火電廠輔助車間系統(tǒng)集中控制方案探討

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火電廠輔助車間系統(tǒng)集中控制方案探討（一） 時間:2013-06-06 11:19來源:未知 作者:彭昕，周程放 點擊: 42 次 一、概述 當今大型火電機組爐、機、電的運行和管理水平不斷提高，分散控制系統(tǒng)(DCS)和可編程控制器(PLC)在火電廠自動化控制中已得到大量應用，其極高的可 靠性、豐富的控制功能和對運行操作的簡化為減員增效提供了諸多的方便，并取得了良好的效果，這些都極大地提高了電廠的運行、管理水平。隨著電子與信息技 術、控制技術的不斷發(fā)展，以及電力生產(chǎn)競爭機制逐步形成，火電廠輔助生產(chǎn)系統(tǒng)的自動化設計正面臨著如何適應技術發(fā)展潮流，改進現(xiàn)有管理方式，進一步降低運 行費用，提高經(jīng)濟效益的問題。 許多新建工程，尤其是2000年以后新建的電廠，提高全廠運行、管理水平、減員增效的思想貫穿著整個設計過程。火力發(fā)電廠熱工自動化的設計重點已經(jīng)不僅局 限于主廠房，人們也越來越重視提高輔助車間(系統(tǒng))的自動化水平，合理地按工藝系統(tǒng)或地理位置設計控制系統(tǒng)或控制點，實現(xiàn)全廠CRT監(jiān)控，提高系統(tǒng)運行的 安全性和經(jīng)濟性，極大地增強電廠的市場競爭力，這些成為了電廠自動化設計的發(fā)展方向。此外，提高輔助系統(tǒng)的自動化水平，在輔助車間采用DCS或PLC控 制，也為實現(xiàn)全廠監(jiān)控和管理信息系統(tǒng)網(wǎng)絡化提供了條件。 二、輔助車間系統(tǒng)控制的現(xiàn)狀和前景 目前許多大型火電廠根據(jù)各自的情況，不同程度的考慮并采取了提高輔助車間控制水平的措施，如:除灰、補給水處理、凝結水精處理、廢水、輸煤等較復雜或操作 設備較多的輔助系統(tǒng)均采用PLC+CRT站的監(jiān)控方式。循環(huán)水泵房設備的控制由主機DCS完成;汽水分析采用計算機(數(shù)據(jù)采集系統(tǒng))代替原來的常規(guī)二次儀 表等等。但各控制系統(tǒng)的監(jiān)控大多相互獨立，無法充分發(fā)揮計算機控制的優(yōu)勢，沒有充分考慮到資源的共享;控制系統(tǒng)設備型式多樣性，生產(chǎn)維護不夠方便。同時， 輔助車間的控制方式采用車間集中控制方式，這也存在著許多缺點:各輔助車間都設有控制室，每個車間都需要固定的數(shù)名運行值班員，不僅運行管理不能集中，而 且造成暖通等附屬設施設置繁多，也需要增加相應的建筑設施，從而造成人力、物力資源的浪費。 發(fā)達國家火力發(fā)電廠控制目前已基本達到全廠管控一體化的階段，如德國尼德豪森電廠、德國黑泵電廠、日本磯子電廠等均采用機爐電及輔助系統(tǒng)集中監(jiān)控方式，兩 臺機組和輔助系統(tǒng)合用一個控制室。進入21世紀以來，隨著國內(nèi)電力體制改革，實行"廠網(wǎng)分開、竟價上網(wǎng)"已成為發(fā)展趨勢，我國工業(yè)系統(tǒng)也正從盲目的大而全 逐步間內(nèi)部挖潛，提高經(jīng)濟效益的方同發(fā)展。趨勢表明，我國電力企業(yè)主要會從兩個方面著手，一是提高工藝設備本身的經(jīng)濟性及可靠性，二是實現(xiàn)減員增效。當 前，電力系統(tǒng)開展了設備達標、創(chuàng)一流活動，設備的經(jīng)濟性和可靠性有明顯提高，與國外電站主要的差距逐漸從設備水平上轉(zhuǎn)向龐大的員工隊伍，因而減員增效成為 各電廠的奮斗目標。 近年來，國內(nèi)大型機組(60OMW——1O00MW)火電廠的對輔助車間的控制和管理提出了新的要求。若仍按照以前的做法，則是較為分散的控制室，這樣不易于管理，控制室運行人員工作量偏少，總體人員數(shù)偏多;各個控制系統(tǒng)大都采用不同的硬件和軟件，給備品備件管理、人員培訓及維護等造成了一定的難度，客觀 上對電廠管理工作造成了壓力。針對大型火電廠輔助車間控制點多的特點，要實現(xiàn)減員增效，只有采用集中控制方式，并在控制策略上精心研究，不斷采用新技術， 使復雜工藝簡單化，這樣才能提高自動化程度，逐步減少運行人員，降低投資及運行成本。鑒于2000年示范電廠模式設計的要求以及在新版火力發(fā)電廠設計技術 規(guī)程中明確提出:"火電廠相鄰的輔助生產(chǎn)車間或性質(zhì)相近的輔助工藝系統(tǒng)宜合并控制系統(tǒng)及控制點，輔助車間控制點不宜超過三個(輸煤、除灰、化水)，其余車 間均按無人值班設計"。