數(shù)字化電廠一種整體解決方案

發(fā)布：2018-12-18 | 點擊：人次

摘要：數(shù)字化電廠一種整體解決方案資訊由優(yōu)秀的流量計、流量儀生產報價廠家為您提供。蘇丹Garri（吉利）石油焦電站工程位于蘇丹首都喀土穆東北70km的Algli鎮(zhèn)，尼羅河以東13km，是中國機械進出口公司向蘇丹國家電力公司提供的1座總裝機容量為110MW發(fā)電廠，配有2臺240t/h燃。更多的流量計廠家選型號價格報價歡迎您來電咨詢，下面是數(shù)字化電廠一種整體解決方案文章詳情。

蘇丹Garri（吉利）石油焦電站工程位于蘇丹首都喀土穆東北70km的Algli鎮(zhèn)，尼羅河以東13km，是中國機械進出口公司向蘇丹國家電力公司提供的1座總裝機容量為110MW發(fā)電廠，配有2臺240t/h燃石油焦CFB鍋爐、2臺55MW凝汽式汽輪機和2臺55MW風冷式發(fā)電機。該發(fā)電廠主要熱控系統(tǒng)（I&C島）由上海發(fā)電設備成套設計研究院分包，并提供相關的設計、組態(tài)、工程、服務等工作。

現(xiàn)代化的火力發(fā)電機組，其復雜程度越來越高，對機組的操作、控制、檢修和優(yōu)化的要求也越來越高。傳統(tǒng)的控制理念限于主要過程測點監(jiān)控，而大量設備則就地分散監(jiān)控，管理信息和維修信息采用手工完成或缺失，因此很難對機組進行統(tǒng)一的全面性信息管理，對機組的優(yōu)化運行操作、優(yōu)化檢修無法起到有效的指導作用。

基于數(shù)字化理念設計的電廠信息與控制系統(tǒng)，憑借其強大的智能現(xiàn)場儀表和設備，將傳統(tǒng)分散控制系統(tǒng)（DCS）信息采集、診斷監(jiān)控范圍大大擴展，從而可以有效地獲取現(xiàn)場的設備管理和維修的信息。通過高速通信網(wǎng)絡，這些信息可以送到廠級監(jiān)控信息系統(tǒng)（SIS）、信息管理系統(tǒng)（MIS）等上層軟件，同時融合智能變送器管理系統(tǒng)（STMS）、鍋爐爐管泄漏監(jiān)測系統(tǒng)（ALDS）、振動監(jiān)控和分析系統(tǒng)（VMS）、氣象站監(jiān)測系統(tǒng)（WMS）、全廠閉路電視監(jiān)控系統(tǒng)（CCTV）和電子巡查系統(tǒng)（GTS）等，為機組安全、優(yōu)化、高效的監(jiān)控和維護提供進一步的指導和保障。

儀表及控制（I&C）系統(tǒng)的設計，要保證電廠在操作規(guī)程下的安全、高效、可靠地運行，即啟停操作、常規(guī)操作、局部負載操作、緊急狀況等條件下，保證以zui優(yōu)化燃料供給和降低排放等級，低成本、高效率地運行。

