20160308-基于FCS系統(tǒng)的大型火電機組外水網(wǎng)一鍵制水的設(shè)計1參考模板

1、基于FCS系統(tǒng)的大型火電機組外水網(wǎng)一鍵制水的設(shè)計田爽1， 曾衛(wèi)東1，宋美艷11. 西安熱工研究院有限公司，陜西 西安 710032摘 要傳統(tǒng)外水網(wǎng)系統(tǒng)控制常采用獨立且分散的控制方式，經(jīng)常由于操作的復(fù)雜出現(xiàn)制水系統(tǒng)的中斷。采用一鍵制水集中控制后可以大大降低運行人員誤操作的可能性及減少設(shè)備因誤操作而增加的損耗。本文在現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，依托于總線設(shè)備豐富的設(shè)備信息，設(shè)計出完整的一鍵制水控制邏輯，實現(xiàn)了外水網(wǎng)四個分系統(tǒng)的一鍵自動控制。在經(jīng)過調(diào)試后，一鍵制水邏輯的采用取得了良好的效果，利用設(shè)備的總線信息豐富了設(shè)備的聯(lián)鎖保護方式，為總線信息的二次開發(fā)利用開創(chuàng)了新的方向。二次開發(fā)利用總線信息是未來火

2、電機組FCS控制系統(tǒng)發(fā)展的方向。關(guān) 鍵 詞現(xiàn)場總線；一鍵制水；外水網(wǎng)中圖分類號 文獻標(biāo)識碼AThe design of one to water In thermal power plant of external water FCS system.TIAN Shuang1, ZENG Weidong1, SONG Meiyan11. Xi'an Thermal Power Research Institute Co.,Ltd.,Xi'an 710032Abstract: The traditional external water system control indepen

3、dent and decentralized control method is often used, often due to complex operations appear water system interruption. The possibility of using a one to system to control the operation of water and reduce the possibility of operation and reduce the loss due to incorrect operation. Based on the FCS c

4、ontrol system, which is based on the device information of the device bus rich, complete a key water control logic, the realization of the external network of four sub-systems: a key to automatic control. After debugging, a key water logic used to obtain the good effect, the device bus information r

5、ich equipment interlocking protection, for the secondary development of bus information use to create a new direction. The two development and utilization of bus information is the future development of FCS control system of thermal power units.Key words: Feid bus,one to water,external water system收

6、稿日期：作者簡介：田爽（1982-），男，碩士，工程師，自動化E-mail：tianshuang1 / 81. 2、傳統(tǒng)火電機組外水網(wǎng)的設(shè)計協(xié)議的設(shè)計與應(yīng)用大型火電機組輔控主要包含了，水網(wǎng)、灰網(wǎng)、輸煤系統(tǒng)、脫硫等1。其中水網(wǎng)控制系統(tǒng)包含了內(nèi)水網(wǎng)及外水網(wǎng)兩部分。外水網(wǎng)中涵蓋了：原水預(yù)處理，超濾水處理、反滲透水處理、離子除鹽四個子系統(tǒng)2。內(nèi)水網(wǎng)主要是指的是精處理及汽水取樣兩個子系統(tǒng)?；痣姀S傳統(tǒng)的外水網(wǎng)制水常采用獨立且分散的控制，由于外水網(wǎng)控制系統(tǒng)中四部分子系統(tǒng)為一個連續(xù)的工藝過程，在這個連續(xù)的過程中任何一個環(huán)節(jié)出現(xiàn)操作失誤都會導(dǎo)致制水過程的中斷。為了避免制水過程的意外中