因此，實現(xiàn)全廠輔助車間集中控制，甚至全廠集中控制也是順應時代的發(fā)展。 從技術角度看，隨著計算機控制技術、計算機網(wǎng)絡技術、計算機軟件技術和大屏幕技術的迅速發(fā)展，特別是以工業(yè)以太網(wǎng)為代表的網(wǎng)絡技術已經(jīng)在工業(yè)控制的應用中 取得了良好的效果，為當前輔助系統(tǒng)采用集中控制方案創(chuàng)造了充分條件。隨著自動化裝置和控制系統(tǒng)的發(fā)展大趨勢，近年來，熱工自動化技術也得到了迅速發(fā)展，一 些老廠已經(jīng)著手進行水、灰、煤集中控制的改造;新建電廠從早期設計階段就已經(jīng)開始考慮輔助車間集中控制方案并逐步予以實施。為了適應時代的發(fā)展，實現(xiàn)輔助 車間集中控制，已經(jīng)成為火力發(fā)電廠輔助系統(tǒng)控制的方向。 三、各輔助車間系統(tǒng)分析 3.1 大型火電廠輔助車間的控制系統(tǒng)主要包括 循環(huán)水泵房控制:循環(huán)水泵房包括循環(huán)水泵、旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)和沖洗水泵等，有少量工藝設備和過程測點。其I/0點不多，控制要求高，與機組運行管理有關系。 脫硫單元機組控制:脫硫單元機組控制包括煙道系統(tǒng)、煙氣吸收系統(tǒng)、吸收塔系統(tǒng)和漿液疏排系統(tǒng)等，有較多的工藝設備和過程測點。其I/0點多，控制要求高，與脫硫公用部分有聯(lián)系，與機組運行管理有一定關系。 脫硫公用部分控制:脫硫公用部分包括石灰石的輸送和制漿系統(tǒng)，有較多的工藝設備和過程測點。其I/0點多，控制要求高，與脫硫單元機組部分有聯(lián)系，與機組運行管理有一定關系。 空壓站控制:空壓站為主廠房設備提供可靠的儀用和檢修氣源，包括空壓機及其干燥器、儲氣罐及閥門等。其工藝系統(tǒng)簡單，I/O點較少，與機組運行管理關系較為密切。 燃油泵房控制:燃油泵房設備遠離廠房，是一個獨立的生產(chǎn)車間。其I/0點較少，與機組的控制關系較為密切，可靠性要求也較高。 凝結水精處理系統(tǒng)控制:凝結水精處理系統(tǒng)大多由高速混床、再循環(huán)泵和公用再生系統(tǒng)的陽、陰樹脂分離再生罐、樹脂存儲罐、混脂罐及酸堿設備、沖洗水泵等組 成。系統(tǒng)中的設備大都是周期性工作的，需要定期對他們進行還原或再生。其I/0點較多，控制水平要求較高，與機組運行管理無密切聯(lián)系。 全廠性公用水系統(tǒng)控制(包括鍋爐補給水、工業(yè)廢水、綜合水泵房、循環(huán)水加氯間等): 鍋爐補給水系統(tǒng)(反滲透)包括超濾預處理系統(tǒng)、一級反滲透系統(tǒng)、二級反滲透系統(tǒng)、電除鹽系統(tǒng)、除鹽水儲存系統(tǒng)等。其I/0點多，控制要求高，與機組的控制有少量聯(lián)系。 廢水系統(tǒng)一般包括廢水貯存池、輸送泵、加藥設備、計量設備、風機等。廢水系統(tǒng)工藝系統(tǒng)簡單，I/0點較少，與機組的控制無密切聯(lián)系。 綜合水泵房包括工業(yè)水泵、消防水泵、生活水泵等。其I/0點不多，控制要求不高，除工業(yè)水泵與機組運行有聯(lián)系外，其余水泵與機組控制無密切聯(lián)系。 循環(huán)水加氯系統(tǒng)I/0點不多，控制要求不高，與機組的控制無密切聯(lián)系。 制氫站控制:制氫站I/0點不多，控制要求不高，一般控制系統(tǒng)隨主設備一起成套配供，與機組的控制無密切聯(lián)系。 除灰渣控制:除灰系統(tǒng)包括除灰空壓機系統(tǒng);電除塵器下的灰斗，倉泵，輸送風機，流化風機及加熱器，灰?guī)旒捌涓綄僭O備，輸送管道，氣動閥門等。其工藝系統(tǒng)復雜，I/0點多，控制水平要求高，與機組運行管理關系較為密切，也有相對獨立性。 除渣系統(tǒng)包括爐底渣設備，公用水設備(如濃縮機、沖洗水泵)等。其工藝簡單，I/0點不多，控制水平要求高，與機組運行管理關系較為密切，也有相對獨立性。 輸煤控制:該系統(tǒng)控制、檢測主要對象為:皮帶機、斗輪堆取料機、碎煤機、除鐵器，滾軸篩、取樣裝置、犁煤器、電子皮帶稱以及皮帶機的保護等。輸煤系統(tǒng)與其 它輔助系統(tǒng)相比，設備分散，分布面廣。其工藝復雜，I/O點多，控制水平要求高，與單元機組運行管理無密切聯(lián)系。 3.2 輔助車間系統(tǒng)集中控制典型方案介紹 通過上述對大型人電廠輔助車間和附屬生產(chǎn)系統(tǒng)的分析，遵循輔助車間控制的發(fā)展方向，同時根據(jù)不同的輔助系統(tǒng)的工藝特點、相互關系、地理位置以及電廠的管理等情況進行分析，我們提出三個典型的輔助車間集中控制方案。 