MACS系統(tǒng)在天鐵空分廠汽輪拖動空壓機一體化上的應用
一、 項目簡介
天鐵集團空分廠兩臺汽輪空壓機NG25/20、ENK/56/60/75是97年投產(chǎn)，汽輪空壓機分別是由杭州汽輪機廠生產(chǎn)的NG25/20(背壓式0.16MW)、ENK50/56/75(抽氣式0.93MW)汽輪機與開封空壓機廠生產(chǎn)的離心式空壓機相配套。汽輪機為變、定轉(zhuǎn)速背壓式（抽汽式）工業(yè)汽輪機。空分裝置容量為15000m3/h，以汽輪機拖動空氣透平壓縮機，采用液氧內(nèi)壓縮工藝流程，主要用于富氧煉鐵。原調(diào)節(jié)系統(tǒng)采用液壓調(diào)節(jié)方式，對空壓機出口的風壓和汽輪機轉(zhuǎn)速及抽汽實現(xiàn)控制，通過放空閥來維持空壓機出口風壓，以滿足不同工況下進風要求，汽輪機的變轉(zhuǎn)速范圍為4828~5964r/min，可調(diào)抽汽壓力為0.49/0.59Mpa，排氣壓力0.008Mpa。
該系統(tǒng)改造，采用的設備是杭州和利時自動化有限公司的MACS集散控制系統(tǒng)，采用高壓自容式純電調(diào)來取代原液壓調(diào)節(jié)保安系統(tǒng)中的液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)，原保安系統(tǒng)保留并增加了自動控制電磁閥和相應閥塊。改造的目標是在集控室完成空壓機、壓縮機、空分設備的啟動、停機、正常運行和事故處理及數(shù)據(jù)上層監(jiān)控。改造的范圍包括：順序控制系統(tǒng)（SCS）；數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（DAS）；拖動汽輪機數(shù)字電液控制系統(tǒng)（DEH）；拖動汽輪機緊急跳閘系統(tǒng)（ETS）；空分控制系統(tǒng)；與廠管理網(wǎng)(MIS)的通訊系統(tǒng)。改造的物理測點數(shù)為500點左右，僅保留以下常規(guī)操作和監(jiān)視設備：緊急停機按鈕、ETS復位按鈕、DEH手操盤。改造時間從2007年11月21日至12月29日，歷時40天。為了做好這次改造，天鐵空分廠的工程技術人員進行了大量細致的工作，并參加了設備選型、測點分站、方案設計、算法組態(tài)、動靜態(tài)調(diào)試等全過程。
二、系統(tǒng)配置及功能
（1）系統(tǒng)硬件配置
·現(xiàn)場控制站3套，其中拖動汽輪機2套，完成空壓機和壓縮機的控制和ETS保護；空分1套，完成空分設備的控制和保護。另有電源控制柜一面，空分擴展柜一面。
·服務器兩臺（冗余配置），完成歷史數(shù)據(jù)的管理和系統(tǒng)裝載等功能。
·操作員站3臺，其中一臺為空分操作站，兩臺為汽機操作站，畫面可相互轉(zhuǎn)換。
·通訊站一套（服務器兼），與廠管理網(wǎng)MIS進行通訊。
·液壓部套1套：伺服油動機，供油系統(tǒng)，保安系統(tǒng)。
（2）系統(tǒng)網(wǎng)絡配置
·第一層控制網(wǎng)，在現(xiàn)場控制站內(nèi)，由PROFIBUS-DP組成，用于站內(nèi)數(shù)據(jù)的交換。
·第二層系統(tǒng)網(wǎng)，位于I/O站間及I/O站和服務器間，為100M以太網(wǎng)，用于I/O站間的數(shù)據(jù)交換及I/O站和服務器的數(shù)據(jù)交換。
·第三層管理網(wǎng)，位于操作員站（工程師站）和服務器間，為100M以太網(wǎng)，用于操作員站和服務器的數(shù)據(jù)交換。
（3）測點分站原則
這次改造中，測點的分站采用工藝系統(tǒng)和功能兼顧分站的原則，這種分站具有所需測點少、站間引用少的優(yōu)點。
（4）控制功能實現(xiàn)
▲DAS部分
·完成參數(shù)和設備狀態(tài)的顯示報警、歷史曲線記錄、事故追憶、報表打印等功能。
▲SCS部分
·完成所有設備的手動操作功能；
