maxDNA大型分散控制系统在9F双轴燃气

引言

近年来,随着国家能源结构的调整以及对节能环保的进一步重视,燃煤火电机组的投建工作已受到明显制约,而燃气-蒸汽联合循环机组凭借效率高、启动快、环境污染小、调峰性能好等优点,正逐渐成为未来电力行业发展的一个主要方向。多年的国内外应用研究表明,燃气-蒸汽联合循环机组技术已趋于成熟,其中F级联合循环机组整体效率可达58%~60%,而兼顾发电和供热的机组,其热效率可达到88%以上。

燃气-蒸汽联合循环机组由燃气轮机与余热锅炉、蒸汽轮机共同构成,燃气轮机做功后排出的高温烟气进入余热锅炉将给水加热成蒸汽,再将蒸汽注入蒸汽轮机。由于燃气轮机核心部件加工条件极其苛刻以及核心技术依旧由国外几大公司掌握,国内燃气-蒸汽联合循环机组的主要设备还需从国外进口,其控制系统及控制策略也都由国外提供,因此研发具有自主知识产权的分散控制系统并实现其在9F级重型燃气-蒸汽联合循环机组中的成功应用,对于打破国外技术垄断,提高我国电力自动化水平具有长远意义。

石家庄2×9F燃气-蒸汽联合循环机组燃气轮机采用西门子9F型燃机,型号为SGT5-4000F,型式为单轴、重型(工业型),额定出力为311.95MM,控制系统采用西门子T3000系统:余热锅炉由东方菱日锅炉有限公司生产,型式为卧式、三压、无补燃:蒸汽轮机由东方电气股份有限公司生产,型号为wL145-11.7/563/563,型式为冲动式、三压、再热、双缸、带3S离合器、下排汽、抽凝供热,额定出力为144MM:DCS及DEH控制系统均采用国电南自维美德自动化有限公司自主研发的maxDLA大型分散控制系统。

maxDLA是一套由国电南自维美德自动化有限公司自主研发的大型分散控制系统,目前已成功实现在华电石家庄2×9F燃气-蒸汽联合循环机组中DCS和DEH一体化应用,运行安全可靠,操作方便快捷。

1maxDNA控制系统

1.1maxDNA控制系统概述及其技术特点

maxDLA控制系统源自美国利诺公司,其产品历经4代,分别为MAx1、MAx1000、MAx100+以及maxDLA,是20世纪电力部电厂控制系统准入八大系统之一,maxDLA控制系统经过90多年的技术研究和工程累积,目前已为全球1000多个工厂提供了可靠、高效的服务,并取得了众多成功业绩。maxDLA系统架构由底层I/o、控制器层、外部连接(第三方通信)、操作员接口层、信息管理层及工厂管理层组成,是一套成熟可靠的分散控制系统。

1.2maxDNA系统硬件部分

maxDLA控制系统提供了高可靠性的DPU,DPU安装在winux操作系统下,采用工业嵌入式应用处理器一IntelAtom控制处理器,主频为1GHz,是maxDLA控制系统的硬件处理引擎,可完成模拟控制、顺序控制和数据采集,具有优异的数据处理能力及稳定性。另外,在控制器内通信处理器和运算处理器是相互独立的,从而保证了通信及数据处理的实时性和可靠性。同时DPU内有多速处理系统,可允许采用三种不同时间等级,最快扫描周期可达10mS。maxDLA控制系统同时还提供了种类众多的高可靠性I/O模件,主要包括模拟量输入模块AI、模拟量输出模块A0、热电阻输入模块RTD、热电偶输入模块TC、开关量输入模块DI、开关量输出模块DO、脉冲输入模块PI、I/O总线扩展模块、串口通信模块、现场总线接口模块等。

1.3maxDN系统软件部分

maxDNA控制系统采用windowS操作系统,界面直观,操作方便,可支持winxP、win7及win10操作系统。maxDNA控制系统离线组态软件采用maxDPUToo1S,其提供了表格式和图形化两种组态方式,并可根据现场实际情况通过基本功能块组合或脚本自定义生成新的功能块,扩展能力强,并支持增量在线下装和离线全局下装组态。在线组态修改软件maxVUE可在线修改逻辑,即时生效,为系统的调试和维护带来了极大的便利,maxVUE软件同时还是简单易学的画面工具,具有丰富的控件,足以满足现场所需的各种要求,并提供强大的脚本支持,以满足用户各种特殊需求。maxVUERuntime软件作为工业控制过程画面监视工具,提供了报警信息查询、事件记录、报表生成及打印、强制点查询等诸多方便实用的功能。

1.4maxDN系统网络架构

maxDNA控制系统网络架构主要由现场控制单元、通信网络maxNET以及人机界面maxSTATI0N组成。maxDNA的现场控制单元主要由maxDPU和maxPACI/O模块组成,现场控制系统内的控制器、电源以及网络均采用冗余配置,完全满足电厂控制要求,I/O总线扩展模块BEM可通过光缆连接本地I/O柜和远程I/O柜,最远传输距离可达2000m。maxNET采用可靠的交换式快速以太网标准,主干网支持全双工工作方式,可有效提高通信速度和带宽,交换机支持多路同时通信,任一时刻,由通信活动和指令来指定通信路径,均可同时完成双向的和各站间通信,并且不会产生冲突。

