计算机控制系统在火电厂中的应用

计算机自动控制系统在火电厂中的应用2007-11-238:03:00来源：中国自动化网电力是现代人类文明社会的必需品,而火力发电是电力生产的主要组成部分,火力发电是指使用化石燃料(即煤炭、石油、天然气)通过燃烧释放出热能加热工质,再通过热力原动机驱动发电机的发电方式，原动机主要是锅炉和汽轮机,燃汽轮机或内燃机。中国电力行业截止到2000年底，全国发电装机总容量达31600万千瓦，其中火电装机容量23680万千瓦，占74.94%；水电装机容量7680万千瓦，占24.3%；核电及其它装机容量240万千瓦，占0.76%，火电仍为电力行业的首要组成部分。目前，中国的电力生产能力已居世界第二，但人均占有发电量却排位靠后。随着中国经济的高速发展，中国电力工业发展仍有相当大的潜力和市场，但面对越来越竞争激烈的市场，越来越严格的环境保护的要求，电力生产自动化水平的提高和管理水平的不断进步将越来越重要。一、火电厂主控系统火电厂主控系统是保证火电厂安全、稳定生产的关键，随着控制技术、网络技术、计算机技术和Web技术的飞跃发展，火电厂主控系统的控制水平和工程方案也在不断进步，火电厂的管理信息系统和主控系统的一体化无缝连接必将成为未来火电厂管控系统的发展趋势，传统火电厂的DCS系统也必将向这一趋势靠拢。火电厂主控系统以控制方式分类可分为：DAS、MCS、SCS、BMS及DEH等系统。下面分别加以阐述：※数据采集系统-DAS：火电厂的主控系统中的DAS(数据采集系统)主要是连续采集和处理机组工艺模拟量信号和设备状态的开关量信号，并实时监视,保证机组安全可靠地运行。■数据采集：对现场的模拟量、开关量的实时数据采集、扫描、处理。■信息显示：包括工艺系统的模拟图和设备状态显示、实时数据显示、棒图显示、历史趋势显示、报警显示等。■事件记录和报表制作/打印：包括SOE顺序事件记录、工艺数据信息记录、设备运行记录、报警记录与查询等。■历史数据存储和检索■设备故障诊断※模拟量调节系统-MCS系统：■机、炉协调控制系统(CCS)●送风控制，引风控制●主汽温度控制●给水控制●主蒸汽母管压力控制●除氧器水位控制，除氧器压力控制●磨煤机入口负压自动调节，磨煤机出口温度自动调节■高加水位控制，低加水位控制■轴封压力控制■凝汽器水位控制■消防水泵出口母管压力控制■快减压力调节，快减温度调节■汽包水位自动调节※炉膛安全保护监控系统-BMS系统：BMS（炉膛安全保护监控系统）保证锅炉燃烧系统中各设备按规定的操作顺序和条件安全起停、切投，并能在危急情况下迅速切断进入锅炉炉膛的全部燃料，保证锅炉安全。包括BCS（燃烧器控制系统）和FSSS（炉膛安全系统）。■锅炉点火前和MFT后的炉膛吹扫■油系统和油层的启停控制■制粉系统和煤层的启停控制■炉膛火焰监测■辅机（一次风机、密封风机、冷却风机、循环泵等）启、停和联锁保护■主燃料跳闸（MFT）■油燃料跳闸（OFT）■机组快速甩负荷（FCB）■辅机故障减负荷（RB）■机组运行监视和自动报警※顺序控制系统—SCS：■制粉系统顺控■锅炉二次风门顺控■锅炉定排顺控■射水泵顺控■给水程控■励磁开关■整流装置开关■发电机灭磁开关■发电机感应调压器■备用励磁机手动调节励磁■发电机组断路器同期回路■其他设备起停顺控※电液调节系统—DEH：该系统完成对汽机的转速调节、功率调节和机炉协调控制。包括：转速和功率控制；阀门试验和阀门管理；运行参数监视；超速保护；手动控制等功能。■转速和负荷的自动控制■汽轮机自启动（ATC）■主汽压力控制（TPC）■自动减负荷（RB）■超速保护（OPC）■阀门测试下图为火电厂生产过程示意图:二、火电厂公用辅助系统：火电厂公用辅助系统是火电厂正常稳定运行的关键组成环节，它包括输煤系统、化学水处理系统、除灰/除渣系统、锅炉的吹灰/定排和电除尘系统等。随着环保日益严格的要求，诸如脱硫系统等也开始在中国日益引起火电厂的重视。