3.2.1 輔助車間系統(tǒng)集中控制方案一 本方案的網(wǎng)絡概貌圖如下： 該方案具有以下特點:全廠輔助車間的控制系統(tǒng)(包括脫硫控制系統(tǒng))組成一個完整的輔助系統(tǒng)集中控制網(wǎng)絡，使全廠自動化控制系統(tǒng)的結構清晰、功能明確。根據(jù) 輔助系統(tǒng)的地理位置不同，在灰、渣、輸煤、脫硫區(qū)域設置一對冗余分支交換機，在燃油、水系統(tǒng)區(qū)域設置一對冗余分支交換機，各輔助車間系統(tǒng)就近接入輔助系統(tǒng) 集中控制網(wǎng)絡，使輔網(wǎng)的網(wǎng)絡連接更為簡潔，既能減小網(wǎng)絡的敷設施工量也可以使光纜的長度減少。 運行人員可在集中控制室內(nèi)的輔助系統(tǒng)集中控制網(wǎng)絡操作員站上對各系統(tǒng)進行集中監(jiān)控。由于輔助車間設備分散，分布面廣，為了系統(tǒng)調(diào)試和啟動初期方便，在就地預留了各輔助系統(tǒng)的工程師站接口。在網(wǎng)絡故障和初期調(diào)試時，可使用便攜式工程師站在就地調(diào)試、操作。 整個輔助控制系統(tǒng)具休設置如下: 輔助系統(tǒng)集中控制網(wǎng)絡采用冗余以太網(wǎng)，設置兩臺互為冗余的實時數(shù)據(jù)庫服務器，設一臺輔網(wǎng)工程師站，在集中控制室中設置5臺操作員站。 循環(huán)水泵房控制:循環(huán)水泵房現(xiàn)場無人值班，其監(jiān)控功能由單元機組的DCS控制系統(tǒng)實現(xiàn)監(jiān)測、聯(lián)鎖和遙控啟停功能。 脫硫系統(tǒng)控制:脫硫系統(tǒng)控制采用冗余PLC控制，納入輔助系統(tǒng)集中控制網(wǎng)絡。控制機柜設置在脫硫綜合樓，就地不設控制室。 空壓站控制:空壓站現(xiàn)場無人值班，空壓機及無熱再生干燥裝置均自帶程控，壓縮空氣系統(tǒng)在此基礎上，分別由兩臺機組的公用DCS控制系統(tǒng)實現(xiàn)監(jiān)測、聯(lián)鎖和遙控啟停功能。 燃油泵房控制:納入輔助系統(tǒng)集中控制網(wǎng)絡，采用冗余PLC系統(tǒng)實現(xiàn)對油泵房系統(tǒng)的控制?？刂茩C柜設置在燃油泵房內(nèi)，就地不設控制室，無人值守。雖然以往大 多工程采用遠程I/0將其納入#1、2機組DCS公用網(wǎng)絡并且僅在機組操作員站上監(jiān)控，但在#1、2機組全部停修時將無法監(jiān)控，將對以后擴建的機組運行產(chǎn) 生影響，因而采用獨立的PLC系統(tǒng)并設在全廠性的輔助網(wǎng)絡上更合理。 凝結水精處理系統(tǒng)控制:納入輔助系統(tǒng)集中控制網(wǎng)絡，采用冗余PLC系統(tǒng)實現(xiàn)對凝結水精處理系統(tǒng)的控制?？刂茩C柜設置在主廠房內(nèi)公用電子設備間，就地不設控制室，無人值守。取樣加藥系統(tǒng)作為凝結水精處理控制系統(tǒng)的遠程I/0。 全廠性公用水系統(tǒng)控制:鍋爐補給水系統(tǒng)、工業(yè)廢水處理系統(tǒng)、綜合水泵房均納入輔助系統(tǒng)集中控制網(wǎng)絡，采用PLC控制。控制機柜設置在各自車間，就地不設控制室，無人值守;在全廠性公用水系統(tǒng)內(nèi)的子系統(tǒng)還可適當采用遠程I/0，共用PLC。 制氫站控制:納入輔助系統(tǒng)集中控制網(wǎng)絡，采用PLC控制。就地不設控制室，無人值守。 除灰渣系統(tǒng)控制:納入輔助系統(tǒng)集中控制網(wǎng)絡，采用冗余PLC系統(tǒng)實現(xiàn)對氣力除灰系統(tǒng)、除渣系統(tǒng)等的控制?？刂茩C柜設置在除灰設備間，就地不設控制室。 輸煤系統(tǒng)控制:納入輔助系統(tǒng)集中控制網(wǎng)絡，采用冗余PLC系統(tǒng)實現(xiàn)對輸煤系統(tǒng)的控制?？刂茩C柜設置在輸煤配電間，就地不設控制室。 3.2.2 輔助車間系統(tǒng)集中控制方案二 本方案的網(wǎng)絡概貌如下: 該方案具有以下特點:全廠公用性輔助車間的控制系統(tǒng)組成一個完整的輔助系統(tǒng)集中控制網(wǎng)絡;使全廠自動化控制系統(tǒng)的結構清晰、功能明確。根據(jù)輔助系統(tǒng)的地理 位置不同，在灰、渣、輸煤、脫硫區(qū)域和燃油、水系統(tǒng)區(qū)域分別設置一對冗余分支交換機，各輔助車間系統(tǒng)就近接入輔助系統(tǒng)集中控制網(wǎng)絡，使輔網(wǎng)的網(wǎng)絡連接更為 簡潔，既能減小網(wǎng)絡的敷設施工量也可以使光纜的長度減少。 