HOLLiAS MACS系統(tǒng)在黔北電廠（4×300MW）新建工程#3、#4機(jī)組的應(yīng)用
引言
和利時(shí)公司作為國內(nèi)在DCS控制領(lǐng)域的領(lǐng)軍企業(yè)，在300MW以上的單元火電機(jī)組控制領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)突破，先后承接了黔北、鴨溪、黔西、鶴壁電廠等多個(gè)300MW機(jī)組以及陜西國華錦界4×600MW煤電工程DCS控制系統(tǒng)項(xiàng)目，為電力企業(yè)實(shí)現(xiàn)規(guī)模經(jīng)濟(jì)效益、降低運(yùn)營成本、提高火電工程技術(shù)的自動化水平作出貢獻(xiàn)。
貴州黔北電廠300MW新建機(jī)組是西部大開發(fā)——西電東輸?shù)闹匾?xiàng)目之一。和利時(shí)派出了具有豐富現(xiàn)場實(shí)施經(jīng)驗(yàn)的工程團(tuán)隊(duì)和專家組，用專業(yè)化的解決方案，先進(jìn)、可靠、經(jīng)濟(jì)的系統(tǒng)和產(chǎn)品，放心、滿意的服務(wù)，保證了兩臺機(jī)組順利投運(yùn)，并實(shí)現(xiàn)了國內(nèi)300MW機(jī)組試運(yùn)期最短記錄。
項(xiàng)目概述
黔北電廠(4×300MW)新建工程#3、#4機(jī)組汽輪機(jī)、鍋爐、發(fā)電機(jī)分別由東方汽輪機(jī)廠、東方鍋爐廠、東方電機(jī)廠制造，熱控系統(tǒng)采用和利時(shí)公司HOLLiAS MACS大型集散控制系統(tǒng)。
黔北電廠#3、#4機(jī)組鍋爐是由東方鍋爐（集團(tuán)）股份有限公司根據(jù)美國Forter Wheeler型300MW機(jī)組“W”火焰鍋爐生產(chǎn)，型號：DG1025/18.2-III5。
鍋爐型式：亞臨界、中間一次再熱自然循環(huán)、雙拱型單爐膛，倒“U”型布置，燃燒器布置于拱上、煙氣擋板調(diào)溫、“W”型火焰固態(tài)排渣。
汽輪機(jī)：東方汽輪機(jī)廠型號：N300-16.7/537/537型式：亞臨界、單軸、雙缸雙排汽、再熱凝汽式汽輪機(jī)，抽汽級數(shù)：8級（3高加+1除氧器+4低加）。
項(xiàng)目規(guī)模
系統(tǒng)配置
黔北電廠（4×300MW）#3、#4機(jī)工程DCS系統(tǒng)采用和利時(shí)公司的第四代DCS系統(tǒng)HOLLiAS MACS系統(tǒng)。
工程共分為3個(gè)域，其中#3機(jī)組為1#域，#4機(jī)組為2#域，#3、#4機(jī)公用系統(tǒng)和循環(huán)水泵房遠(yuǎn)程I/O為0#域。工程操作界面考慮#3、#4分開，#3機(jī)操作1#域，#4機(jī)操作2#域，公用系統(tǒng)0#域可以在#3級操作也可以在#4機(jī)操作。
黔北#3、#4機(jī)組及公用DCS系統(tǒng)共提供現(xiàn)場控制機(jī)柜28臺，端子柜28臺，服務(wù)器柜6個(gè)，配電柜2個(gè)，繼電器柜3個(gè)，接地柜1個(gè)，操作臺10個(gè)，打印臺4個(gè)。HMI設(shè)備：操作員站10臺；歷史站2臺；系統(tǒng)服務(wù)器6臺；工程師站2臺；72”大屏幕站2套；通信站8臺；SIS網(wǎng)關(guān)機(jī)2臺；24口網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)16臺；GPS設(shè)備1套。
控制規(guī)模
每個(gè)單元機(jī)組配置13對冗余控制器，采用Profibus-DP總線掛接525個(gè)I/O模塊及中斷設(shè)備。接受DCS系統(tǒng)控制的設(shè)備數(shù)量為：電動機(jī)88臺，各類閥門、加熱器等設(shè)備441個(gè)，調(diào)節(jié)設(shè)備165個(gè)，斷路器、快切裝置等電氣設(shè)備67個(gè)，并可通過通信控制88個(gè)吹灰器和7個(gè)電動門。
