新華XDPS系統在珠江電廠的應用

一、設備概況
珠江電廠#1~#4機組于1993年~1995年陸續投入運行。各機組三大主機均為哈爾濱產，鍋爐為亞臨界中間再熱自然循環直吹式汽包爐，四角噴燃切圓燃燒。送、引、一次風機為動葉可調軸流式風機。給水系統配用2臺50%氣動給水泵和1臺50%電動調速給水泵。過熱汽溫采用二級噴水減溫，再熱汽溫采取擺動燃燒器為主，事故噴水為輔調節。熱工控制系統主要由WESTINGHOUSE WDPF Ⅱ（實現DAS、CCS功能）、FORNEY AFS-1000（鍋爐燃燒控制）、上海新華DEH Ⅲ（汽輪機控制）、瑞士蘇爾壽BPC（旁路控制系統）組成。原來的WDPF系統包括14對冗余DPU，1個歷史站，1個記錄站，4個操作員站，1個工程師站，受控設備包括CCS系統、DAS系統、電動門、電機控制。
為適應電力市場發展的需要，珠江電廠于2001年3月對1號機組控制系統進行機爐電一體化改造，到2004年完成了4臺機組的DCS系統改造。改造范圍包括DAS、MCS、BMS、SCS、ETS、ECS及集控室的裝修工程。DCS改造采用了上海新華公司XDPS-400（#4機組是400+）分散控制系統。改造后取消了原來的LIM硬手操，保留原來的伺放柜，調節設備的操作全部采用CRT軟手操。配置了大屏幕顯示系統。硬手操只有9個停機按鈕。
以#1機組為例，整個DCS系統共配置了19對冗余的DPU用于過程監控。DPU的分配如下：
DEH系統： 2對(#1&#21、#2&#22)
MEH系統： 2對(#3&#23、#4&#24)
DAS&MCS系統： 5對(#6&#26、#7&#27、#8&#28、#9&#29、#10&#30)
BMS系統： 2對(#11&#31、#12&#32)
SCS系統： 4對(#13&#33、#14&#34、#15&#35、#16&#36)
ECS系統： 2對(#17&#37、#18&#38)
#1機組配置了26臺IDAS智能前端，用于溫度信號采集，通過1對DPU(#19、#39)與DCS系統通訊。ETS系統采用的是SIEMENS的S7系列PLC。
#2、#4機組SCS系統增加DPU#20&#40；ECS系統增加DPU19&#39，#2~#4機組取消了IDAS，增加DPU61、81用于原溫度信號DAS采集。#2~#4機組ETS系統采用新華公司產品。系統配置有1個電源分配柜；20個I/O端子柜；3個擴展繼電器柜；2個電磁閥配電柜；1個隔離繼電器柜；1個ETS控制柜；1個火檢放大器柜。系統還配置了13個轉接柜用于原系統端子的轉接及部分儀表的安裝。系統共配置12臺MMI站（人機接口站），包括8臺操作員站，2臺工程師站，1臺歷史數據站，1臺MIS站。運行操作員站配置液晶CRT，集控室配置5臺背投式大屏幕顯示器。網絡升級前各DPU之間采用以太網聯結，分A、B、C三個網；其中A、B網用于實時控制，C網用于各MMI站之間的文件傳送。為了降低網絡負荷率，采用了分段網絡設計，將各個DPU及MMI站根據其機柜安裝位置及風險考慮分為四個網段，然后通過集線器及以太網交換機將四個網段聯結成一條完整的高速公路。網絡升級后，由原來的10M網升級為100M虛擬環網，更換同軸電纜為光纜，安裝赫斯曼交換機（10/100M自適應）構建虛擬環網。實時網采用虛擬環網形式，實時網具有"自愈"功能，信息網采用星型聯接形式。通訊總線負荷率不大于20%。
#1機組系統I/O統計：

#1機組I/O卡件配置：

#1機組實際配置的I/O點數：

二、各系統功能
2.1 DEH系統：
● 自動升速
轉速PID閉環調節，控制指令輸出改變閥門開度調節實際轉速為目標轉速。
● 自動同期
當實際轉速大于2950R/MIN小于3025時，投入該功能，接受自動同期裝置指令信號， 改變轉速與網頻一致，實現并網。
● 超速保護及試驗功能
OPC：當轉速大于3090r/min時，發出OPC信號，關閉高中壓調門，并使轉速穩定在3000r/min。
AST：當轉速大于3300r/min時，發出AST信號至ETS，使汽機跳閘。