2石家庄9F级燃气-蒸汽联合循环机组DCS设计

2.1石家庄9F级燃气-蒸汽联合循环机组DCS系统简介

华电石家庄热电厂DCS控制系统包括单元机组和公用系统,单元机组按系统划分可分为锅炉系统、汽机系统及电气系统:公用系统按系统划分可分为公用电气系统、公用热控系统及辅网系统,其中公用热控系统主要由热网系统、压缩空气、调压站、增压机及制冷站等部分组成,辅网系统按分系统划分又可划分为化学水、工业废水、生活污水、循环水加药及尿素区。

石家庄2×9F燃气-蒸汽联合循环机组DCS设计内容主要包括硬件和软件两个部分:(1)硬件设计主要为根据现场电缆清册、现场桥架布置、系统划分及现场要求对I/O清册及DPU进行分配,对控制柜I/O模块进行选型及分配,并设计生产控制柜,设计接地电缆、电源电缆及网络电缆清册:(2)软件部分主要为根据现场要求采购并配置工作站,搭建现场DCS网络平台,完成监控画面编辑、逻辑组态等工作。

2.2xPU分配及机柜设计

根据现场电缆清册、系统划分及现场要求,单元机组共设计l4对DPU、21面I/O控制柜、1面继电器柜、1面电源柜及1面网络柜。其中锅炉系统共设计4对DPU、7面I/O控制柜:汽机系统共设计7对DPU、10面I/O控制柜,其中1对DPU专门用于APS:电气系统共设计3对DPU、4面I/O控制柜、1面继电器柜。单元机柜均布置在单元电子间。

公用系统共设计9对DPU、l5面I/O控制柜、1面继电器柜、2面电源柜及2面网络柜。其中公用电气系统共设计2对DPU、2面I/O控制柜、1面继电器柜:热网系统、压缩空气、调压站及制冷站共设计2对DPU、4面I/O控制柜,其中调压站大部分测点通过第三方通信接入DCS系统:化水系统共设计2对DPU、4面I/O控制柜:工业废水及生活污水共设计1对DPU、3面I/O控制柜,生活废水通过I/O总线扩展模块BEM连接至工业废水系统:尿素区共设计1对DPU、1面I/O控制柜:循环水加药共设计1对DPU、1面I/O控制柜。公用电气系统及公用热控系统控制柜均布置在单元电子间,化学水、工业废水、生活污水、循环水加药及尿素区系统控制柜分布在各个分系统就地电子间。

2.3I/O模件选型及分配

现场控制信号类型可分为模拟量输入模块AI、模拟量输出模块A0、热电偶输入模块TC、热电阻输入模块RTD、开关量输入模块DI、开关量输出模块DO、脉冲输入模块PI、事件顺序记录信号SOE以及I/O总线扩展模块BEM。石家庄DCS侧设计测点如表l所示,单元系统的模件数量统计如表2所示。单元系统测点总数为4280,公用系统测点总数为3047,考虑到系统的安全性、可靠性及经济性,在模件设计时,模拟量在现有测点的基础上增加25%的冗余度,开关量在现有测点的基础上增加20%的冗余度。

2.4工作站配置

每套单元机组共配置7台工作站及3台打印机,在集控室设置3台操作员站及2台打印机,在工程师站间设置1台工程师站、1台高性能历史站、1台与SIS通信的0pC站、1台LINK站以及1台打印机,LINK站用于与大屏LED及电气PLC进行通信。

公用系统共配置8台工作站及2台打印机,在集控室设置2台操作员站及1台打印机,在工程师站间设置1台工程师站、1台高性能历史站、1台具有LINK站功能的0pC站以及1台打印机,在化学水、工业废水以及尿素区各设置1台操作员站,公用系统0pC站除与SIS通信外,还与电气PLC、调压站及增压机进行485通信。

2.5系统网络架构设计

MaxNet通信网络将每台机组的分散控制单元(DpU)、MaxLINKs接口机、工程师站、历史站、操作员站、大屏幕系统及公用系统的分散控制单元(DpU)、MaxLINKs接口机、工程师站连接在一起,并通过应用服务器与电厂SIS网络连接,2台机组网络之间通过公用系统的一对交换机进行连接。每台机组通过4对总线扩展模件(BEM)将空压机远程、燃油泵房远程、炉顶远程、发电机远程连接到相应的远程控制单元(RpU)中。系统的整个网络在硬件底层是连通的,在应用层面上采用特有的域机制,将其划分为3个不同的域,1单元可以同时订阅自身域以及公用域的数据,2单元可以同时订阅自身域以及公用域的数据,公用域可以同时订阅自身域以及2个单元域的数据。网络架构如图1所示。

3结论

maxDNA大型分散控制系统在华电石家庄2×9F双轴燃气-蒸汽联合循环机组中得到了成功应用,自机组投运以来,maxDNA控制系统运行安全可靠,各项功能完备,各项性能指标突出,获得了用户的一致认可。