和利时MACS系统在黔北火电厂新建工程中的应用

1、引言和利时公司作为国内在 DCS 控制领域的领军企业，在 300MW 以上的单元火电机组控制领域实现突破，先后承接了黔北、鸭溪、黔西、鹤壁电厂等多个300MW 机组以及陕西国华锦界 4X600MW 煤电工程DCS 控制系统项目， 为电力企业实现规模经济效益、 降低运营成本、 提高火电工程技术的自动化水平作出 贡献。贵州黔北电厂 300MW 新建机组是西部大开发 西电东输的重要项目之一。和利时派出了具有丰富现场实施经验的工程团队和专家组，用专业化的解决方案，先进、可靠、经济的系统和产品，放心、满 意的服务，保证了两台机组顺利投运，并实现了国内 300MW 机组试运期最短记录。项目概述黔北电厂（4

2、 300MW）新建工程#3、#4机组汽轮机、锅炉、发电机分别由东方汽轮机厂、东方锅炉厂、东方电机厂制造，热控系统采用和利时公司 HOLLiAS MACS 大型集散控制系统。黔北电厂 #3、 #4机组锅炉是由东方锅炉（集团）股份有限公司根据美国 Forter Wheeler 型 300MW机组“W火焰锅炉生产，型号：DG1025/18.2-HI5。锅炉型式：亚临界、中间一次再热自然循环、双拱型单炉膛，倒“ I型布置，燃烧器布置于拱上、烟气挡板调温、“W型火焰固态排渣。汽轮机：东方汽轮机厂型号： N300-16.7/537/537 型式：亚临界、单轴、双缸双排汽、再热凝汽式汽轮机，抽汽级数： 8

3、级（ 3 高加+1 除氧器 +4 低加）。项目规模系统配置黔北电厂（4X300MW ） #3、#4机工程DCS系统采用和利时公司的第四代DCS系统HOLLiAS MACS系统。工程共分为 3 个域，其中 #3 机组为 1#域， #4 机组为 2#域， #3、 #4 机公用系统和循环水泵房远程 I/O 为0#域。工程操作界面考虑 #3、 #4分开， #3机操作 1#域， #4机操作 2#域，公用系统 0#域可以在#3级 操作也可以在 #4 机操作。黔北#3、#4机组及公用DCS系统共提供现场控制机柜 28台，端子柜28台，服务器柜6个，配电 柜2个，继电器柜3个，接地柜1个，操作台10个，打印台

4、4个。HMI设备：操作员站10台；历史站2 台；系统服务器6台；工程师站2台；72”大屏幕站2套；通信站8台；SIS网关机2台；24 口网络交换 机16台；GPS设备1套。控制规模每个单元机组配置13对冗余控制器，采用 Profibus-DP总线挂接525个I/O模块及中断设备。接受DCS系统控制的设备数量为：电动机88台，各类阀门、加热器等设备441 个,调节设备165个，断路器、快切装置等电气设备 67个，并可通过通信控制 88个吹灰器和7个电动门。公用系统配置2对冗余控制器带46个I/O模块，分别用于监控两台机组的电气公用部分和机、炉公用部分；DCS总计控制设备为1754台。其中3#机组

5、及公用系统的物理点数和配置点数如下表:类型配置点数实际点数冗余率420mA（对外供电型）46437519.18%AI420mA/010mA47242210.59%Pt100/Cu5032827815.24%热偶23218221.55%AO420mA24820915.73%PITTL16943.75%DI干接点3008267211.17%220VAC1612140113.09%SOE24018213.09%合计6620573024.17%整个工程（#3、#4、公用系统）实际的物理点数为：11016点，总配置点数为12664点。第三方设备的双向冗余通信、远程采集点及单向通信点数总计为：1300点。