運行人員可在集中控制室內(nèi)的輔助系統(tǒng)集中控制網(wǎng)絡操作員站上對各系統(tǒng)進行集中監(jiān)控。由于輔助車間設備分散，分布面廣，為了系統(tǒng)調(diào)試和啟動初期方便，在就地預留了各輔助系統(tǒng)的工程師站接口。在網(wǎng)絡故障和初期調(diào)試時，可使用便攜式工程師站在就地調(diào)試、操作。 整個輔助控制系統(tǒng)具體設置如下: 輔助系統(tǒng)集中控制網(wǎng)絡采用冗余以太網(wǎng)，設置兩臺互為冗余的實時數(shù)據(jù)庫服務器，設一臺輔網(wǎng)工程師站，在集中控制室中設置4臺操作員站。 循環(huán)水泵房控制:同方案一。 脫硫系統(tǒng)控制:這里需要特別說明的是，脫硫系統(tǒng)作為一個新型環(huán)保技術，近幾年來才在火電廠的建設中大量應用。在常規(guī)的電廠設計中，脫硫系統(tǒng)的設計時間上相 對比較滯后，并且總是作為一個獨立的系統(tǒng)與全廠其它系統(tǒng)相隔離，工藝系統(tǒng)和控制采用捆綁式整島招標，整個脫硫系統(tǒng)控制在脫硫島內(nèi)采用單獨的DCS控制，設 有獨立的控制點，并且大多與除灰渣、電除塵等合并控制室。隨著我國對環(huán)境保護的要求越來越高，脫硫系統(tǒng)已經(jīng)作為火電廠必備的設備，在新建電廠中其設計和建 設與全廠同步。同時由于近幾年脫硫系統(tǒng)的使用，火電廠對脫硫系統(tǒng)的熟悉和掌握也已經(jīng)越來越深入，再將脫硫系統(tǒng)作為一套獨立系統(tǒng)考慮就顯得不盡合理。我院 2001年設計的深圳西部電廠在設計期間就規(guī)劃將后期投入的脫硫系統(tǒng)納入機組DCS系統(tǒng)，脫硫控制成為DCS系統(tǒng)的遠程控制站，由單元機組的操作人員監(jiān) 控，現(xiàn)已順利投運。該電廠采用的是海水脫硫系統(tǒng)，將其控制納入機組DCS是完全合理的。而內(nèi)陸大部分火電廠均采用濕法脫硫系統(tǒng)，工藝系統(tǒng)比較復雜。但經(jīng)調(diào) 研，實際投運的濕法脫硫系統(tǒng)，其運行值班人員的工作量也主要集中在海水脫硫系統(tǒng)所沒有的脫硫公用部分。從運行管理角度講脫硫系統(tǒng)公用部分與除灰渣系統(tǒng)性質(zhì) 相似(即物料輸送和處理功能)，因此脫硫公用部分與除灰渣系統(tǒng)一起納入輔助系統(tǒng)集中控制網(wǎng)絡有利于系統(tǒng)運行管理;而脫硫單元系統(tǒng)納入機組DCS控制，基本 不增加機組運行人員的勞動強度，也有利于當前實現(xiàn)機組全能值班員管理模式。所以在本方案中，將脫硫系統(tǒng)分解為單元機組部分和公用部分，其單元機組部分(煙 氣系統(tǒng)、S02吸收系統(tǒng)、氧化空氣系統(tǒng))作為與機組運行密切相關的系統(tǒng)由機組DCS控制，其公用部分(石灰石漿液制備系統(tǒng);漿液排放與回收系統(tǒng)、石膏脫水 及輸送系統(tǒng)、工藝水系統(tǒng)等)由輔網(wǎng)PLC控制。 控制機柜設置在脫硫綜合樓，就地不設控制室。 空壓站控制:同方案一。 燃油泵房控制:同方案一。 凝結水精處理系統(tǒng)控制:同方案一。 全廠性公用水系統(tǒng)控制:同方案一。 制氫站控制:同方案一。 除灰渣系統(tǒng)控制:同方案一。 輸煤系統(tǒng)控制:同方案一。 3.2.3 輔助車間系統(tǒng)集中控制方案三 本方案的網(wǎng)絡概貌如下: 該方案具有以下特點:依照現(xiàn)在較普遍采用的脫硫系統(tǒng)建設管理方式，脫硫系統(tǒng)采用獨立的DCS系統(tǒng);由于輸煤系統(tǒng)控制不論地理位置還是功能要求，均相對獨立 于其它系統(tǒng)，因此可單獨組網(wǎng)，同時兼顧到輸煤系統(tǒng)由于分布面廣，正常運行需要現(xiàn)場干預較多，故將輸煤系統(tǒng)的兩臺操作員站設置在獨立的輸煤控制室內(nèi)，輸煤控 制系統(tǒng)可通過專設的分支交換機接入輔助系統(tǒng)集中控制網(wǎng)絡，操作人員也可在控制室通過輔助系統(tǒng)集中控制網(wǎng)絡對其進行監(jiān)控。除輸煤系統(tǒng)外其它輔助車間控制系統(tǒng) 組成一個輔助系統(tǒng)集中控制網(wǎng)絡。根據(jù)輔助系統(tǒng)的地理位置不同，在灰、渣區(qū)域和燃油、水系統(tǒng)區(qū)域分別設置一對冗余分支交換機，各輔助車間系統(tǒng)就近接入輔助系 統(tǒng)控制網(wǎng)絡，使輔網(wǎng)的網(wǎng)絡連接更為簡潔，既能減小網(wǎng)絡的敷設施工量也可以使的光纜的長度減少。 