下面就火电厂公用辅助系统分类加以阐述：■输煤系统煤是火力发电厂的一次能源，火电厂内的输煤系统主要完成卸煤、贮存、分配、筛选、破碎等工作，同时进行燃料计量、计算出正品和煤耗、取样分析和去除杂物等。主要控制对象有斗轮堆取料机、皮带机、碎煤机、除铁器、取样装置、犁煤器、滚轴筛、电子皮带秤等设备。输煤系统存在控制设备多、工艺流程复杂、现场环境恶劣（粉尘、潮湿、振动、噪音、电磁干扰严重）、系统设备分散、分布面宽、距离远等特点。一般在煤控室设模拟屏或CRT/TFT，同时采用工业电视监视现场运行情况，而且要求与电厂管理信息系统连结。该系统的主要功能如下：■分炉、分时计量，煤场入场、出场计量■煤源给煤、上煤、配煤程控●煤位、设备电流等模拟量动态显示●历史数据采集、事故记录、趋势图显示●运行报表自动生成，实时、定时打印■故障诊断■工业电视跟踪、报警■与厂级MIS联网■化学水处理系统1、锅炉补给水处理其主要目的是将天然水在进入汽水系统之前除去水中的杂质,一般流程为:天然水→混凝沉淀→过滤→离子交换→补给水。主要的控制过程如下：混凝沉淀：除去水中的小颗粒悬浮物和胶质体物质，有化学混凝和电混凝两种方式。过滤处理：除去混凝处理后的水中残留的少量悬浮物，常采用石英砂或无烟煤或直接过滤。化学除盐：脱除清水含盐(金属离子和酸根)，使之成为可供锅炉使用的无盐水。包括阳离子交换，去CO2，阴离子交换，混合离子交换等。主要控制：滤池、澄清池、加药设备、过滤器、阳床、阴床、混床、水箱、泵、风机、酸碱储存和计量设备等。2、凝结水处理凝结水处理系统包括凝结水精处理系统和体外再生系统。一般由高速混床、阳树脂再生罐、阴树脂再生罐、再循环泵、树脂存储罐、混脂罐、酸碱设备、冲洗水泵、风机等组成。凝结水处理系统中的设备大都是周期性工作的，要求定时进行还原和再生■除灰/除渣/电除尘系统燃煤电厂产生的大量灰、渣，除少量灰分排入大气外,余者都以灰、渣形式由除灰系统送至灰场。除灰系统分机械除灰(适于小电厂的链条炉),气力除灰和水力除灰三种，又可分为灰、渣混除和灰、渣分除两种。除灰系统包括除尘器下的灰斗、输送风机、液态化风机、灰库及灰库附属设备、输送设备、管道、泵、阀门等。除渣系统包括底渣、碎渣机、捞渣机、公用水设备(高，低压水泵)、缓冲池、蓄水池等。■吹灰/定排系统锅炉吹灰器主要用来定期吹扫锅炉各部分受热面上的积灰，当其不工作时退出炉外，大型锅炉一般配备多台吹灰器，采用PLC可实现依据锅炉具体运行经验、燃烧煤种和锅炉状况编制和调整各个吹灰器的操作时间和顺序。大型锅炉的定期排污系统阀门多，手动操作费力费事,采用程序控制后可以大大减轻劳动强度、提高效率，目前已广泛采用。三、火电厂集成控制系统：随着计算机技术的高速发展、成本的大幅降低以及可靠性的不断提高，使计算机及相关技术在工业及民用控制领域获得了极为广泛的应用，分散控制系统—DCS（DistributedControlSystem）亦随之诞生。DCS系统集计算机技术、测量控制技术、网络通讯技术和CRT/TFT图像显示技术为一体，在结构上将管理监控、实时控制、数据采集等功能分散到不同的计算机中，每台计算机均采用高性能的专业工业控制计算机，必要时采用冗余技术，从而保证了系统的可靠性。利用计算机组态和图形化技术可以方便地实现整个系统功能的模块化组态，以适应不同工业过程的控制要求和算法，便于实现系统的调试和投运。DCS系统又可以记载过程数据并通过网络将数据自动传输到生产管理计算机系统实现计算机集成化的管理和控制。现代火电厂是大约有数千个开关量、数百个模拟量测点和数十个PID调节回路的控制对象。也就是说是需要一个以开关量为主，模拟量为辅并伴有调节回路的控制系统。由于电力生产的连续性高，现代电力生产企业要求设备运转率达到90%以上，对自动化设备的可靠性提出了很高的要求。随着计算机及网络技术不断发展和广泛应用，管理信息系统—MIS（ManageInformationSystem）也在火电厂中被广泛推广应用。生产子系统也被纳入全厂MIS网络的一个部分，相互间进行通讯及信息交换。