公用系統(tǒng)配置2對冗余控制器帶46個(gè)I/O模塊，分別用于監(jiān)控兩臺機(jī)組的電氣公用部分和機(jī)、爐公用部分；DCS總計(jì)控制設(shè)備為1754臺。
其中3#機(jī)組及公用系統(tǒng)的物理點(diǎn)數(shù)和配置點(diǎn)數(shù)如下表：
| 類型 | 配置點(diǎn)數(shù) |
實(shí)際點(diǎn)數(shù) |
冗余率 | |
| AI | 4~20mA(對外供電型） | 464 |
375 |
19.18% |
| 4~20mA/0~10mA | 472 |
422 |
10.59% | |
| Pt100/Cu50 | 328 |
278 |
15.24% | |
| 熱偶 |
232 |
182 |
21.55% | |
| AO | 4~20mA | 248 |
209 |
15.73% |
| PI | TTL | 16 |
9 |
43.75% |
| DI | 干接點(diǎn) | 3008 |
2672 |
11.17% |
| 220VAC | 1612 |
1401 |
13.09% | |
| SOE | 240 |
182 |
13.09% | |
| 合計(jì) | 6620 |
5730 |
24.17% | |
整個(gè)工程（#3、#4、公用系統(tǒng)）實(shí)際的物理點(diǎn)數(shù)為：11016點(diǎn)，總配置點(diǎn)數(shù)為12664點(diǎn)。第三方設(shè)備的雙向冗余通信、遠(yuǎn)程采集點(diǎn)及單向通信點(diǎn)數(shù)總計(jì)為：1300點(diǎn)。
控制組態(tài)產(chǎn)生的變量約8500點(diǎn)，顯示、報(bào)警、趨勢標(biāo)簽總計(jì)：27000點(diǎn)。
分站原則
測點(diǎn)按功能分站如下表：
| 站號 | 實(shí)現(xiàn)功能 |
說明 |
| 10 | FSSS | 公用邏輯、A油組、A煤組 |
| 11 | FSSS | B/C/D油組 |
| 12 | FSSS | B/C/D煤組 |
| 13 | MCS | 協(xié)調(diào)、燃燒 |
| 14 | MCS | 送、引風(fēng)，給水，過熱器減溫 |
| 15 | MCS+DAS | 再熱器減溫，汽機(jī)單回路，鍋爐部分DAS |
| 16 | MCS+TBC | 二次風(fēng)門，旁路，小汽機(jī)單回路SCS |
| 17 | SCS/B | 鍋爐SCS |
| 18 | SCS/B | 鍋爐SCS |
| 19 | SCS/T | 汽機(jī)SCS |
| 20 | SCS/T | 汽機(jī)SCS |
| 21 | DAS | 汽機(jī)DAS |
| 22 | SCS/GA | 電氣SCS，SOE |
| 23 | SCS/GA | 公用系統(tǒng)電氣SCS、DAS |
| 24 | SCS | 循環(huán)泵房SCS |
各站點(diǎn)測點(diǎn)設(shè)備分配原則
＊危險(xiǎn)分散：同一設(shè)備冗余的測點(diǎn)分配到不同的模塊；冗余設(shè)備的測點(diǎn)分配給不同的控制站或不同的模件組上；
＊接線方便：同一設(shè)備的非冗余的相關(guān)測點(diǎn)盡量安排在一起；
＊備用：基本保證各模塊保持≥10%的備用率；
＊系統(tǒng)間的重要信號，如：MFT、連鎖保護(hù)等，采用硬接線不同站、模件多路輸出；
＊DCS系統(tǒng)與其他系統(tǒng)（如：DEH）的模擬信號采用有源型隔離器進(jìn)行隔離。
系統(tǒng)設(shè)計(jì)
采用Client/Server體系結(jié)構(gòu)，控制管理網(wǎng)絡(luò)采用兩層結(jié)構(gòu)，星型連接，控制網(wǎng)絡(luò)雙冗余配置?？刂凭W(wǎng)絡(luò)和管理網(wǎng)絡(luò)的分離有利于將交換機(jī)設(shè)備故障風(fēng)險(xiǎn)分散，同時(shí)大大減少了數(shù)據(jù)處理量和網(wǎng)絡(luò)上的擁塞。遠(yuǎn)程控制站（循環(huán)水泵房）采用100M以太光纖連入系統(tǒng)，網(wǎng)絡(luò)實(shí)際結(jié)構(gòu)如圖：