運行人員可在集中控制室內(nèi)的各輔助系統(tǒng)網(wǎng)絡操作員站上對各系統(tǒng)進行集中監(jiān)控。由于輔助車間設備分散，分布面廣，為了系統(tǒng)調(diào)試和啟動初期方便，也在就地預留 了各輔助系統(tǒng)的工程師站接口。除煤系統(tǒng)外其它鋪助系統(tǒng)控制網(wǎng)絡的操作員站均設置在集中控帶室，運行人員可在操作員站上對所屬系統(tǒng)進行集中監(jiān)控。同時在就地 預留了各輔助系統(tǒng)的工程師站接口。輸煤系統(tǒng)操作人員通過設在就地輸煤控制室內(nèi)的操作員站完成輸煤系統(tǒng)的監(jiān)控。 該輔助控制系統(tǒng)具體設置如下: 輔助系統(tǒng)控制網(wǎng)絡采用冗余以太網(wǎng)，設置兩臺互為冗余的實時數(shù)據(jù)庫服務器，設一臺輔網(wǎng)工程師站。在集中控制室中設置3臺操作員站，輸煤控制室設置兩臺輸煤系統(tǒng)操作員站。 脫硫系統(tǒng)控制:煙氣脫硫系統(tǒng)及其公共系統(tǒng)采用一套單獨的分散控制系統(tǒng)(DCS)控制。兩臺機組的脫硫系統(tǒng)FGD，DCS的硬件及電源配置相互獨立，當一臺 機組檢修停運時，不會對整個FGD，DCS和另外一臺機組脫硫裝置及公用系統(tǒng)的正常運行造成影響。脫硫控制系統(tǒng)的操作員站設在集中控制室內(nèi)。控制機柜設置 在脫硫綜合樓，就地不設控制室。相關信息通訊至SIS系統(tǒng)。 循環(huán)水泵房控制:同方案一。 空壓站控制:同方案一。 燃油泵房控制:同方案一。 凝結水精處理系統(tǒng)控制:同方案一。 全廠性公用水系統(tǒng)控制:同方案一。 制氫站控制:同方案一。 除灰渣系統(tǒng)控制:同方案一。 輸煤系統(tǒng)控制:采用獨立的冗余PLC控制系統(tǒng)，通過設置在輸煤控制室內(nèi)的輸煤操作員站實現(xiàn)對輸煤系統(tǒng)的控制。控制機柜設置在輸煤配電間。 3.3 集中控制方案可行性分析 3.3.1 外部條件 本文所提出的三個輔助車間系統(tǒng)集中控制方案，都涉及到控制點合并，在集中控制室內(nèi)完成單元機組及輔助系統(tǒng)的監(jiān)控?？刂泣c能不能合并，與工藝系統(tǒng)的運行方式 及工藝系統(tǒng)中所選用的被控設備是否能滿足控制要求有著密切的關系，工藝系統(tǒng)提供必要的條件(例如工藝系統(tǒng)盡可能的簡化和選用可控性好的優(yōu)質(zhì)設備等)是提高 自動化水平、合并控制點的前提。 從近幾年設計并已投產(chǎn)的工程情況來看，輔助系統(tǒng)被控設備能夠具備較好的可控性和可靠的反饋信號，已可以滿足遠方控制或程控要求。在當前的大型火電廠工程的 設計中，各工藝專業(yè)對工藝系統(tǒng)不斷進行優(yōu)化，而在被控設備的選型上也給予了高度的重視。從另一方面看，工藝系統(tǒng)即便發(fā)生單一設備或局部系統(tǒng)故障，基于運行 人員能及時發(fā)現(xiàn)故障，使得檢修人員有足夠的時間及時排除故障。 再者，一些工藝系統(tǒng)的某些環(huán)節(jié)或全過程是允許中斷或不需要連續(xù)運行的，這也使得這些工藝系統(tǒng)的集中監(jiān)控成為現(xiàn)實，同時也使得相應工藝專業(yè)不需要一味選取價格昂貴的被控設備去滿足全廠集中監(jiān)控的自動化水平要求，而可以根據(jù)系統(tǒng)運行特點做到有的放矢，以期達到目的。 而在廠區(qū)總平面的布置上，當前的設計基本上遵循減少占地面積、降低工程造價的原則，整體布置非常緊湊，同時可根據(jù)控制點集中的需要盡可能將各輔助系統(tǒng)相關 工藝設備相對集中布置，為集中巡視創(chuàng)造了條件。氣力除灰系統(tǒng)、電除塵系統(tǒng)、脫硫系統(tǒng)相對集中布置;輸煤系統(tǒng)的控制設備間也緊鄰脫硫綜合樓;水系統(tǒng)從主體上 看分為兩部分:主廠房零米集中布置了凝結水精處理、汽水分析、化學加藥設備，主廠房外以補給水處理車間為中心相對集中布置了綜合水泵房、工業(yè)廢水 處理系統(tǒng)等，集中了水務區(qū)的主要工藝系統(tǒng)， 制氫站也布置在附近，巡視比較方便。 由此可見，控制點合并的外部條件在實際工程應用中基本可以得到滿足。 3.3.2 控制設備 要實現(xiàn)控制點的合并進而實現(xiàn)全廠輔助系統(tǒng)的集中監(jiān)控，還需要選用適當?shù)目刂圃O備，組成合理的控制系統(tǒng)。 