一、電廠控制水平

在Garri4電廠中運用全廠一體化的數(shù)字化理念來設計整個電廠的I&C方案。全廠I&C主要涵蓋如下系統(tǒng)：

（1）分散控制系統(tǒng)（DCS）―主控系統(tǒng)；

（2）安全停車系統(tǒng)（ESD/MFT、ETS）―保護系統(tǒng)；

（3）分承包商控制系統(tǒng)（MPCS）―輔控系統(tǒng)（BOP）；

（4）辦公室網(wǎng)絡（OFFICELAN）；

（5）衛(wèi)星定位授時系統(tǒng)（GPS）；

（6）智能變送器管理系統(tǒng)（STMS）

（7）煙氣連續(xù)排放監(jiān)測系統(tǒng)（CEMS）；

（8）鍋爐爐管泄漏監(jiān)測系統(tǒng)（ALDS）；

（9）振動監(jiān)控和分析系統(tǒng)（VMS）；

（10）大屏幕顯示系統(tǒng)（LVS）；

（11）全廠閉路電視監(jiān)控系統(tǒng)（CCTV）；

（12）智能電子巡查系統(tǒng)（GTS）；

（13）廣播尋呼系統(tǒng)（Paging）；

（14）氣象監(jiān)測系統(tǒng)（WMS）；

（15）現(xiàn)場儀表和現(xiàn)場控制設備；

（16）儀表實驗室。

電廠采用一體化的DCS和必要的專用控制設備來控制全廠的熱力設備和熱力系統(tǒng)，組成一個操作控制和運行管理二位一體的管控系統(tǒng)。DCS提供全面的、綜合的和一致的系統(tǒng)來操作、監(jiān)視和控制鍋爐及輔機、汽輪機及輔機、汽水系統(tǒng)和全廠其余部分（BOP）。

電廠設中央控制室（CCR），按操作、維護和管理的需要，下設若干就地控制室或機柜間。所有監(jiān)視和操作都可在中央控制室完成。

二、控制系統(tǒng)設計原則

采用DCS作為電廠主控系統(tǒng)，集成了BOP，采用分設備商的專用控制裝置作為專用設備的控制器。人機界面（MMD）是操作員的主要監(jiān)控界面，不設置常規(guī)儀表盤（臺）類型的操作界面。

DCS具備基于操作員站的LCDTFT顯示器和2臺機組各4臺1250mm大屏幕監(jiān)視器的人機接口、鍵盤和鼠標操作，具有快速反應、在線的設備診斷和在線維護等基本特性。

汽輪機電液調速系統(tǒng)（DEH）與DCS采用同種類型的系統(tǒng)，DEH系統(tǒng)只要掛在DCS主干網(wǎng)上，就可以實現(xiàn)與DCS一體化。DEH不但可以與DCS共享網(wǎng)絡數(shù)據(jù)，完成一體化操作，而且還作為DCS中一個獨立的控制器，具有相對的獨立性。

采用滿足于TǖV認證的AK6（等同于IEC61508SIL3）要求的ESD和安全聯(lián)鎖設備，應用于鍋爐的MFT和汽輪機的ETS，zui大限度地實現(xiàn)了安全、容錯和可靠。

DCS和ESD是采用掛接在同一條以太網(wǎng)上，通信協(xié)議、控制軟件和組態(tài)軟件等都是在同一平臺上，故它們是完全一體化的。

三、生產和管理分層原則

生產和管理共分三個層面：*層為控制層面，它又分為三個子層面，直接作用于現(xiàn)場生產設備的監(jiān)控；后兩層為生產管理層面。生產和管理分層圖見圖1。

3.1*層面―過程操作控制層

過程操作控制層主要包含電廠內部針對某設備運行或某操作過程的數(shù)字化監(jiān)控功能，包括三個子層面：現(xiàn)場的設備分包商控制包（MPCS）、主控系統(tǒng)、運行監(jiān)視、操作及維護。

采用機、爐、電的一體化。在該層次上的部分數(shù)字化監(jiān)控系統(tǒng)大都是相對獨立的控制系統(tǒng)，為充分保護現(xiàn)有的軟、硬件投資，在現(xiàn)有過程控制系統(tǒng)與統(tǒng)一規(guī)劃的可視化電廠信息平臺之間增加數(shù)據(jù)操作轉換接口，以實現(xiàn)數(shù)字化電廠對傳統(tǒng)過程控制系統(tǒng)的兼容。

3.1.1現(xiàn)場的設備分包商控制包（MPCS）

這些控制包采用可編程序邏輯控制器（PLC）及基于微電腦技術的專用控制器控制，控制設備一般布置在現(xiàn)場機柜間或現(xiàn)場控制室內，其中包括有：

（1）鍋爐石油焦燃料輸送系統(tǒng)控制包；

（2）鍋爐床料輸送系統(tǒng)控制包；

（3）飛灰氣力輸送和儲存系統(tǒng)控制包；

（4）化學水處理系統(tǒng)控制包；

（5）壓縮空氣制備系統(tǒng)控制包；

（6）煙囪排放連續(xù)檢測系統(tǒng)測量包；

（7）廢水排放檢測系統(tǒng)測量包；

（8）環(huán)境檢測系統(tǒng)；

（9）軸系監(jiān)控系統(tǒng)。

3.1.2主控系統(tǒng)

