摘要：本文主要闡述了國產(chǎn)DCS系統首次在臺電二期1000MW的應用，簡(jiǎn)單介紹了系統結構組成、控制系統功能與應用特點(diǎn)，對國產(chǎn)DCS的應用提出建議。

    關(guān)鍵詞：和利時(shí)；MACS；1000MW；大集控

    1 引言

    近幾年隨著(zhù)國家自動(dòng)化工業(yè)控制系統應用技術(shù)的迅速發(fā)展，國產(chǎn)DCS的技術(shù)水平在某些功能和技術(shù)指標上已超過(guò)國際先進(jìn)水平。通過(guò)工程積累，控制策略也已經(jīng)達到或接近了國際先進(jìn)水平。為更好推廣高科技國產(chǎn)化設備，臺山電廠(chǎng)在經(jīng)過(guò)多方調研考證后，最終決定選用杭州和利時(shí)自動(dòng)化有限公司生產(chǎn)的MACS V6系統做為二期擴建工程首臺1000MW機組的DCS控制系統。

    2 概述

    2.1 工程概況

    廣東臺山發(fā)電廠(chǎng)工程分兩期建設，一期工程5×600MW亞臨界機組，五臺機組分別于2003年12月9日、2004年4月9日、 2006年01月21日、27日、2006年11月28日全部建成投產(chǎn)；二期工程建設4×1000MW超超臨界機組，并預留2臺1000MW超超臨界機組場(chǎng)地，最終容量可達9000MW。

    本文所述對象為二期擴建工程的6、7號機，即2×1000MW國產(chǎn)超超臨界燃煤機組。

    2.2 MACS V6介紹

    MACS V6控制系統是HOLLIAS MACS系統的最新一代版本，由以太網(wǎng)和基于現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)的控制網(wǎng)絡(luò )連接的各工程師站、操作員站、現場(chǎng)控制站(包括主控單元設備和I/O單元設備)、通訊控制站、數據服務(wù)器組成。主要完成數據采集、運算與處理，邏輯組態(tài)與下裝，畫(huà)面監視與控制等多項功能。

   系統硬件由工程師站、操作站、現場(chǎng)控制站（包括主控單元設備和I/O單元設備）、通訊控制站、打印服務(wù)站、系統服務(wù)器、系統網(wǎng)絡(luò )、控制網(wǎng)絡(luò )等組成。系統軟件包括：工程師站組態(tài)軟件、操作員站在線(xiàn)軟件、現場(chǎng)控制器運行軟件、服務(wù)器軟件等。MACS V6系統除可以完成傳統的數據采集、處理，進(jìn)行設備狀態(tài)顯示、記錄、報警、歷史數據存儲與檢索、事故追憶、性能計算、操作指導等功能外，還增加了具有和利時(shí)特色的畫(huà)面回放功能，該功能可以有效記錄整個(gè)過(guò)程中設備運行狀態(tài)與操作記錄和參數的變化情況，對事故分析的正確性和及時(shí)性帶來(lái)了很大幫助。

    2.3 系統結構

    本工程DCS系統采用Client/Server體系結構，控制管理網(wǎng)絡(luò )采用兩層結構，星型連接，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設備故障風(fēng)險分散，同時(shí)大大減少了數據處理量和網(wǎng)絡(luò )上的擁塞。遠程控制站采用1000M以太光纖連入系統，網(wǎng)絡(luò )結構。

    6號機組和公用系統共設3個(gè)域，分別為：#0域，包含機組公用和脫硫公用設備，共11個(gè)控制站；#1域，包含鍋爐、汽機、電氣系統的I/O設備及遠程控制站，共49個(gè)控制站；#3域，包含脫硫系統設備，共5個(gè)控制站。每個(gè)域均設6個(gè)服務(wù)器，分別為4 個(gè)I/O服務(wù)器和2個(gè)歷史/實(shí)時(shí)服務(wù)器。操作員站和工程師站集中布置，共設為9個(gè)操作員站和3個(gè)工程師站。

    3 控制系統實(shí)現功能及設計特點(diǎn)

   3.1 功能

    國華臺電2×1000MW發(fā)電機組DCS控制系統實(shí)現功能包括：數據采集系統（DAS）、模擬量控制系統（MCS）、鍋爐爐膛安全監控系統（FSSS）、順序控制系統（SCS）、旁路控制系統（BPC）、給水泵控制系統（MEH）、電氣控制系統（ECS）等各項控制功能，是集軟硬件于一體的能夠完成全套機組啟、停、正常運行、變工況等各項功能的控制系統。DCS公用系統分別接入兩臺單元機組的DCS網(wǎng)絡(luò )。

    3.2 設計特點(diǎn)

   3.2.1 多重冗余配置，全面提高系統穩定性、可靠性在本工程中設計了多重冗余配置結構，主要體現在：

    （1）管理網(wǎng)、控制網(wǎng)兩級網(wǎng)絡(luò )均實(shí)現雙冗余。采用兩層網(wǎng)絡(luò )均冗余的方法可以保證在任一網(wǎng)絡(luò )出現問(wèn)題的情況下，整個(gè)DCS控制系統能正常工作；