采用HOLLiAS MACS系統(tǒng)作為監(jiān)控軟件平臺，其中：ConMaker部分完成算法的組態(tài)與下裝，而PlantView完成人機(jī)監(jiān)控和與控制器的通信。每個(gè)ConMaker工程用于單個(gè)I/O控制站的控制方案，共有28個(gè)ConMaker工程對應(yīng)28個(gè)I/O控制站。
PlantView工程用于建立通信連接及人機(jī)交互界面，按照功能的不同，系統(tǒng)包括12個(gè)子工程，分別是：
＊QBDB1：#3機(jī)組數(shù)據(jù)庫工程，用于#3機(jī)組監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)接入；
＊QBDB2：公用系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫工程，用于公用系統(tǒng)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)接入；
＊QBDB4：#4機(jī)組數(shù)據(jù)庫工程，用于#4機(jī)組監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)接入；
＊QBDB3：趨勢、報(bào)警服務(wù)器工程，用于整個(gè)DCS系統(tǒng)的趨勢記錄、報(bào)警檢測、時(shí)間服務(wù)等；
＊QBDC4：#4機(jī)組操作員站圖形工程，用于操作員對#4機(jī)組及公用系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控；
＊QBDC：#3機(jī)組操作員站圖形工程，用于操作員對#3機(jī)組及公用系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控；
＊COMM1：#3機(jī)組#1通信站工程，用于吹灰、爐管泄漏、CEMS、空調(diào)系統(tǒng)通訊接入；
＊COMM2：#3機(jī)組#2通信站工程，用于DEH、廠用電、發(fā)變組系統(tǒng)通訊接入；
＊COMM3：#3機(jī)組#3通信站工程，用于IDAS、發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)通訊接入；
＊COMM41：#4機(jī)組#1通信站工程，用于吹灰、爐管泄漏、CEMS、空調(diào)系統(tǒng)通訊接入；
＊COMM42：#4機(jī)組#2通信站工程，用于DEH、廠用電、發(fā)變組系統(tǒng)通訊接入；
＊COMM43：#4機(jī)組#3通信站工程，用于IDAS、發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)通訊接入。
服務(wù)配置
本工程的PlantView完成五種服務(wù)、一種客戶請求，即：
＊ I/O服務(wù)：負(fù)責(zé)收集數(shù)據(jù)并根據(jù)請求發(fā)送；
＊ 趨勢服務(wù)：負(fù)責(zé)歷史數(shù)據(jù)的采集與存儲；
＊ 報(bào)警服務(wù)：負(fù)責(zé)處理數(shù)據(jù)異常報(bào)告；
＊ 報(bào)表服務(wù)：負(fù)責(zé)完成數(shù)據(jù)的紀(jì)錄與報(bào)告生成；
＊ 時(shí)間服務(wù)：負(fù)責(zé)系統(tǒng)的校對，保持?jǐn)?shù)據(jù)的同一性。
客戶請求：人機(jī)界面接口，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)、報(bào)警、趨勢等顯示，提供給操作人員直觀的操作界面。
這五種服務(wù)通過計(jì)算機(jī)設(shè)置功能分散配置，參照網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖，設(shè)置服務(wù)功能為：