輔助系統(tǒng)的控制設備可采用PLC或DCS。從單一輔助系統(tǒng)的工藝特點來看，成組的、有時序的開關量控制占絕大多數(shù)，且不需要像單元機組那樣大量的數(shù)據(jù)計 算，選擇PLC進行控制更合適。從當前系統(tǒng)價格情況看，目前采用PLC比采用DCS構成同樣規(guī)模的控制系統(tǒng)仍可節(jié)約投資。 二十世紀八十年代末期，PLC+CRT形式的監(jiān)控系統(tǒng)已開始在電廠輔助系統(tǒng)的控制中采用，逐漸地多數(shù)電廠主要輔助系統(tǒng)的程序控制均由PLC實現(xiàn)，并積累了 豐富的工程經(jīng)驗。隨著PLC硬件和軟件的迅速發(fā)展，不斷更新?lián)Q代，具備了較強的網(wǎng)絡支持能力，完全可以滿足組建輔助系統(tǒng)控制網(wǎng)絡的要求。在電廠應用較多的 PLC品牌有SIEMENS、MODI-CON、A-B、GE等，這些產(chǎn)品質(zhì)量可靠，在電廠輸煤、氣力除灰、鍋爐補給水、凝結水精處理等大型控制系統(tǒng)中已 有過許多成功運行經(jīng)驗。隨著網(wǎng)絡應用的發(fā)展，各硬件生產(chǎn)商都推出了支持開放標準網(wǎng)絡的產(chǎn)品，可提供成熟、可靠的網(wǎng)絡接口，能支持多種網(wǎng)絡協(xié)議，可以方便地 組成網(wǎng)絡控制系統(tǒng)。與此同時，一些電廠為了節(jié)儉運行人員，已經(jīng)成功地完成了輔助系統(tǒng)的分區(qū)集中監(jiān)控改造，如分別組成水、煤、灰網(wǎng)絡，并在此基礎上規(guī)劃或已 實現(xiàn)通過核心交換機組成全廠輔助系統(tǒng)集中監(jiān)控網(wǎng)絡。這使得實現(xiàn)輔助系統(tǒng)的集中監(jiān)控已經(jīng)不再是理論方面的紙上談兵。 3.3.3 控制點設置 在采用基于DCS或PLC的網(wǎng)絡控制系統(tǒng)進行輔助系統(tǒng)監(jiān)控后，需要根據(jù)各系統(tǒng)工藝的復雜程度、測點的多少、工藝設備的布置情況，綜合考慮控制系統(tǒng)的可靠性 要求及網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)傳輸能力，選用合理的控制系統(tǒng)配置方案。其中包括如何合理設置控制點，以及應采用何種控制系統(tǒng)結構的問題。輔助系統(tǒng)控制點的設置可集中于 一點或直接采用機組的DCS進行控制，也可將全廠輔助系統(tǒng)按煤、灰、水分區(qū)設置。全廠輸煤系統(tǒng)可作為一個整體進行統(tǒng)一規(guī)劃設計;灰、渣系統(tǒng)無論工藝特點還 是物理位置均比較接近，作為一個分區(qū)控制點有利于統(tǒng)一協(xié)調(diào)，而且其地理位置靠近主廠房，控制點設在集控室不會影響該系統(tǒng)的監(jiān)控運行;水系統(tǒng)則需劃分為二個 部分:一是由機組DCS系統(tǒng)控制的循環(huán)水泵房，二是廠區(qū)內(nèi)由PLC網(wǎng)絡控制的補給水處理、凝結水精處理及樹脂再生系統(tǒng)、廠內(nèi)凈水站、工業(yè)廢水處理、汽水分 析、化學加藥設備等。對水系統(tǒng)來說，在補給水處理車間設置水系統(tǒng)分區(qū)控制點與在集中控制室設置輔助系統(tǒng)集中控制點沒有什么區(qū)別。另外，還有脫硫系統(tǒng)，隨著 環(huán)保對電廠排放的要求日益提高，以前脫硫單獨成系統(tǒng)，并可在機組運行時旁路的運行方式已經(jīng)無法滿足環(huán)保的實際需求，這使得脫硫系統(tǒng)與機組的運行有了更密切 的聯(lián)系，將其與機組DCS和輔助系統(tǒng)控制合并已將是必然趨勢。 按照2000年示范電廠模式，水、煤、灰、脫硫系統(tǒng)分別設置控制室。若按每個控制室20～30m2面積、每值設置2-3個操作人員5班3值計算，輔助系統(tǒng) 共需要80-120m2的控制室面積，需要運行人員更多達40-60人。采用輔助系統(tǒng)集中控制后，由于輔助系統(tǒng)控制點與機組控制點合并，位于集中控制室， 就節(jié)省了原輔助系統(tǒng)的80-120m2的控制室面積以及相應的配套設備(如暖通、消防、照明等)費用，同時輔助系統(tǒng)運行人員也由原來的多達近60人減少到 10-15人。 如果每位運行人員年工資獎金依據(jù)7萬元/人算，每年至少可節(jié)省200萬元以上。 就總休規(guī)劃而言，設置全廠統(tǒng)一的輔助系統(tǒng)集中控制點比設置分區(qū)控制點更為合理。 