    （2）主控單元實(shí)現雙冗余，正常工作時(shí)一主一從。當主主控單元故障時(shí)自動(dòng)切換到從主控單元，兩個(gè)主控單元間程序使用ProfiBus DP總線(xiàn)保持同步；

    （3）控制系統電源及電源模塊均實(shí)現雙冗余?？刂普?、各服務(wù)器直接雙路電源接入，有任一路接通即可正常工作；工程師站、操作員站等采用兩路電源通過(guò)切換裝置后接入的方式實(shí)現有任一路接通即可正常工作；

    （4）I/O服務(wù)器實(shí)現四冗余?？梢栽贛ACS V6系統中對四臺I/O服務(wù)器分別進(jìn)行配置，使其在正常狀態(tài)下各自?xún)?yōu)先處理分配的控制站信號，當有任一臺出現故障時(shí)，均可由其它服務(wù)器接管其工作，最?lèi)毫拥那闆r下只要有一臺I/O服務(wù)器能正常工作也可完成全部的I/O處理功能；

    （5）歷史/實(shí)時(shí)服務(wù)器實(shí)現雙冗余，正常工作時(shí)一主一從。當主歷史/實(shí)時(shí)服務(wù)器故障時(shí)自動(dòng)切換到從歷史/實(shí)時(shí)服務(wù)器，兩個(gè)歷史/實(shí)時(shí)服務(wù)器間程序使用TCP/IP協(xié)議保持數據同步；

    3.2.2 分站分域管理，提高系統可用率，最大程度分散風(fēng)險本著(zhù)風(fēng)險最小化的理念，本工程在設計初期就確定了分站分域管理的方法，提高系統可用率，最大程度分散風(fēng)險。主要體現在：

    （1）將整個(gè)工程分為3個(gè)域(公用、單元機組、脫硫)，每個(gè)域相互獨立，各自使用自有的服務(wù)器、控制站、網(wǎng)絡(luò )等；

    （2）將同一系統的多個(gè)設備劃分到不同的控制站，如制粉系統，A～F給煤機、磨煤機等分別劃分在#11～16號控制站；

    （3）將重要保護、跳閘信號劃分到不同控制站內的不同卡件上，保證信號采集的準確性。

    3.3 系統特點(diǎn)

    (1) MACS V6考慮了現代電力企業(yè)的發(fā)展需求，按大型系統進(jìn)行設計創(chuàng )新，在體系結構上引入域的概念，從根本上解決了大型裝置既可實(shí)現幾個(gè)分裝置的信息聯(lián)合，又可以保持各分裝置的相對獨立運行和操作，系統支持16個(gè)域，每個(gè)域可以支持6萬(wàn)5千個(gè)物理點(diǎn)。

   (2) 過(guò)去我們區分DCS和PLC主要通過(guò)被控對象的特點(diǎn)（過(guò)程控制和邏輯控制）來(lái)進(jìn)行劃分。MACS V6系統包容了過(guò)程控制、邏輯控制和批處理控制，實(shí)現了混合控制。

    (3) 在現代化電廠(chǎng)有兩個(gè)趨勢，一個(gè)是控制范圍的不斷擴大，設備廠(chǎng)家眾多；另一個(gè)是管理和控制上的一體化需求不斷加強，為實(shí)現數字化工廠(chǎng)打下一個(gè)好的基礎。和利時(shí)公司MACS V6正是這樣一個(gè)系統平臺，它除了自身控制功能非常強大之外，其開(kāi)發(fā)性非常好，可用連接300多種不同的通訊方式的設備，從而可以把不同的設備廠(chǎng)家整合到一個(gè)統一監控平臺之上，為下一步數字化工廠(chǎng)提供了一種實(shí)現模式。

   (4) MACS V6采用了海量實(shí)時(shí)數據訪(fǎng)問(wèn)的技術(shù)：大容量DTDB ，單域 65535 點(diǎn)× 16 個(gè)域，近 105 萬(wàn)點(diǎn)自主研制的改進(jìn)型 HASH 算法，大幅度提高 RTDB 訪(fǎng)問(wèn)速度，并具備全歷史庫功能，所有的物理點(diǎn)、中間量點(diǎn)和通訊點(diǎn)，都可以以最小1秒的分別率記錄儲存（SOE是小于1毫秒），可以實(shí)現工藝畫(huà)面的回放功能，為設備故障原因的分析、查找帶來(lái)很大方便。

   (5) 國內首次提出了“確定性DCS系統”技術(shù)，并在1000MW機組的DCS系統中應用，即：實(shí)現了高可靠、高精度、快速的控制作用系統。主要包括三方面：

    機組級網(wǎng)絡(luò )的確定性通訊技術(shù)：國內首次研究、開(kāi)發(fā)完成了基于Ethernet網(wǎng)絡(luò )硬件平臺環(huán)境，具有“令牌網(wǎng)絡(luò )”規則的實(shí)時(shí)以太網(wǎng)通訊協(xié)議（DNet）技術(shù)的大型DCS，并應用于1000MW火電機組控制中。

