一电厂热工控制DCS系统设计

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PLC and DCS

一电厂热工控制DCS系统设计

刘景芝，孙　伟

（中国矿业大学信息与电气工程学院，江苏　徐州　２２１００８）

摘 要：以西山孝义金岩公司自备电厂为背景，主要结合循环流化床锅炉机组的运行特点和控制特性，对其热工系统运用集散控制方式进行控制，并采用浙大中控的ＷｅｂＦｉｌｅｄ　ＪＸ－３００Ｘ系统对单元机组的热工控制系统做了初步的整体设计。

关键词：热工控制系统；集散控制系统（ＤＣＳ）；循环流化床锅炉

中图分类号：ＴＰ３９３．０３ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１００３－７２４１（２００７）１２－００６７－０３

A DCS system for thermal control of a power station

LIU Jing-zhi, SUN Wei

(The School of Information and Electrical Engineering ,China University of Mining and Technology , Xuzhou 221008 China) Abstract: This paper introduces a distributed control system for the power station of the Xishan Jinyan company. According to the operation and control requirements of the circulating fluidized bed boiler, the distributed control for the thermal system of a power unit is designed with the SUPCON WebFiled JX-300X.

Keywords: thermal control system; distributed control system(DCS); circulating fluidized bed boiler

１ 引言

火力发电是现代电力生产中的一种主要形式，火力发电厂

运行系统多而且复杂，各系统之间要协调运行又要对负荷变化

具有很强的适应能力，因此有效的控制火力发电厂运行极其重

要。目前火电机组都普遍采用ＤＣＳ［３］，因为ＤＣＳ系统给电厂在

安全生产与经济效益方面带来巨大作用，使以往任何控制系统

无法与其相提并论。随着各项技术的发展和用户对生产过程控

制要求的提高，一种全数字化的控制系统——现场总线控制系

统（ＦＣＳ）问世了，并得到了快速发展。虽然现场总线控技术

代表了未来自动化发展的方向并将逐步走向实用化，但由于火

电厂的具体环境和控制特点，经过论证与分析，近期内热控系统

只能以ＤＣＳ为主［１］［２］。

西山孝义金岩公司自备电厂包括２台７５ｔ／ｈ循环流化床锅

炉、２台１５ＭＷ抽汽式汽轮发电机组。本文主要针对循环流化床

锅炉，将其改造为单元机组运行。根据循环流化床锅炉和火电机

组的运行特点，分析其热控系统的功能要求，采用集散控制系统

（ＤＣＳ）实现热工自动化，并以浙大中控的ＷｅｂＦｉｌｅｄ　ＪＸ－３００Ｘ为

例，进行具体系统的初步设计。

收稿日期：２００７－０７－０３

ＪＸ－３００Ｘ集散控制系统全面应用最新的信号处理技术、高

速网络通信技术、可靠的软件平台和软件设计技术和现场总线技

术，采用高性能的微处理器和成熟的先进控制算法，兼具高速可靠

的数据输入输出、运算、过程控制功能和ＰＬＣ联锁逻辑控制功

能，能适应更广泛更复杂的应用要求，是一套全数字化的、结构灵

活、功能完善的新型开放式集散控制系统。

ＪＸ－３００Ｘ体系结构如下图：

２ 系统介绍及方案描述

２．１ 系统总体方案描述

根据单元机组运行特点及要求，其控制系统一般配有以下系统：

（１） 数据采集系统（ＤＡＳ）；

图１ JX－３００X体系结构图

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（２） 协调控制系统（ＣＣＳ）；

（３） 锅炉控制系统，其中包括：锅炉燃烧、汽温、给水等模

拟量控制系统（ＭＣＳ），顺序控制系统（ＳＣＳ），以及锅炉炉膛安全

监控系统（ＦＳＳＳ）或称燃烧器管理系统（ＢＭＳ）；

（４） 汽机数字电液调节系统（ＤＥＨ）。

除上述几大系统以外，主要辅机系统还有旁路控制系统（ＢＰ）、

上煤系统以及安全保护系统等。主、辅系统之间相互渗透、相互

依赖，通过信息通信网络紧密连接成为—个有机的整体，从而组成

单元机组热工控制的主体，如图２所示［４］。

本ＤＣＳ的功能覆盖范围包括数据采集和处理系统（ＤＡＳ）、

模拟量控制系统（ＭＣＳ）、顺序控制系统（ＳＣＳ）、燃烧器管理

系统（ＢＭＳ）、汽机跳闸保护（ＥＴＳ）。同时具有与其他供货商

供应的控制系统和设备进行通讯的功能，并负责相关的接口工

作，以便能通过同一总线传递必要的信息和数据，接受控制系

统的统一调度和指挥，形成完整的控制系统。主要监控范围包

括锅炉、汽轮发电机除氧给水、减温减压系统、点火供气系统

等。ＤＣＳ由冗余配置的分散处理单元、数据通讯系统和人—

机接口组成。

２．２ 系统配置

该循环流化床锅炉机组热工系统采用机、炉集散控制方

式，能在就地人员的巡回检查和少量操作的配合下，在单元控

制室内实现机组启动、停机、运行工况监视控制和管理以及

事故处理等功能。每台单元机组采用一人为主、两人为辅的

运行管理方式。

系统采用浙大中控的ＷｅｂＦｉｌｅｄ　ＪＸ－３００Ｘ系统。该集散控

制系统采用过程控制网ＳＣｎｅｔ　ＩＩ和控制站内部Ｉ／Ｏ控制总线

图２ 单元机组控制系统概貌

图３ 热工控制DCS系统结构示意图

ＳＢＵＳ，硬件配置包括工程师站、操作站、过程控制站、打印机、

操作键盘以及ＣＲＴ显示屏等。结构示意图如图３所示。

单元机组设置两个操作站，并且配有相应的操作员键盘，一个

工程师站，配有工程师键盘，以便于组态和维修。系统设置了两台

打印机，一台用于报警事件的打印，另一台用于报表的打印。控制

站包括数据采集站、锅炉控制站、汽轮机控制站和逻辑站。过程

控制网是ＳＣｎｅｔ　ＩＩ１：１冗余配置。

３ DCS系统功能简介

３．１ 数据采集和处理系统（DAS）

ＤＡＳ的主要功能是快速准确地反映机组参数、设备状

态、工艺报警、性能指标，为操作员提供准确的操作依据。如

图４所示，ＤＡＳ系统从生产过程中采集现场数据，提供给控制

及管理系统。

３．２ 模拟量控制系统（MCS）

３．２．１ 总风量控制系统

保证燃料在炉膛中充分燃烧是风量控制系统的基本任

务。在单元机组锅炉的送风系统中，一、二次风各用两台风机

分别供给。

总风量指令是由锅炉负荷控制系统给出的。总风量中一、

二次风所占比例最大，同时一次风和二次风直接影响锅炉的运行

及燃烧工况。所以，总风量调节系统通过改变一、二次风量的调

节指令来保证锅炉所需配风。为了保证锅炉燃烧的安全性，在机

图４ DAS系统的示意总体结构图

图５ 总风量控制系统