| I/O服務(wù) | 報(bào)警服務(wù) |
趨勢服務(wù) |
時(shí)間服務(wù) | 圖形服務(wù) | ||||
| 主 | 從 | 主 | 從 | 主 | 從 | |||
| SERVER1 | √ | |||||||
| SERVER2 | √ | |||||||
| SERVER3 | √ | |||||||
| SERVER4 | √ | |||||||
| SERVER5 | √ | √ | √ | √ | ||||
| SERVER6 | √ | √ | √ | |||||
| SERVER7 | √ | |||||||
| SERVER8 | √ | |||||||
| 各操作站 | √ | |||||||
DCS系統(tǒng)對時(shí)設(shè)計(jì)
#3、#4機(jī)組統(tǒng)一對時(shí)，其中：控制器、服務(wù)器和客戶端采用網(wǎng)絡(luò)對時(shí)，每60分鐘以廣播方式發(fā)布時(shí)鐘服務(wù)器基準(zhǔn)時(shí)間，時(shí)鐘服務(wù)器時(shí)間由GPS校準(zhǔn)；SOE模件（FM161E_SOE_A01）第16路接受FM197集線器每間隔60秒發(fā)一次的脈沖對時(shí)信號，保證秒和毫秒精度。
校時(shí)流程
＊GPS天線收到時(shí)間信號；
＊從串口上發(fā)到FM197校時(shí)集線器中；
＊FM197校時(shí)集線器發(fā)到系統(tǒng)時(shí)間服務(wù)器中；
＊時(shí)間服務(wù)器定時(shí)或在本機(jī)時(shí)間改變時(shí)在網(wǎng)內(nèi)廣播校時(shí)包；
＊設(shè)置同時(shí)間服務(wù)器同步的客戶機(jī)收到校時(shí)包后改變本機(jī)系統(tǒng)時(shí)間；
＊客戶機(jī)開始運(yùn)行系統(tǒng)時(shí)向時(shí)間服務(wù)器請求校時(shí)。
校時(shí)特點(diǎn)
＊ 控制系統(tǒng)校時(shí)收發(fā)以網(wǎng)絡(luò)傳遞為主；
＊ SOE關(guān)鍵快速時(shí)鐘校對以硬接線發(fā)秒脈沖為主，保證站間SOE時(shí)鐘誤差≤1ms；
＊ 采用校時(shí)集線器接受GPS時(shí)鐘信號，給DCS時(shí)鐘服務(wù)器、SIS系統(tǒng)及其他設(shè)備同時(shí)進(jìn)行校時(shí)；
＊ 網(wǎng)絡(luò)校時(shí)時(shí)鐘服務(wù)器唯一設(shè)置。
實(shí)現(xiàn)的控制功能
和利時(shí)HOLLiAS MACS系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集處理（DAS）、事件順序記錄（SOE）、歷史數(shù)據(jù)存儲和檢索（HSR）、輔機(jī)順序控制（SCS）、模擬量控制（MCS）、電氣控制（ECS）、鍋爐爐膛安全監(jiān)控（FSSS）及機(jī)爐協(xié)調(diào)控制（CCS）、自動發(fā)電控制（AGC）等控制功能。
該系統(tǒng)以其良好的開放性、擴(kuò)展性順利實(shí)現(xiàn)了與其他7個(gè)系統(tǒng)的通訊任務(wù)，分別為DEH/MEN監(jiān)控系統(tǒng)、爐管泄漏報(bào)警裝置、鍋爐吹灰控制系統(tǒng)、發(fā)電機(jī)勵(lì)磁裝置、廠用電監(jiān)控系統(tǒng)、溫度數(shù)據(jù)采集前端（IDAS）及廠級監(jiān)控系統(tǒng)（SIS）等。并與大屏幕EOS主機(jī)配合，實(shí)現(xiàn)了兩個(gè)大屏幕獨(dú)立于操作員之外即可雙屏分別顯示又可合為一屏顯示的功能。
SCS功能主要完成機(jī)組輔機(jī)、加熱器及各種閥門的操作、聯(lián)鎖、保護(hù)及程控等控制功能。
FSSS功能主要包括鍋爐自動吹掃邏輯、油檢漏試驗(yàn)程控邏輯、MFT動作及首出邏輯、OFT動作及首出邏輯、冷卻風(fēng)系統(tǒng)的保護(hù)聯(lián)鎖24個(gè)油角的點(diǎn)火程控啟、停等等，各功能均有專用的操作、指示面板。