超速試驗：可分別進行OPC、AST及機械超速試驗。
● 汽機閥門嚴密性試驗功能
通過該功能可同時關閉高中壓調門，進行調門嚴密性試驗；
同時關閉高中壓主汽門，進行主汽門嚴密性試驗。
● 并網帶初負荷功能
接受電氣來的并網信號，預開高壓調門，使機組帶初負荷，防止機組逆功率運行。
● 功率回路
功率PI閉環調節，使實際負荷與負荷給定值一致。
● 調節級壓力回路
調節級壓力PI閉環調節，使實際負荷與負荷給定值一致。
● 一次調頻回路
通過該功能使機組參與調頻。
● 閥門松動試驗功能
通過把高壓主汽門、高壓調門、中壓調門關閉20%，檢測閥門有否卡澀。
● 閥門全行程試驗功能
進行閥門全關活動試驗，檢測閥門有否卡澀，確保機組安全運行。
● 單/多閥切換功能
確保單/多閥切換過程中負荷無大的擾動。
● TPC（低汽壓保護）功能
當主汽壓低于低汽壓保護設定值時，DEH關閉調門，升汽壓，直至主汽壓高于低汽壓保護設定值。
● 機調壓功能
通過汽機改變調門開度來調整主汽壓。
● 手/自動切換功能
手/自動切換時確保閥門無擾。以便故障狀態下能通過手動直接控制閥門調節負荷。
● CCS協調功能
接受CCS協調指令改變負荷定值調節負荷。
● ATC啟動功能
通過應力計算由計算機直接給定轉速定值、升速率等進行啟動。
● 按經驗曲線啟動功能
按電廠冷態、溫態、熱態啟動曲線啟動。
● 甩負荷
2.2 MEH系統：
● 軟手操
轉速開環控制回路，用于剛開機及轉速閉環回路故障情況下的閥門控制。
● 轉速自動
轉速閉環控制回路，轉速定值可通過轉速增減按鈕給定，也可通過設定目標值給定，轉速自動轉速控制范圍為600r/min~6900r/min。
● 鍋爐自動
MEH接受CCS來的轉速指令信號控制轉速，達到給水要求，鍋爐自動轉速控制范圍為3100r/min~5750r/min。
● 超速保護功能
當轉速大于6320 r/min（110%N）及6890 r/min（120%N）時，MEH發出脫扣信號使汽機跳閘，
● 超速保護試驗功能
當鑰匙開關打在電氣位置時，可進行電氣超速試驗，打在機械位置時，可進行機械超速試驗。
● 主汽門試驗
在正常運行中，通過按主汽門試驗按鈕，可對主汽門進行試驗。
2.3 ETS系統：
● 緊急停機功能
接受EH油壓低、潤滑油壓低、真空低、軸向位移大、鍋爐MFT、發電機主保護動作、軸承振動大、差脹危險、DEH手動停機、高壓缸壓比低、高排溫度高、DEH失電停機、DEH110%N超速停機、全停按鈕等停機信號，送出停機指令，使AST電磁閥失電，汽機跳閘。
接受全停按鈕信號，使AST電磁閥控制回路直接失電，以保證PLC故障情況下的停機功能。
● 掛閘功能
接受DEH來的ETS復位信號，在汽機允許復位狀態下使AST電磁閥帶電，汽機掛閘。
● 跳機首發記錄
汽機發生跳閘后，記錄首發跳機信號，并在PLC的DO卡上點燈顯示。
● 跳機信號SOE記錄
汽機發生跳閘后，輸出引起跳機的相關信號至SOE，以便故障分析。至SOE信號包括：EH油壓低、潤滑油壓低、真空低、軸向位移大、鍋爐MFT、發電機主保護動作、軸承振動大、差脹危險、DEH手動停機、高壓缸壓比低、高排溫度高、DEH失電停機、DEH110%N超速停機、全停按鈕等停機。
● ETS停機保護切除功能
接受DEH來的相關停機保護切除信號，使該信號停機保護功能切除。切除功能的操作只能在DCS工程師站二上完成。切除信號包括：EH油壓低停機切除、潤滑油壓低停機切除、真空低停機切除、軸向位移大停機切除、鍋爐MFT停機切除、發電機主保護動作停機切除、軸承振動大停機切除、差脹危險停機切除、高壓缸壓比低停機切除、高排溫度高停機切除、DEH110%N超速停機停機切除、ETS超速停機切除
● 測速功能
接受現場來的轉速脈沖信號，經PLC處理后轉換成數字信號，當轉速大于3300r/min時，發出超速跳機信號。同時ETS把轉速信號經AO輸出至DEH實現實時監視。轉速信號有兩路，一路送PLCA，另一路送PLCB。
● ETS在線試驗功能