· 完成順控設備聯(lián)鎖的功能，工作備用的互聯(lián)及低參數(shù)聯(lián)啟備用等功能；
·完成盤車裝置順序啟停控制功能；
▲DEH部分
·完成轉(zhuǎn)速、送風和放風控制；
·完成超速試驗、閥門活動試驗、閥門嚴密性等試驗；
·完成103％、110％超速保護及風機出口超壓保護功能；
·仿真模擬功能；
·緊急手動功能；
▲ETS部分
·完成拖動汽機危急保護跳閘的功能；
▲空分部分
·預冷系統(tǒng)；
·純化系統(tǒng)；
·膨脹機系統(tǒng)；
·主換熱器系統(tǒng)；
·分餾塔系統(tǒng)；
三、改造特點
● 集控室的布置采用以CRT為操作平臺的環(huán)境，取掉原來的金屬盤臺和立屏，取掉大量的常規(guī)儀表和操作開關，取掉所有的熱工信號。隨著自動化水平的提高，改造集控室布置，使信息中心化是發(fā)展的趨勢；
● 由于MACS系統(tǒng)采用了先進的編譯下裝原理，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)庫、設備組態(tài)、報表圖形、控制方案等的無擾下裝。
● 控制效果理想：作為統(tǒng)一的被控對象，系統(tǒng)動態(tài)響應快，控制周期最小設置50ms；控制精度高，轉(zhuǎn)速控制精度<±2rpm/m，解決了大范圍轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制問題。
● 液壓部套為分體自容式油動機，EH油站和油動機分開，透平保安系統(tǒng)與自容式液壓部套分離，沒有硬件上的聯(lián)系，這樣安裝方便，不用考慮透平油污染造成伺服閥卡澀問題，同時解決了老式油動機提升力不夠反映不靈敏和寄生反饋的問題。
● 人機界面統(tǒng)一：該系統(tǒng)中DEH、ETS、空分控制功能相對獨立，但集中控制，其上層畫面可相互切換，畫面風格統(tǒng)一。數(shù)據(jù)共享方便：底層數(shù)據(jù)可以互相引用，節(jié)省了部分物理點，對站間引用免去了硬接線連接。
●基于和利時公司新一代DCS系統(tǒng)產(chǎn)品整合起來的一體化系統(tǒng)還具有如下特點：采用PROFIBUS－DP總線技術，全方位的冗余技術:主控單元冗余、系統(tǒng)電源冗余、I/O模塊可冗余、網(wǎng)絡冗余、服務器冗余、測速模塊三取二冗余、LVDT冗余，主控單元、I/O模塊均可帶電插拔，模塊智能化、小型化，液壓系統(tǒng)采用的電液轉(zhuǎn)換器具有抗污染能力強、無卡澀、運行穩(wěn)定的性能，具有針對空分行業(yè)的圖庫以及標準功能塊，具有在線調(diào)試與仿真功能、強大的趨勢、報表和日志管理功能。
四、改造后主要技術指標
·轉(zhuǎn)速控制范圍：60~6363r/min（小機60~14100r/min）
·轉(zhuǎn)速控制精度：≤+2r/m
·轉(zhuǎn)速不等率：3%~6%范圍內(nèi)在線可調(diào)
·空壓機出口壓力精度：≤+0.01MPa
·升速率控制精度：+0.1%
·控制系統(tǒng)不靈敏度：<0.06%
·DEH裝置MTBF：≥20000小時
·系統(tǒng)可用率：≥99.9%
五、經(jīng)濟分析
機組控制室盤臺的改造，取消了沿用10年的國外老系統(tǒng)，監(jiān)視運算設備全面升級，提高了性能，節(jié)約了許多備品備件費用。由于MACSV系統(tǒng)所用的模塊都可帶電插拔，這大大縮短了消缺時間，及時消除安全隱患，為機組安全、穩(wěn)定發(fā)電提供了保障。拖動汽輪機調(diào)速系統(tǒng)改為數(shù)字式電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)（DEH），提高了汽機運行的安全性和穩(wěn)定性，減少了機組的非計劃停機次數(shù)，經(jīng)濟效益大為提高。
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