ECS功能除了完成對60個(gè)斷路器的控制外，還對廠用電切換裝置、機(jī)組勵(lì)磁裝置及同期裝置等電氣設(shè)備進(jìn)行操作控制。
MCS功能主要完成對165個(gè)調(diào)節(jié)設(shè)備的控制和50多套自動調(diào)節(jié)回路。其中主汽溫度采用3級PID控制，為使閥門開度與流量線性化特增加了一級流量控制PID；送風(fēng)風(fēng)量設(shè)定單獨(dú)采用了一個(gè)PID，通過參數(shù)設(shè)置實(shí)現(xiàn)風(fēng)煤交叉功能；給水設(shè)計(jì)為全程控制，低負(fù)荷（＜14%ECR）時(shí)用給水旁路閥調(diào)節(jié)汽包水位同時(shí)給水泵調(diào)節(jié)給水壓力，負(fù)荷14～20%ECR時(shí)采用給水泵進(jìn)行單沖量控制，高負(fù)荷（＞20%ECR）時(shí)采用給水泵進(jìn)行三沖量控制。對于自動調(diào)節(jié)功能系統(tǒng)不僅給運(yùn)行人員提供了清晰明了的操作界面，也為熱工維護(hù)人員繪制了類似SAMA圖式的調(diào)試界面，見下圖（給水全程控制調(diào)試畫面）：
后記
在項(xiàng)目相關(guān)各方單位的共同努力下，黔北電廠4×300MW工程#3機(jī)組的分部試運(yùn)和整套啟動工作緊張有序，機(jī)組整個(gè)試運(yùn)過程僅用時(shí)不到4個(gè)月。自于2004年2月13日進(jìn)入整套啟動試運(yùn)行，2月23日16：00達(dá)到滿負(fù)荷試運(yùn)條件并進(jìn)入168小時(shí)試運(yùn)行，至3月1日16：00圓滿完成168小時(shí)試運(yùn)，歷時(shí)僅17天。在168小時(shí)試運(yùn)行期間，機(jī)組連續(xù)帶滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)間為136小時(shí)，機(jī)組連續(xù)平均負(fù)荷為300.3MW，平均負(fù)荷率為100.1%，平均廠用電率5.28%，熱控自動投入率95%，熱工保護(hù)投入率100%，熱控、電氣儀表投入率為100%，電氣自動投入率100%，汽機(jī)各軸振、瓦振均達(dá)到優(yōu)良標(biāo)準(zhǔn)，汽機(jī)真空嚴(yán)密性試驗(yàn)優(yōu)良（48Pa/min），發(fā)電機(jī)漏氫量7.08Nm3/d，補(bǔ)水率10.6%，汽水品質(zhì)各項(xiàng)指標(biāo)合格。
#4機(jī)組于2004年9月19日進(jìn)入整套啟動試運(yùn)行，9月22日14：00點(diǎn)達(dá)到滿負(fù)荷試運(yùn)條件，9月29日14：00點(diǎn)圓滿完成168小時(shí)滿負(fù)荷試運(yùn)，歷時(shí)10天。在168小時(shí)試運(yùn)行期間，機(jī)組連續(xù)帶滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)間為121小時(shí)，機(jī)組連續(xù)平均負(fù)荷為284.33MW，平均負(fù)荷率為94.78%，平均廠用電率5.787%，熱控自動投入率95%，熱工保護(hù)投入率100%，電氣自動、保護(hù)投入率100%，熱控、電氣儀表投入率均為100%，汽機(jī)各軸承，瓦振均達(dá)到優(yōu)良標(biāo)準(zhǔn)，汽機(jī)真空嚴(yán)密性試驗(yàn)優(yōu)良（48Pa/min），發(fā)電機(jī)漏氫量5.1Nm3/d，補(bǔ)水率8.78%，汽水品質(zhì)各項(xiàng)指標(biāo)合格。HOLLiAS MACS系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定正常，系統(tǒng)各項(xiàng)功能均投入使用。
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