主控系統(tǒng)是電廠控制的核心，采用DCS控制。DCS本地控制站設備布置在主廠房運轉層的電子機柜間內；部分系統(tǒng)也可按需要采用DCS遠程I/0站的方式控制，其設備一般布置在現(xiàn)場機柜間內。由DCS主控系統(tǒng)控制的內容或功能包括有：

（1）鍋爐燃燒管理（BMS）；

（2）汽輪機調速系統(tǒng)（DEH）；

（3）停機保護系統(tǒng)（ESD/MFT、ETS）；

（4）閉環(huán)控制系統(tǒng)（MCS）；

（5）數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（DAS）；

（6）程序控制系統(tǒng)（SCS）；

（7）電氣控制系統(tǒng)（ECS）。

3.1.3運行監(jiān)視、操作和維護

該層主要設施是基于個人電腦技術的人機界面（MMD和計算機外設。操作員MMI設備布置在中央控制室內，DCS工程師站布置在中央控制室邊的工程師站室內。設如下MMI和外設：

（1）值長管理站（SS）；

（2）單元操作員站（OS）；

（3）大屏幕監(jiān)視站（MS）；

（4）工程師站（ES）；

（5）打印機。

3.2第二層面―廠級監(jiān)控及生產管理層

該層OFFICELAN（SIS）是為電廠專業(yè)人員設置的，作為提高機組運行效率、二次數(shù)據(jù)分析管理使用。發(fā)電廠在實現(xiàn)各個局部生產過程監(jiān)控和統(tǒng)一信息平臺的基礎上，可以面向整個發(fā)電廠對實時的控制系統(tǒng)進行整體優(yōu)化和分析，為過程控制提供操作指導；同時基于整個發(fā)電廠的實時狀態(tài)和資源信息，可以實現(xiàn)資源優(yōu)化配置、資產維護管理等，以實現(xiàn)全廠的安全、高效、經(jīng)濟生產。該層可以規(guī)劃為兩大應用系統(tǒng)：廠級監(jiān)控系統(tǒng)（SIS）和可視化資源管理（全廠CCTV和保安巡查系統(tǒng)）。

3.3第三層面―運營決策支持層

該層OFFICELAN（MIS）是為電廠管理人員設置的，作為電廠運行管理用。采用聯(lián)網(wǎng)技術，將若干管理層和技術人員的計算機連成局域網(wǎng)，將DCS系統(tǒng)控制的電廠部分運行工況通過遠程傳送方式傳送給MIS，供管理層人員的決策和技術層人員的維護做參考；同時，該局域網(wǎng)可以提供給管理層人員一個信息交流的平臺，對電廠實時狀態(tài)、歷史信息、經(jīng)營數(shù)據(jù)、資源信息數(shù)據(jù)進行綜合挖掘分析，實現(xiàn)企業(yè)綜合成本的實時計算、分析、控制，對電廠的經(jīng)營、生產、目標和發(fā)展規(guī)劃提供決策支持，實現(xiàn)企業(yè)較完善的管理，這是數(shù)字化電廠zui高層次的作用和效果。

MIS的主要設備是OPC接口、數(shù)據(jù)庫設備和商用個人電腦（PC）。這些PC只能看到電廠部分運行數(shù)據(jù)和部分畫面，但不能對系統(tǒng)進行操作。設置端口設備的區(qū)域有：

（1）管理辦公室；

（2）儀控倉庫；

（3）儀表實驗室。

四、數(shù)字化理念下的系統(tǒng)優(yōu)化

4.1DCS和PLC系統(tǒng)的一體化

系統(tǒng)原設計中考慮電廠的輔控系統(tǒng)（BOP）中的原水系統(tǒng)、燃料油系統(tǒng)、輸渣系統(tǒng)和壓縮空氣系統(tǒng)在DCS公用網(wǎng)上實現(xiàn)，而由承包商控制系統(tǒng)（MPCS）的化水系統(tǒng)、加藥系統(tǒng)、輸灰系統(tǒng)和石油焦輸送系統(tǒng)采用PLC系統(tǒng)，然后各個子系統(tǒng)采用BOP組網(wǎng)方式，通過DCS和PLC之間的Modbus通信方式融入主控系統(tǒng)中。這是國內電廠中較常用的一種方式。

