成整個網(wǎng)絡銜接不上，達不到預期的 控制水平。招投標時可將整個輔助網(wǎng)絡(大框架)和部分輔助系統(tǒng)放在一個標段招標，從而選擇有業(yè)績、有成功經(jīng)驗的投標商來總承包，并由其負責對其它各 輔助系統(tǒng)的整合。