DCS系统一般由控制站、操作员站、工程师站、通讯/控制网、现场过程控制单元和控制软件组成，下图为火电厂DCS系统及MIS系统原理拓扑示意图：四、DCS系统在火电厂主控系统中的应用：※DAS部分：模入处理：对模拟输入信号进行数据质量检验、单位标变、数字滤波、线性修正和热电偶的冷端温度补偿，并可设置两个上限和两个下限报警；对流量信号和水位信号进行温度、压力校正及线性处理。开入处理：对开关量输入信号进行开入跳变记录并同时存盘，以备事故分析查阅。具有经济指标计算与性能分析计算功能；历史数据存储、机组数据可存储1个月。实现一次风粉浓度在线检测，二次风速测量。打印功能：提供定时制表、报警打印、开关量跳变打印、事故追忆打印、屏幕拷贝等各种打印功能。※MCS部分：模拟量部分主要包括：协调控制系统、给水自动调节系统、过热汽温自动调节系统、再热汽温自动调节系统、送风量自动调节系统（含氧量控制）、引风自动调节系统、凝结器水位调节系统、轴封汽压调节系统、高加水位调节系统等。各调节系统的运行操作均在操作员站上完成，自动调节系统的参数整定在工程师站上或在授权的操作员站上完成。※SCS部分：热工部分：汽轮机主保护、高加水位保护、抽汽逆止门保护、安全门保护、燃油速断保护、25%甩负荷保护、汽包水位保护、给水泵保护；给水程控、射水程控、制粉程控、定排程控；给水泵再循环门联锁、高排疏水灌联锁、排补油联锁、补水联锁、热工辅助联锁等。电气部分：给水泵联锁、循环水泵联锁、凝结水泵联锁、射水泵联锁、内冷水泵联锁、氢冷水泵联锁、中继水泵联锁、低加疏水泵联锁、交直流润滑油泵联锁、空侧交直流润滑油泵联锁、氢侧交直流润滑油泵联锁、轴抽风机联锁、给粉机电源联锁、锅炉大联锁、给水泵辅助油泵联锁等。※FSSS部分：该部分主要功能有：火燃监测、炉膛正压、负压保护逻辑、炉内无火MFT停炉逻辑和停炉后吹扫逻辑。※DEH部分：该部分基本功能有：自校及自诊断功能、摩擦检查、转速控制、自动/手动升速、同期控制、超速试验、负荷控制、CCS控制方式；快速返回、并网自动带初始负荷、功率控制及限制、主汽压力控制及限制、阀位控制、电液跟踪及切换。该系统留有寿命管理接口。※CRT/TFT屏幕功能：该功能是保证机组安全和经济运行所必须的。应具备简洁的运行操作画面和事故处理画面，各相关图、棒状图、历史趋势、实时趋势、启停曲线、模入报警、开入跳变、当前最新报警信息显示和报警历史信息记录文件、各种一览画面以及控制回路配备的调节趋势操作画面等。任意CRT/TFT操作画面和事故处理画面的调出不超过两次鼠标操作。在任意CRT/TFT操作画面上均可实现对检修设备挂牌操作，以确保检修时人身和设备的安全。屏幕响应时间小于0.5秒。※与MIS管理网的接口：为了加强生产管理力度和提高生产效率，将机组各个转机的运行状态、机组运行的实时参数送入全厂的生产管理网，进行生产管理，为各生产管理部门及时作出生产管理决策，确保机组的安全、经济运行和提高经济效益提供基础实时信息。五、DCS系统在火电厂公用辅助系统中的应用：※输煤系统：该系统配有堵煤、跑偏、打滑、煤仓煤位等多种保护信号，这些信号一旦动作可通过语音、报警窗口及实时打印输出等方式及时通知操作员发生故障的设备、故障类型、程度、事发时间等重要信息。上位机还可通过曲线图来记忆设备电机的电流变化量，从而有利于事故的分析、判断和及时处理。输煤引入程控后，除了用于生产外，在不增加任何辅助设备的情况下，给系统内设备的管理和每个仓的加仓量统计都带来了极大的方便，系统在运行中便同时自动完成设备运行时间的统计，只需调出相应报表，便能得知所有设备累计运行的时间，由此得出设备状态好与坏的结论，这对输煤设备的大小修安排提供了可靠的依据。同样的，在配煤过程中，便自动完成了每个仓的加仓量计量，并自动打印出每个班的加仓量及分仓计量的报表。系统可根据现场卸煤、上煤等情况，在煤源不停的情况下自动进行动态流程切换，减少了设备的启停次数和启停设备所需的时间，整体