    控制器I/O總線(xiàn)的確定性數據交換技術(shù)。

    (6) 為了更好地控制超超臨界機組，和利時(shí)原在DCS焓熵計算模塊上做了改進(jìn)

   開(kāi)發(fā)模塊采用IAPWS-IF97公式代替原有IFC-67公式模塊：IAPWS-IF97是水和蒸汽性質(zhì)國際學(xué)會(huì )1997年發(fā)布，并取代了IFC-67公式，相比IFC-67，前者公式模型的適用范圍擴大、分區更趨于簡(jiǎn)化、計算結果更具有一致性，同時(shí)計算精度速度都得到了提高。

    密度計算優(yōu)化和指數優(yōu)化：3區密度計算一般采用牛頓法和弦截法計算得到，兩種方法均為迭代法，需要大量迭代計算，并且在臨界區附近計算誤差較大。優(yōu)化后，采用26子區法代替上述兩種方法并采用系統指數代替自開(kāi)發(fā)指數。

    根據現場(chǎng)需求，修改輸出模式：功能塊作了優(yōu)化，避免水/汽焓值切換時(shí)對系統造成擾動(dòng)。

    (7) 系統既可以實(shí)現全漢化，也可以實(shí)現全英文，并提供快速一鍵切換。

    (8) 提供了虛擬DPU技術(shù)，從而使仿真和控制完全一致并同步更新，可以在仿真上實(shí)現邏輯驗證。

    ４ 對國產(chǎn)DCS在大型火電機組應用的經(jīng)驗建議

    隨著(zhù)國產(chǎn)DCS系統控制技術(shù)的不斷發(fā)展，國產(chǎn)DCS系統在國內大型火電機組的應用已經(jīng)占有了一定的份額，本文根據國華臺電2×1000MW發(fā)電機組DCS控制系統項目實(shí)施過(guò)程中的一些問(wèn)題，總結出以下幾點(diǎn)經(jīng)驗建議，供大家參考：

    (1) 為了保證DCS系統的可靠性和穩定性，在合同實(shí)施前，盡量去相同系統使用的單位進(jìn)行針對性調研，了解系統在安裝、調試和運行中出現的問(wèn)題和解決方法，借鑒兄弟電廠(chǎng)的成功經(jīng)驗，為我所用。

    (2) 為了保證邏輯的正確性，針對主機相同的單位和有相關(guān)經(jīng)驗的調試單位進(jìn)行考察，收集以往工程實(shí)施的技術(shù)方案和工程經(jīng)驗文獻，縮短調試期由于邏輯問(wèn)題影響設備安全穩定運行。

    (3) 做好設計院、調試所、監理、施工單位、廠(chǎng)家之間的協(xié)調工作；另外同時(shí)強調廠(chǎng)家及時(shí)提交設計院資料，業(yè)主負有督促作用；最后每項監督檢查工作必須到位，樹(shù)立業(yè)主服務(wù)意識，每位職工必須要有高度責任感，發(fā)揚團隊精神，遇到困難大家必須齊心協(xié)力，共同完成。

    (4) 根據進(jìn)度的需要在不同階段，召開(kāi)由業(yè)主、設計院、調試單位、主設備廠(chǎng)、DCS廠(chǎng)家等相關(guān)單位共同參加的設計聯(lián)絡(luò )會(huì )，對進(jìn)行的系統組態(tài)進(jìn)行全過(guò)程分階段總結和解決期間出現的問(wèn)題。

    (5) 根據DCS系統工作現場(chǎng)的使用環(huán)境，合理選擇適合的計算機種類(lèi)與型號，建議各計算機選用工業(yè)用的產(chǎn)品型號，避免因長(cháng)周期運行或環(huán)境因素導致出現硬件故障。

    ５ 結束語(yǔ)

    國產(chǎn)DCS在1000MW超超臨界大型燃煤機組的成功應用將會(huì )是國產(chǎn)DCS品牌全面發(fā)展歷史中具有劃時(shí)代意義的里程碑，展示了國產(chǎn)DCS在大型火電機組行業(yè)的優(yōu)勢和實(shí)力，該項目的實(shí)施對國產(chǎn)DCS控制系統進(jìn)入火電機組高端領(lǐng)域具有重大意義，對我國自主知識產(chǎn)權DCS系統在大型火電機組的推廣應用具有重要的示范意義和推動(dòng)作用。

    參考文獻：

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    男，黑龍江雞西人，本科，現就職于廣東國華粵電臺山發(fā)電有限公司，主要從事火電廠(chǎng)熱控技術(shù)管理和維護方面的研究。

    蒙磊（1984-）

    男，陜西蒲城人，本科，現就職于廣東國華粵電臺山發(fā)電有限公司，主要從事火電廠(chǎng)熱控技術(shù)管理和維護方面的研究。

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    摘自《自動(dòng)化博覽》2011年第十一期