6、控制组态产生的变量约 8500点，显示、报警、趋势标签总计：27000点。分站原则测点按功能分站如下表:站号实现功能说明10FSSS公用逻辑、A油组、A煤组11FSSSB/C/D油组12FSSSB/C/D煤组13MCS协调、燃烧14MCS送、引风，给水，过热器减温15MCS+DAS再热器减温，汽机单回路，锅炉部分DAS16MCS+TBC二次风门，旁路，小汽机单回路 SCS17SCS/B锅炉SCS18SCS/B锅炉SCS19SCS/T汽机SCS20SCS/T汽机SCS21DAS汽机DAS22SCS/GA电气 SCS，SOE23SCS/GA公用系统电气SCS、DAS24SCS循环泵房SCS其中综合

7、考虑测点分配均匀，各控制站负荷率 10%的备用率；*系统间的重要信号，如：MFT、连锁保护等，采用硬接线不同站、模件多路输岀；* DCS系统与其他系统（如：DEH ）的模拟信号采用有源型隔离器进行隔离。系统设计采用Client/Server体系结构，控制管理网络采用两层结构，星型连接，控制网络双冗余配置。控制 网络和管理网络的分离有利于将交换机设备故障风险分散，同时大大减少了数据处理量和网络上的拥塞。远程控制站（循环水泵房）采用 100M以太光纤连入系统，网络实际结构如图:采用HOLLiAS MACS系统作为监控软件平台，其中： ConMaker部分完成算法的组态与下装，而PlantView完

8、成人机监控和与控制器的通信。每个ConMaker工程用于单个I/O控制站的控制方案，共有28个ConMaker工程对应28个I/O控制站。PlantView工程用于建立通信连接及人机交互界面，按照功能的不同，系统包括12个子工程，分别是：* QBDB1 : #3机组数据库工程，用于#3机组监控数据接入；* QBDB2 :公用系统数据库工程，用于公用系统监控数据接入；* QBDB4 : #4机组数据库工程，用于#4机组监控数据接入；* QBDB3 :趋势、报警服务器工程，用于整个DCS系统的趋势记录、报警检测、时间服务等；* QBDC4 : #4机组操作员站图形工程，用于操作员对 #4机组及公用

9、系统进行监控；* QBDC : #3机组操作员站图形工程，用于操作员对#3机组及公用系统进行监控；* COMM1 : #3机组#1通信站工程，用于吹灰、炉管泄漏、CEMS、空调系统通讯接入；* COMM2 : #3机组#2通信站工程，用于 DEH、厂用电、发变组系统通讯接入；* COMM3 : #3机组#3通信站工程，用于IDAS、发电机励磁系统通讯接入；* COMM41 : #4机组#1通信站工程，用于吹灰、炉管泄漏、CEMS、空调系统通讯接入；* COMM42 : #4机组#2通信站工程，用于 DEH、厂用电、发变组系统通讯接入;* COMM43 : #4机组#3通信站工程，用于IDAS、

10、发电机励磁系统通讯接入服务配置本工程的PlantView完成五种服务、一种客户请求，即：* I/O服务：负责收集数据并根据请求发送；*趋势服务：负责历史数据的采集与存储；*报警服务：负责处理数据异常报告；*报表服务：负责完成数据的纪录与报告生成；*时间服务：负责系统的校对，保持数据的同一性。客户请求：人机界面接口，负责数据、报警、趋势等显示，提供给操作人员直观的操作界面。这五种服务通过计算机设置功能分散配置，参照网络结构图，设置服务功能为：I/O服务报警服务趋势服务时间服图形服务主从主从主从SERVER1SERVER2VSERVER3VSERVER4VSERVER5VVVV ISERVER6V

11、VVSERVER7卜SERVER8V各操作站VDCS系统对时设计#3、#4机组统一对时，其中：控制器、服务器和客户端采用网络对时，每60分钟以广播方式发布时钟服务器基准时间，时钟服务器时间由 GPS校准；SOE模件(FM161E_SOE_A01 )第16路接受FM197集线器每间隔60秒发一次的脉冲对时信号，保证秒和毫秒精度。校时流程* GPS天线收到时间信号;*从串口上发到FM197校时集线器中;FM197 校时集线器发到系统时间服务器中； 时间服务器定时或在本机时间改变时在网内广播校时包； 设置同时间服务器同步的客户机收到校时包后改变本机系统时间； 客户机开始运行系统时向时间服务器请求校时