因為不同系統(tǒng)之間的通信會造成可靠性下降，按照國內慣例，MPCS在主控系統(tǒng)中只是監(jiān)視而不操作，如果要操作的話則采用硬接線方式；同時不同的承包商完成的監(jiān)控畫面由于風格不同和采用不同的操作軟件，使得運行人員培訓、工程師維護和設備的備品備件成倍增長。因此，將這些MPCS從設備供應商中切除，由專業(yè)的I&C總包方采用統(tǒng)一的DCS完成監(jiān)控功能，達到控制設備統(tǒng)一、監(jiān)控畫面風格統(tǒng)一、網(wǎng)絡系統(tǒng)平臺統(tǒng)一和備品備件統(tǒng)一。

具體方案為加藥系統(tǒng)具有加氨、加聯(lián)氨和加磷酸鹽裝置，該控制納入單臺機組DCS，化水系統(tǒng)和石油焦輸送系統(tǒng)采用遠程控制站，直接納入公用系統(tǒng)。在系統(tǒng)的配置中，化水車間和石油焦輸送車間配備獨立的交換機，布置在電子間的公用系統(tǒng)網(wǎng)，通過光纖與化水車間和石油焦輸送車間的交換機連接，保證系統(tǒng)的抗干擾性。在項目執(zhí)行期間，由于化水系統(tǒng)和石油焦輸送系統(tǒng)在主控系統(tǒng)投用之前就要事先運行，因此在這兩套系統(tǒng)各配置1臺獨立的工程師站（兼作操作員站），在主控DCS沒投用之前，各自獨立為一套小型DCS，當主控DCS投用后，將這兩套系統(tǒng)并入主控DCS，形成一個整體。

4.2DCS系統(tǒng)雙環(huán)網(wǎng)四路徑網(wǎng)絡結構

冗余通信可增強互連系統(tǒng)之間可用性，zui簡單的辦法是采用冗余系統(tǒng)網(wǎng)絡，當一條網(wǎng)絡鏈路損壞時，系統(tǒng)可自動切換到另外一條網(wǎng)絡鏈路。為提高系統(tǒng)的可靠性而提供了雙層冗余系統(tǒng)網(wǎng)絡，見圖2。

圖2中的網(wǎng)絡走向流程圖、類似的電路流程圖和網(wǎng)絡連接路徑流程圖顯示：無論哪條路徑（網(wǎng)絡設備）故障，系統(tǒng)都有另外三條路徑可走，顯示網(wǎng)絡層的超高可靠性。

4.3多層面下多系統(tǒng)之間的融合

I&C島為電站全廠中所有辦公室、秘書室、會議室、培訓室、計算機房、倉庫管理員辦公室、工廠車間和其他具有與上述功能的場所安裝一套完整局域網(wǎng)，為所有的管理人員、維護人員、后勤保障人員和輔助人員提供了一個網(wǎng)絡平臺；同時在主服務器內提供一個統(tǒng)一實時數(shù)據(jù)庫，采集現(xiàn)場的所有有用數(shù)據(jù)，以供SIS和MIS使用。

在整個系統(tǒng)結構中，輔助分析管理系統(tǒng)通過以下方式與數(shù)字化電廠層面進行融合，見圖3。

五、結語

在整個電廠初步設計時，就數(shù)字化理念綜合考慮電廠熱控設備的選型和配置，采用大量智能設備將設備的管理信息（如設備KKS（*的）編號、量程設置、線性處理等）及設備診斷維修信息（如設備故障狀態(tài)等）進行統(tǒng)一管理，并進一步上傳到上層SIS、MIS等軟件。

DCS系統(tǒng)盡可能地將全廠所有的控制納入其范圍，使得全廠的控制理念統(tǒng)一。

所有的專業(yè)輔助系統(tǒng)一方面對設備進行數(shù)據(jù)分析管理、故障診斷或安全防范，另一方面將數(shù)據(jù)進一步上傳到上層系統(tǒng)中進一步分析，使得各個系統(tǒng)在數(shù)字化概念下充分完全地融合，以便對電廠的操作運行、管理和維修起到指導和促進作用。

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