7、斷，所以在外水網(wǎng)工藝設(shè)計中會設(shè)計大量的水箱來作為緩沖，大大增加了火電廠外水網(wǎng)建設(shè)的投資及占地面積。并且這種控制模式由于使用較多的運行人員，且加上各系統(tǒng)間聯(lián)系不方便，會有管理困難、制水效率低且設(shè)備易損壞的缺點。2. 2、在主輔一體化趨勢下FCS平臺的外水網(wǎng)控制系統(tǒng)協(xié)議的設(shè)計與應(yīng)用近年來，在火電廠主輔一體化DCS系統(tǒng)2的基礎(chǔ)上，出現(xiàn)了以現(xiàn)場總線為通訊協(xié)議的最新的FCS系統(tǒng)。通過現(xiàn)場總線通訊協(xié)議3，大大豐富了設(shè)備的信息量和通訊速率。為外水網(wǎng)四個子系統(tǒng)的合并聯(lián)合控制提供了物理基礎(chǔ)。以某大型火電廠外水網(wǎng)典型工藝為例，F(xiàn)CS控制系統(tǒng)采取EMERSON公司的OVATION系統(tǒng)4。外水網(wǎng)中氣動閥門選用了進口品

8、牌FESTO的Profibus-DP總線協(xié)議的氣動閥島，電機選用了江蘇金智Profibus-DP總線協(xié)議的馬孔控制器、變送器選用了FF總線協(xié)議的進口品牌羅斯蒙特3051變送器。外水網(wǎng)剩余分析儀表等設(shè)備均采用了Profibus+FF的現(xiàn)場總線級設(shè)備5。外水網(wǎng)的工藝流程如下圖：圖表1：火電廠外水網(wǎng)工藝3. 2、總線設(shè)備的大量采用，為一鍵制水提供了基礎(chǔ)協(xié)議的設(shè)計與應(yīng)用由外水網(wǎng)的工藝上可以看出，外水網(wǎng)制除鹽水的過程是一個聯(lián)系緊密的連續(xù)的過程6。一旦中間任何一個環(huán)節(jié)出現(xiàn)了設(shè)備故障，都會造成所有制水工藝流程中斷。一鍵制水的實現(xiàn)必須依賴于設(shè)備本身的可靠性及報警信息的豐富、及時、準(zhǔn)確。過去由于傳統(tǒng)的外水網(wǎng)控制

9、系統(tǒng)設(shè)備的信息采集主要是依靠硬接線方式，在不大量增加投資的情況下這也就勢必造成了設(shè)備的信息量不夠豐富。而大量總線設(shè)備的采用為一鍵制水的實現(xiàn)打破了瓶頸，下面以江蘇金智總線型的馬達控制器為例：圖表2：馬達控制器數(shù)據(jù)列表從數(shù)據(jù)列表中可以看出，通過總線型馬達控制器我們可以得到電機的啟停次數(shù)、合閘次數(shù)、保護跳閘次數(shù)及電機運行時間等信息7。通過采集到的這些信息，我們根據(jù)優(yōu)化經(jīng)驗公式，可以在下位程序中對公用的幾臺設(shè)備做出設(shè)備健康等級判斷8，以次來作為公用設(shè)備啟動優(yōu)先級的判斷依據(jù)。這樣不但減輕了運行及檢修人員的工作量并且使一鍵制水邏輯的自動選擇公用設(shè)備啟動數(shù)量變成了現(xiàn)實。4. 2、一鍵制水的邏輯設(shè)計協(xié)議的設(shè)計

10、與應(yīng)用火電廠的制水為一個連續(xù)的9，緊密的工藝流程。從下面的流程圖設(shè)計中我們可以看到，原水預(yù)處理，超濾水處理、反滲透水處理、離子除鹽這四個子系統(tǒng)，每啟動一個子系統(tǒng)前，都需要確保出水方向的設(shè)備已經(jīng)打開，保證水路的暢通。在這個流程中設(shè)計中作者也考慮到了制水系統(tǒng)的連續(xù)性，增加了4個關(guān)鍵性的一級斷點及相關(guān)的保護點，當(dāng)這流程進行到這四個一級斷點的時候進行判斷，一旦發(fā)現(xiàn)設(shè)備故障或者失敗的時候，立刻結(jié)束整個流程并關(guān)閉相應(yīng)的設(shè)備。12344.1 基本功能塊設(shè)計設(shè)備驅(qū)動級是位于整個FCS控制系統(tǒng)最底層的標(biāo)準(zhǔn)功能塊，與受控設(shè)備一一對應(yīng)10。上位運行人員的手動指令或程控程序的自動指令通過設(shè)備驅(qū)動級發(fā)送到就地設(shè)備，同時