12、。校时特点 控制系统校时收发以网络传递为主；* SOE关键快速时钟校对以硬接线发秒脉冲为主，保证站间SOE时钟误差 1ms,; 采用校时集线器接受 GPS 时钟信号，给 DCS 时钟服务器、 SIS 系统及其他设备同时进行校时；* 网络校时时钟服务器唯一设置。实现的控制功能和利时 HOLLiAS MACS 系统实现数据采集处理（ DAS ）、事件顺序记录（ SOE ）、历史数据存储和 检索（HSR ）、辅机顺序控制（SCS ）、模拟量控制（MCS ）、电气控制（ECS ）、锅炉炉膛安全监控（FSSS） 及机炉协调控制（ CCS） 、自动发电控制（ AGC ）等控制功能。该系统以其良好的开放性、

13、 扩展性顺利实现了与其他 7 个系统的通讯任务， 分别为 DEH/MEN 监控系统、 炉管泄漏报警装置、锅炉吹灰控制系统、发电机励磁装置、厂用电监控系统、温度数据采集前端（IDAS）及厂级监控系统（SIS）等。并与大屏幕 EOS主机配合，实现了两个大屏幕独立于操作员之外即可双屏分 别显示又可合为一屏显示的功能。SCS 功能主要完成机组辅机、加热器及各种阀门的操作、联锁、保护及程控等控制功能。FSSS 功能主要包括锅炉自动吹扫逻辑、 油检漏试验程控逻辑、 MFT 动作及首出逻辑、 OFT 动作及首 出逻辑、冷却风系统的保护联锁 24 个油角的点火程控启、停等等，各功能均有专用的操作、指示面板。E

14、CS 功能除了完成对 60 个断路器的控制外，还对厂用电切换装置、机组励磁装置及同期装置等电气 设备进行操作控制。MCS功能主要完成对165个调节设备的控制和 50多套自动调节回路。其中主汽温度采用 3级PID 控制，为使阀门开度与流量线性化特增加了一级流量控制PID ;送风风量设定单独采用了一个 PID，通过参数设置实现风煤交叉功能；给水设计为全程控制，低负荷(v 14%ECR )时用给水旁路阀调节汽包水位同时给水泵调节给水压力，负荷1420%ECR时采用给水泵进行单冲量控制，高负荷(20%ECR )时采用给水泵进行三冲量控制。对于自动调节功能系统不仅给运行人员提供了清晰明了的操作界面，也为

15、热工维护人员绘制了类似 SAMA图式的调试界面，见下图(给水全程控制调试画面)：后记在项目相关各方单位的共同努力下，黔北电厂4X300MW工程#3机组的分部试运和整套启动工作紧张有序，机组整个试运过程仅用时不到4个月。自于2004年2月13日进入整套启动试运行，2月23日16 : 00达到满负荷试运条件并进入168小时试运行，至3月1日16 : 00圆满完成168小时试运，历时仅17天。在168小时试运行期间，机组连续带满负荷运行时间为136小时，机组连续平均负荷为 300.3MW，平均负荷率为100.1%，平均厂用电率5.28%，热控自动投入率 95%，热工保护投入率100%，热控、电 气仪表投入率为100%，电气自动投入率100%，汽机各轴振、瓦振均达到优良标准，汽机真空严密性试 验优良(48Pa/min )，发电机漏氢量 7.08Nm3/d，补水率10.6%，汽水品质各项指标合格。#4机组于2004年9月19日进入整套启动试运行，9月22日14 : 00点达到满负荷试运条件，9月 29日14 : 00点圆满完成168小时满负荷试运，历时 10天。在168小时试运行期间，