通過DEH控制EH油壓低、潤滑油壓低、真空低試驗電磁閥，ETS可使單側AST電磁閥失電，以便在不停機狀態下檢查AST電磁閥及信號壓力開關是否正常。
2.4 DAS系統：
● 過程數據采集、顯示
● 工藝流程圖顯示，棒圖、趨勢圖顯示
● 過程報警顯示，CRT軟光字牌及語音報警
● 歷史數據記錄及顯示，SOE記錄
● 報表生成及打印
2.5 BMS系統：
● 爐膛吹掃
● 燃油泄漏試驗
● 主燃料跳閘（MFT）及首出原因顯示
● 燃油跳閘（OFT）及首出原因顯示
● 燃油系統控制，包括燃油泵的啟停；跳閘閥、回油閥及旁路閥控制；
● RUNBACK功能
● FCB功能
● 油層燃燒控制，包括油層的啟停、跳閘及火焰監視
● 制粉系統控制，包括制粉系統的啟停、跳閘（MTR）及首出顯示；火焰監視
● 密封風機及進出口門控制
● 火檢風機，火焰電視冷卻水泵等輔助設備的控制
2.6 MCS系統：
● 機組協調控制
包括DEB（直接能量平衡）、TF、CCBF、CCTF四種機組協調運行方式；
RUNBACK功能，可在重要輔機跳閘時，根據機組當前運行狀況，快速降低機組目標負荷，維持機組穩定安全運行。
● 爐膛負壓控制
● 送風及氧量控制
● 一次風壓控制
● 輔助風擋板控制
● 制粉系統調節
包括磨入口風量、出口粉溫控制、給煤機給煤量控制
● 汽包水位控制
在30%負荷以下，給水旁路閥單沖量調節；30%負荷以上，給水泵（電泵、汽泵）轉速投自動，給水投三沖量調節。
● 過熱汽溫控制
分一級、二級兩段噴水減溫控制過熱汽溫。
● 再熱汽溫控制
燃燒器擺角控制、左右側事故噴水控制
● 除氧器控制
包括壓力和水位控制
● 高、低加水位控制
● 其他控制
輔汽系統控制，包括壓力、溫度控制
閉式水壓力控制
補水箱水位控制
凝汽器水位控制
汽封系統控制
包括壓力和溫度控制
連排擴容器液位控制
吹灰系統壓力、溫度控制
2.7 SCS系統：
SCS系統分爐側和機側兩部分，爐側受控對象主要為：
● 空預器子組設備控制
包括空預器馬達及其出入口門的控制
● 引風機子組控制
包括引風機馬達及其出口門，軸冷風機、油站控制
● 送風機子組控制
包括送風機馬達及其出口門，熱再循環門，油站控制
● 一次風機子組
包括一次風機馬達及其出口門，冷、熱再循環門，軸冷風機、油站控制
● 過熱器出口釋放閥控制
機側受控對象主要為：
● 凝結水系統設備控制
包括凝結水泵、凝補泵及電動門等
● 汽機本體的部分馬達控制
包括汽機復位油泵，潤滑油泵，頂軸油泵等設備的控制
● EH油泵控制
● 發電機系統的馬達控制
包括密封油泵和氫冷升壓泵控制
● 閉式循環水系統設備控制
● 給水泵子組設備控制
包括電泵、汽泵前置泵及其進出口門，潤滑油泵，最小流量閥等
● 加熱器控制
包括除氧器，#1~#3高加，#5~#8低加的進出口閥及疏水閥控制
● 汽機疏水控制
包括大機和小機的疏水閥控制
2.8 BOP系統：
● 吹灰程控
● 空預器間隙控制
● 定排連排控制
● 凝汽器膠球清洗控制
● 空預器氫氣脈沖吹灰系統控制
SCS系統除完成各設備的單操及聯鎖邏輯外，還可完成對子組的順序啟停控制。所有設備的操作在CRT的軟手操上完成；軟手操器除完成設備的啟停/開關操作外，還具有必要的操作提示信息顯示。
2.9 ECS系統：
此次改造ECS系統所涉及的開關共39個，分別為：
● 發變組（包括勵磁系統）：2201、41E、2ZKK、1ME、2ME、FMK
● 6kV廠用電系統：601a、601b、610a、610b
● 05T起備變系統：2211、605a、605b、650a、650b、600Ia、600Ib
● 380V廠用電系統：611、411A、411B、411C、612、412A、412B、412C、615
● 保安段系統：I-2ZZK、I-3ZZK、I-4ZZK、I-5ZZK
● 除塵及照明段：613、413A、413C、614、414A、414C
2.10 聯鎖功能：
● I1T、I2T、I3T高壓聯掉低壓功能