3.3.4 控制系統(tǒng)結構 輔助系統(tǒng)的DCS或PLC控制方案，根據(jù)DCS或PLC是否分散及是否采用遠程I/O，可以有如下四種構成形式: ——集中DCS或PLC+本地I/O ——分散DCS或PLC+本地I/0 ——集中DCS或PLC+遠程I/O ——分區(qū)集中DCS或PLC+遠程I/0 集中DCS或PLC+本地I/0的形式在以往的工程中應用最多，比較可靠，但控制電纜及其安裝費用較高。分散DCS或PLC+本地I/0的方案可以有效地 減少控制電纜及其安裝費用，且從理論上講分散了故障發(fā)生的可能性，但由于分散到各輔助系統(tǒng)的DCS或PLC規(guī)模較小且各自的控制內(nèi)容及其重要性差別較大， 不便于采取必要的冗余措施，同時使DCS或PLC的功能配置受到限制。采用遠程I/O的方案(集中DCS或PLC+遠程I/0、分區(qū)集中DCS或PLC+ 遠程I/0)可以較好地克服這兩種方案的缺點。 集中DCS或PLC+遠程I/0的形式是指全廠設一套DCS或PLC，用于所有輔助系統(tǒng)的控制，但將I/0設備分散在各個車間，以減少電纜的耗量和節(jié)省安 裝費用。這樣的結構，DCS或PLC設備的規(guī)模較大，但設備數(shù)量少，便于統(tǒng)一設置電源及空調(diào)系統(tǒng)便于集中管理及維護，且減少了設備布置所需面積。目前很多 品牌的PLC能夠處理多達3000點現(xiàn)場I/O,I/0掃描周期在lOms之內(nèi)，遠程I/0鏈可長達3000m;DCS系統(tǒng)較PLC系統(tǒng)功能更為強大。這 些數(shù)據(jù)說明，直接以集中DCS或PLC+遠程I/0方式構成全廠輔助控制系統(tǒng)是有可能的。但采用完全集中的DCS或PLC不可避免的缺點是:①系統(tǒng)龐大， 功能劃分不清，系統(tǒng)組態(tài)和調(diào)試難度大;②控制設備過于集中，不利于分散故障發(fā)生的可能性;③需要徹底打破工藝系統(tǒng)設備配供控制系統(tǒng)的模式，在控制系統(tǒng)與工 藝設備接口方面存在很多問題。因此對全廠輔助系統(tǒng)的集中控制采用這種結構形式也是不合適的。 分區(qū)集中DCS或PLC+遠程I/0的形式是對上面一種結構形式的改進。它是先針對各分區(qū)按集中DCS或PLC+遠程I/0方式設置控制系統(tǒng)，再通過以太 網(wǎng)或其它型式的網(wǎng)絡將各分區(qū)控制系統(tǒng)聯(lián)接起來，在集中控制點統(tǒng)一設置上位機系統(tǒng)。和上一種形式一樣，它也可以有效地減少控制電纜及其安裝費用，同時它又克 服或避免了前一種形式所帶來的缺點。只需在設計及訂貨時統(tǒng)一輔助系統(tǒng)DCS或PLC的品牌系列、網(wǎng)絡接口型式及上位機系統(tǒng)軟件平臺，就能夠很好地實現(xiàn)全廠 輔助系統(tǒng)集中控制。主要控制設備分區(qū)布置，雖在集中管理方面略顯不便，但按工藝系統(tǒng)相近原則配置的控制系統(tǒng)在系統(tǒng)組態(tài)、調(diào)試、維護等方面都具有優(yōu)勢。更重 要的是，此方式不需要從根本上改變目前的設計及采購模式，具有其它模式所無法比擬的可操作性。因此，輔助系統(tǒng)集中網(wǎng)絡采用這種結構形式非常合理。 采用此種結構時，DCS或PLC分為7-12套(煤1、灰1-2、水3-5套、油4套、脫硫1-3套)，每套DCS或PLC相對規(guī)模較小，分別布置在各分 區(qū)相應的控制設備間內(nèi)，其優(yōu)點主要有:①便于系統(tǒng)組態(tài)和調(diào)試;②遠程I/0鏈較短，有利于采用較高的通訊速率以實現(xiàn)較快的控制;③便于分別招標采購。 至于DCS和PLC之間的選擇，由于火電廠輔助系統(tǒng)范圍廣，系統(tǒng)較為龐大。 而從實際應用業(yè)績來看，雖然DCS系統(tǒng)的調(diào)節(jié)功能更為強大，統(tǒng)一了全廠硬件和軟件平臺，但由于輔助系統(tǒng)控制中大量為開關量信號測點，PLC系統(tǒng)處理開關量 信號速度比DCS更快，同時PLC系統(tǒng)在國內(nèi)外火電廠的應用證明其可靠性不容置疑，其網(wǎng)絡功能以及組態(tài)編程已經(jīng)非常接近DCS的水平，而且采用DCS實現(xiàn) 輔助系統(tǒng)的控制實現(xiàn)上述PLC的功能費用有所上升。綜上所述，我們建議采用分區(qū)集中PLC+遠程I/0的結構形式，在集中控制室內(nèi)對全廠輔助系統(tǒng)集中監(jiān) 控。 3.3.5 輔助車間集中控制方案的經(jīng)濟性 從科技進步意義上講，用先進、成熟、可靠的技術來實現(xiàn)更新?lián)Q代是時代發(fā)展的必然趨勢。