11、設(shè)備驅(qū)動級會根據(jù)現(xiàn)場設(shè)備的實際反饋形成對設(shè)備實際狀態(tài)的判斷。需要指出的是，設(shè)備驅(qū)動級是分兩種操作模式的，分別是自動和手動兩種。通常在設(shè)備正常運行的時候才允許驅(qū)動級切換為自動模式，如果設(shè)備發(fā)生故障則強制切換為手動模式。4.2 順序控制塊設(shè)計 順序控制模塊是構(gòu)建功能組或子功能組的基本模塊，其完成某一指定過程的順序控制11。順序控制模塊包括手動控制方式和自動控制方式，在順序控制正常時可投入自動控制方式，否則自動切換為手動控制方式。當(dāng)手動復(fù)位或自動復(fù)位步序時，順序控制為手動控制方式。在手動控制方式下，如果當(dāng)前步的條件全部滿足，順序控制塊則認(rèn)為當(dāng)前步成功，將會自動進入下一步。并且在手動方式下可以進行跳步

12、操作，即不判斷任何當(dāng)前步的條件，直接進入下一步，順序控制塊直接發(fā)出下一步的指令。在自動控制方式下，若設(shè)備起動允許條件滿足，手動起動或自動起動會使順序控制模塊按照步序一步一步執(zhí)行起動功能。在步序執(zhí)行過程中，可進行跳步操作，跳步使程序在不等待當(dāng)前步反饋條件滿足的情況下直接發(fā)出下一步指令。如果在規(guī)定的時間內(nèi)，當(dāng)前步的成功信號不反饋回順序控制塊，則認(rèn)為順控失敗。這時候順序功能塊將會強制切換為手動模式，此時順控功能塊將會停止，由檢修人員處理故障，故障處理完成后由檢修人員執(zhí)行故障復(fù)位操作。復(fù)位操作后順序功能塊將進入初始化狀態(tài)。4.3 一鍵制水流程斷點設(shè)計第一個斷點：設(shè)置在原水預(yù)處理子系統(tǒng)12工藝流程的結(jié)束

13、位置，反應(yīng)沉淀池及雙室過濾器分別有一個啟動的子順序控制程序，當(dāng)反應(yīng)沉淀池及雙室過濾器步序程序成功啟動并完成后，認(rèn)為原水預(yù)處理系統(tǒng)成功投運，則一鍵制水主順序控制程序進入超濾水處理部分。如果不成功則終止主一鍵制水主步序，關(guān)閉相應(yīng)設(shè)備。第二個斷點：由于超濾裝置為膜式處理法13設(shè)備，超濾膜不能收到高壓及大流量水流的沖擊，是整個制水系統(tǒng)比較脆弱的設(shè)備。所以在超濾水處理工藝流程的結(jié)束位置設(shè)置斷點，超濾裝置一共四套，每套超濾裝置分別有一個啟動的子順序控制程序，當(dāng)超濾設(shè)備的啟動步序程序成功完成后，并且根據(jù)超濾投運的套數(shù)成功啟動了超濾給水泵后，認(rèn)為超濾裝置投運成功，則一鍵制水主步序程序進入反滲透水處理部分。如果