● 6kV廠用IA（IB）段低電壓掉601a（601b）聯鎖功能
● 6kV公用IA（IB）段低電壓掉605a（605b）聯鎖功能
● 380V廠用Ia（Ib）段低電壓掉411A（411B）聯鎖功能
● 6kV廠用IA（IB）段備自投功能
● 6kV公用IA（IB）段備自投功能
● 380V廠用Ia（Ib）段備自投功能
● 除塵I段備自投功能
● 照明I段備自投功能
2.11 電氣程控：
● 6kV廠用電自動倒換功能
● 主/備勵自動互相倒換功能
● 順控并網功能
三、系統調試中發現的主要問題
以下幾點調試心得及有關問題的解決：
(1) 轉速探頭的選型需注意，調試時由于轉速探頭的原因，A、B小機在4000轉以上時，A、B測速通道存在偏差；在5380轉以上時，轉速探頭漏齒測量不準，當機組在滿負荷時，易引起給水波動。
(2) 在點目錄中多加一些備用點可方便在線組態調試。
(3) 原硬手操設備雖已取消，但硬手操的設計思想不可取消。
(4) 在控制回路設計調試時，應注意控制邏輯的時序錯誤可能造成自動控制系統產生錯誤或失控。
(5) 重要邏輯回路最好能先仿真試驗，可避免一些錯誤；
(6) 發變組同期由于電廠接線方式比較特殊，使得在同期卡電壓輸入在幅值相差6V~7V時，實際開關兩端已經到達同期點。更改接線方式，解決這一問題。
四、系統維護中發生的主要問題
(1) DEH系統#2高壓主汽門突然關下，原因是VCC卡上采保電路故障導致閥門指令A值突然置0；
(2) VCC卡曾出現通訊故障報警；
(3) 大屏幕燈泡投運2個月，已壞6個燈泡；
(4) #2機組曾出現多塊卡件故障報警，有時可自動恢復；
(5) 同期卡報故障，同期卡升級后程序沖突；
(6) 工作站BNC網卡曾出現多次損壞，引起站脫網；
(7) 操作站經常出現光標不動，重新斷電復位正常；
(8) RTD端子板（CU50）曾出現全部測點顯示偏高緩慢波動；
(9) 工作站上的運行和其他系統通訊的VDPU易引起工作站死機；
(10) 網絡數據量太大引起阻塞時，曾導致全部DPU重啟，升級軟件解決；
五、投運效果和應用心得
我廠#1~#4機組經調試后，在170~300MW的大范圍內可以15MW/MIN的速率進行變負荷試驗，并具備投運AGC遙調功能，調節品質達到《熱工計量及監督規程標準》，到2001年10月25日，投入擺角自動后，自動控制系統自動投入率達100%，各機組現已長期投運協調控制運行。2003年10月23日，#1機組進行了送、引風機RB工況試驗，整個RB過程相關設備動作基本正常，回路調節功能正常并得到了完善，送、引風機RB功能可以正常投入。由于電網運行對機組負荷的要求，有待今后進行高負荷下的RB工況試驗，進一步調整控制回路的參數，優化控制效果。
新華XDPS-400分散控制系統軟、硬件與通訊都采用了國際標準或主流產品，人機接口采用標準品牌PC機，全漢化顯示，通過以太網與其他信息網絡連接，從而實現全廠工業生產過程控制、測量、生產管理信息一體化。在實際使用中，我們認為有以下優點和不足：
(1) 一體化改造后機爐電信息資源共享，可互相調用，減少了不同系統間接口的麻煩，DCS控制范圍的擴展能力加強。
(2) 各子系統的控制采用相同的硬件完成，大大減少了備品備件的品種及數量，節省了大量的維護費用。
(3) 一體化改造后方便了機組自動化水平的提高，為機組級程控提供了強有力的手段。
(4) 工程師站組態軟件界面友好，SAMA圖與組態圖一致的圖形化組態方便實用，打印和顯示所見即所得，并可離線、遠程組態。
(5) 虛擬DPU可將非本系統的控制設備或現場智能儀表映射為DPU節點，擴展了應用場合；同時也可用于系統仿真，方便了在線調試。
(6) 強大的圖形生成軟件可讓用戶在很短的時間內生成彩色圖形，加快了工程進度。
(7) 任一在線組態模塊均可強制，提高了調試及消缺的安全性。
(8) 操作員站單點趨勢范圍應可以記憶修改值，方便運行人員。
(9) 調試中修改PID參數時DPU最好能夠自動拷貝。
(10) DPU電源低電壓切換功能有待完善。