對電廠輔助系統(tǒng)采用集中監(jiān)控，將使輔助系統(tǒng)的監(jiān)控水平逐步趕上主系統(tǒng) 的監(jiān)控水平，與廠級監(jiān)控系統(tǒng)連接變得簡單，為實現(xiàn)全廠控制系統(tǒng)網(wǎng)絡化提供了條件，擺脫了以往電廠輔助系統(tǒng)控制技術落后于主機控制系統(tǒng)的現(xiàn)象。 從使用和維護的角度看，所有的輔助系統(tǒng)采用統(tǒng)一的技術、統(tǒng)一的控制手段，可極大地方便電廠運行和檢修人員，減少備品備件的品種和數(shù)量。 從經(jīng)濟角度來算，輔助系統(tǒng)采用集中控制方式，在控制室實現(xiàn)對各輔助系統(tǒng)的監(jiān)控，可節(jié)省大量運行人員，極大地提高電廠的勞動生產(chǎn)率，實現(xiàn)減人增效的目標。按 7萬元人人x30年計，可見其經(jīng)濟效益十分明顯;另外，還可以減少備品備件所占用的資金，減少調(diào)試費用，減少運行維護人員培訓的費用;如果是新建電廠，單 從土建方面看，可省去若干個輔助系統(tǒng)控制室的建造費用，效益已是非常明顯。 從管理角度來談，以往各輔助系統(tǒng)有自己的控制室，運行人員往往也同時歸該系統(tǒng)的獨立部門管理。分散的、各自獨立的輔助車間往往缺少橫向聯(lián)系，甚至一個化學 車間的幾套控制系統(tǒng)也分幾個部門管理，這樣做的后果必然是控制人員多，難于管理，各系統(tǒng)之間缺少橫向聯(lián)系。采用輔助車間集中控制系統(tǒng)后，集中控制的運行人 員可以歸運行部門統(tǒng)一管理，控制設備檢修歸檢修部門管理，原來獨立的車間主要負責機務設備的檢修及維護，這種集中的專業(yè)化的管理有利于設備檢 修水平的提高和人員素質(zhì)的培養(yǎng)。 四、存在的問題和建議 (1)對輔助系統(tǒng)進行集中控制后，對運行人員的素質(zhì)有更高的要求。單元機組運行人員除通過DCS系統(tǒng)完成對爐、機、電的監(jiān)控外，還需兼管掛接在DCS系統(tǒng) 控制網(wǎng)絡上的脫硫單元機組部分系統(tǒng)。而且在設置于集中控制室的輔助系統(tǒng)上位操作站用于整個輔助系統(tǒng)集控，不再劃分為煤、灰、水系統(tǒng)或更小的分系統(tǒng)，這就要 求每一個運行人員對全廠參與集控的所有輔助系統(tǒng)都具有足夠的認識和運行經(jīng)驗，同時還需要具備較強的獨立判斷、處理運行問題和合理調(diào)動現(xiàn)場巡視人員的能力。 采用新的控制模式是為了達到減大增效的目的，運行人員的培訓工作將直接關系到此目的能否實現(xiàn)。 (2)目前，許多被控設備在供貨時都采取機電一體化方式，但所供控制設備存在一些問題。一方面是控制回路的設計不完善。例如，有些隨主設備配供的電動機或 電動門控制回路中只考慮了設備本體的聯(lián)鎖保護要求，而未考慮整個工藝系統(tǒng)的控制要求，常常不留遠方操作接口，修改不便。二是有些廠供控制裝置在配供的儀表 設備選擇上存在問題，所選儀表和電氣元件質(zhì)量差，可靠性低。這對于系統(tǒng)的安全運行有相當大的影響，尤其對無人值班的系統(tǒng)。 由于輔助網(wǎng)絡控制系統(tǒng)的正常投運很大程度上取決于各控制子系統(tǒng)本身的自動投入情況，在電動門、氣動門和電磁閥等執(zhí)行元件的選型中應盡量選擇開關動作靈活、準確無誤和位置反饋可靠的產(chǎn)品。程序控制所涉及的設備應是可控的，不能有手動閥之類的設備。 (3)由于方案二中，脫硫控制系統(tǒng)不再作為一個獨立于其他輔助系統(tǒng)的控制系統(tǒng)，被分為單元機組部分和公用部分，分別納入機組DCS系統(tǒng)和輔助車間系統(tǒng)集中控制網(wǎng)絡，因此以往脫硫系統(tǒng)整島總承包的招投標方式以及相應的人員組織結構和工程管理模式均應有所改變。 (4)由于各輔助系統(tǒng)的專業(yè)差別比較大，在各系統(tǒng)招標相技術談判中要全盤考慮，要在控制策略、控制主設備、通訊協(xié)議以及系統(tǒng)的開放性方面作出統(tǒng)一要求。而 且由于各系統(tǒng)的招標采購順序不同，這就要求業(yè)主和設計單位始終要把輔助系統(tǒng)控制網(wǎng)的方案放在重要的位置，以免因遺漏而造成整個網(wǎng)絡銜接不上，達不到預期的 控制水平。招投標時可將整個輔助網(wǎng)絡(大框架)和部分輔助系統(tǒng)放在一個標段招標，從而選擇有業(yè)績、有成功經(jīng)驗的投標商來總承包，并由其負責對其它各 輔助系統(tǒng)的整合。