14、不成功則終止主一鍵制水主步序，關(guān)閉相應(yīng)設(shè)備。第三個斷點：由于一級反滲透為膜式處理法設(shè)備14，且一級反滲透配置有6KV的高壓泵，是整個制水系統(tǒng)中唯一的高壓設(shè)備。所以在一級反滲透工藝流程的結(jié)束位置設(shè)置斷點，一級反滲透裝置一共兩套，每套反滲透裝置分別有一個啟動的子順序控制程序，當(dāng)反滲透設(shè)備的啟動步序程序成功完成后，并且根據(jù)反滲透投運的套數(shù)成功啟動了反滲透給水泵后，認(rèn)為反滲透裝置投運成功。如果不成功則終止主一鍵制水主步序，關(guān)閉相應(yīng)設(shè)備。第四個斷點：由于二級反滲透為膜式處理法15設(shè)備，且是海水轉(zhuǎn)變?yōu)榈年P(guān)鍵性設(shè)備，所以在二級反滲透工藝流程的結(jié)束位置設(shè)置斷點，二級反滲透裝置一共兩套，每套反滲透裝置分別有

15、一個啟動的子順序控制程序，當(dāng)二級反滲透設(shè)備的啟動步序程序完成并且聯(lián)啟所對應(yīng)的給水泵后，認(rèn)為反滲透裝置投運成功。則一鍵制水主步序程序進入離子除鹽水處理部分如果不成功則終止主一鍵制水主步序，關(guān)閉相應(yīng)設(shè)備。由于篇幅關(guān)系，無法在本文中闡述所有的保護點。在實際應(yīng)用中，總線型變送器、分析儀表、馬達控制器16等設(shè)備會輸送大量的信息來做為工程人員的保護判據(jù)，而這些保護點會很好的確保整個一鍵制水程序的順利運行。圖表 3一鍵制水邏輯流程圖結(jié)束語在經(jīng)過調(diào)試后，采用了一鍵制水的某大型火電機組的化學(xué)運行人員工作量大大降低，并且避免了在制水設(shè)備投運初期的誤操作的可能。而全自動制水及無運行人員值守是未來外水網(wǎng)程序優(yōu)化的終極

16、目標(biāo)。在外水網(wǎng)工藝流程圖中可以看到，外水網(wǎng)設(shè)備存在大量的反洗工藝。反洗工藝的存在，使得外水網(wǎng)工藝流程在日常使用中并不是僅僅是單向的，在很多時候制出的合格水都需要反向沖洗。這就大大增加了外水網(wǎng)全自動制水程序設(shè)計的復(fù)雜性。要實現(xiàn)這個目標(biāo)，還需要深度挖掘總線型設(shè)備信息量大，響應(yīng)速度快的特點。把保護及PID調(diào)節(jié)工作下放到智能設(shè)備本體去完成，這樣才能確保在復(fù)雜工藝流程中，成套設(shè)備的安全、穩(wěn)定的全自動運行。參 考 文 獻1 贠小波，王存毅DCS系統(tǒng)在電廠水系統(tǒng)中的應(yīng)用J技術(shù)縱橫，2008，9：39-40YUN Xiaobo,WANG Cunyi. Application of DCS system in

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22、dustrial control systemsJ. Instruments and Analysis monitoring,2004,2:16(in Chinese).10 曾文南，桑永福機組自啟停系統(tǒng)的邏輯設(shè)計分析J，熱力發(fā)電，2012,6:77ZENG Wennan,SONG Yongfu. Analysis of the logical design of the unit since the start-stop systemJ, Thermal Power Generation,2004,6:7711 劉勇，陸曉敏，龐國仲DCS中的順序控制組態(tài)系統(tǒng)J，微計算機信息，1997,13:24Liu Yong,Lu Xiao Min,Pang Guo Zhong. A Sequence Control Configuration System of DCSJ, Control & Automation,1997,13:2412 葛超原水預(yù)處理系統(tǒng)的應(yīng)用與研究J，科技信息，2011,35:33Ge Chao. Application and research of raw water pretreatment systemJScience&T