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(chǎn)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(fēng)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(shè)備成套設(shè)計研究院分包，并提供相關(guān)的設(shè)計、組態(tài)、工程、服務(wù)等工作。

現(xiàn)代化的火力發(fā)電機組，其復(fù)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(shè)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(dǎo)作用。

基于數(shù)字化理念設(shè)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(shè)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(shè)備管理和維修的信息。通過高速通信網(wǎng)絡(luò)，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(dǎo)和保障。

儀表及控制（I&C）系統(tǒng)的設(shè)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(shè)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(luò)（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(shè)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(shè)備來控制全廠的熱力設(shè)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(shè)中央控制室（CCR），按操作、維護和管理的需要，下設(shè)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(shè)計原則

采用DCS作為電廠主控系統(tǒng)，集成了BOP，采用分設(shè)備商的專用控制裝置作為專用設(shè)備的控制器。人機界面（MMD）是操作員的主要監(jiān)控界面，不設(shè)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(yīng)、在線的設(shè)備診斷和在線維護等基本特性。

汽輪機電液調(diào)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(luò)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(shè)備，應(yīng)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(chǎn)和管理分層原則

生產(chǎn)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(chǎn)設(shè)備的監(jiān)控；后兩層為生產(chǎn)管理層面。生產(chǎn)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(nèi)部針對某設(shè)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(shè)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(zhuǎn)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(shè)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(shù)的專用控制器控制，控制設(shè)備一般布置在現(xiàn)場機柜間或現(xiàn)場控制室內(nèi)，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(xué)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(shè)備布置在主廠房運轉(zhuǎn)層的電子機柜間內(nèi)；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(shè)備一般布置在現(xiàn)場機柜間內(nèi)。由DCS主控系統(tǒng)控制的內(nèi)容或功能包括有：

（1）鍋爐燃燒管理（BMS）；

（2）汽輪機調(diào)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(shè)施是基于個人電腦技術(shù)的人機界面（MMD和計算機外設(shè)。操作員MMI設(shè)備布置在中央控制室內(nèi)，DCS工程師站布置在中央控制室邊的工程師站室內(nèi)。設(shè)如下MMI和外設(shè)：

（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(chǎn)管理層

該層OFFICELAN（SIS）是為電廠專業(yè)人員設(shè)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(chǎn)過程監(jiān)控和統(tǒng)一信息平臺的基礎(chǔ)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(dǎo)；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(chǎn)維護管理等，以實現(xiàn)全廠的安全、高效、經(jīng)濟生產(chǎn)。該層可以規(guī)劃為兩大應(yīng)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(shè)置的，作為電廠運行管理用。采用聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，將若干管理層和技術(shù)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(shù)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(chǎn)、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(shè)備是OPC接口、數(shù)據(jù)庫設(shè)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(shè)置端口設(shè)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(shè)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(nèi)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(nèi)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(fēng)格不同和采用不同的操作軟件，使得運行人員培訓(xùn)、工程師維護和設(shè)備的備品備件成倍增長。因此，將這些MPCS從設(shè)備供應(yīng)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(shè)備統(tǒng)一、監(jiān)控畫面風(fēng)格統(tǒng)一、網(wǎng)絡(luò)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(dāng)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(luò)結(jié)構(gòu)

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(luò)，當(dāng)一條網(wǎng)絡(luò)鏈路損壞時，系統(tǒng)可自動切換到另外一條網(wǎng)絡(luò)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(luò)，見圖2。

圖2中的網(wǎng)絡(luò)走向流程圖、類似的電路流程圖和網(wǎng)絡(luò)連接路徑流程圖顯示：無論哪條路徑（網(wǎng)絡(luò)設(shè)備）故障，系統(tǒng)都有另外三條路徑可走，顯示網(wǎng)絡(luò)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(xùn)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(luò)平臺；同時在主服務(wù)器內(nèi)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(jié)構(gòu)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(jié)語

在整個電廠初步設(shè)計時，就數(shù)字化理念綜合考慮電廠熱控設(shè)備的選型和配置，采用大量智能設(shè)備將設(shè)備的管理信息（如設(shè)備KKS（*的）編號、量程設(shè)置、線性處理等）及設(shè)備診斷維修信息（如設(shè)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(shè)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(dǎo)和促進作用。

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