PineControl DEH控制系統(tǒng)在300MW汽輪機(jī)上的應(yīng)用
2007/12/4 13:04:00
一 概述
隨著汽輪機(jī)數(shù)字式電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)(DEH)在火力發(fā)電機(jī)組上的廣泛應(yīng)用，其應(yīng)用技術(shù)已相對(duì)成熟，系統(tǒng)功能基本滿足機(jī)組控制要求。但在工程應(yīng)用中，其安全性、可靠性還有待提高。有調(diào)研表明，DCS(含DEH)系統(tǒng)自身故障造成機(jī)組跳機(jī)的占誤動(dòng)跳機(jī)次數(shù)近一半，并易造成反復(fù)跳機(jī)的隱患。鑒于DEH控制系統(tǒng)的重要性，用戶及設(shè)備廠家一直都期待有更加穩(wěn)定、可靠的控制系統(tǒng)以獲得最大的經(jīng)濟(jì)效益。
由于PLC是專門設(shè)計(jì)用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境，穩(wěn)定性、可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)，具有非常優(yōu)越的模擬量計(jì)算和處理能力。以PLC為硬件平臺(tái)的DEH控制系統(tǒng)正廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制領(lǐng)域，并獲得了相同或更高的控制品質(zhì)。
二 DEH系統(tǒng)介紹
華能岳陽電廠二期擴(kuò)建工程(2×300MW)汽輪機(jī)是由哈爾濱汽輪機(jī)廠生產(chǎn)的N300-16.7/537/537型亞臨界、中間再熱、高中壓合缸、雙缸雙排汽單軸反動(dòng)凝汽式汽輪機(jī)組。DCS系統(tǒng)采用PineControl系統(tǒng)，DEH為該系統(tǒng)的一個(gè)控制站。系統(tǒng)硬件采用進(jìn)口的雙CPU、雙電源熱備PLC，組態(tài)軟件為PineControl系統(tǒng)的PineCAD組態(tài)軟件。
汽輪機(jī)數(shù)字式電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)(DEH)硬件配置主要由上位計(jì)算機(jī)(工程師站、操作員站等與DCS共用)、邏輯處理單元CPU以及各種I/O卡件、機(jī)柜等組成。系統(tǒng)采用兩層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)：第一層為管理層采用冗余100M工業(yè)以太網(wǎng)，負(fù)責(zé)上位機(jī)與控制站的通信；第二層為控制層采用Controller Link總線，負(fù)責(zé)控制站間的通信。當(dāng)控制層網(wǎng)絡(luò)故障時(shí)，100M工業(yè)以太網(wǎng)作為控制層網(wǎng)絡(luò)的后備，能自動(dòng)切到100M冗余工業(yè)以太網(wǎng)通信。
DEH控制部分由冗余的CPU、I/O控制卡件、冗余電源、底板等組成。10塊閥位控制卡(VC卡)組成閥門伺服控制部分，每一塊VC卡用于一個(gè)閥門的控制，接收兩路LVDT信號(hào)和輸出兩路伺服閥控制信號(hào)。
汽機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量采用轉(zhuǎn)速卡及轉(zhuǎn)速信號(hào)冗余設(shè)計(jì)方式(見圖1)。DEH控制系統(tǒng)接收3路轉(zhuǎn)速磁阻探頭信號(hào)，分兩組分別經(jīng)兩個(gè)測(cè)速卡整形送給控制站的3個(gè)高速計(jì)數(shù)卡。同時(shí)測(cè)速卡也具有OPC保護(hù)及電超速保護(hù)功能，即使2路轉(zhuǎn)速探頭故障，仍能正確測(cè)量出汽機(jī)轉(zhuǎn)速。
DEH與APC(協(xié)調(diào)控制系統(tǒng))的接口信號(hào)主要有：汽機(jī)流量指令、實(shí)際流量反饋、DEH遠(yuǎn)控投入請(qǐng)求、APC控制投入等，優(yōu)先選用通信信號(hào)，如果通信信號(hào)故障，程序自動(dòng)取用硬接線信號(hào)。如果兩個(gè)信號(hào)均故障，自動(dòng)退出APC遠(yuǎn)控。在協(xié)調(diào)方式下，DEH只接收和執(zhí)行APC送來的流量指令，并轉(zhuǎn)換成閥位控制指令輸出。
三 DEH系統(tǒng)的特點(diǎn)
PineControl DEH控制系統(tǒng)具有如下特點(diǎn)：
(1)快速、準(zhǔn)確、靈敏度高的特點(diǎn)。PineControl1000系統(tǒng)控制站的基本指令執(zhí)行周期僅0.02μs，借助PineControl先進(jìn)的獨(dú)特的數(shù)據(jù)引擎組態(tài)軟件技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)32位或64位高精確度復(fù)雜的計(jì)算過程，并使控制邏輯更簡單高效。在蒸汽參數(shù)穩(wěn)定的情況下，可保證功率偏差小于1MW，轉(zhuǎn)速偏差小于1r/min。
(2)利用PineCAD組態(tài)軟件，實(shí)現(xiàn)多回路、多變量調(diào)節(jié)，具有較強(qiáng)的適應(yīng)外界負(fù)荷變化和抗內(nèi)擾能力，成功地配合DCS系統(tǒng)連續(xù)長時(shí)間投入雙進(jìn)雙出中速球磨機(jī)組的機(jī)爐協(xié)調(diào)控制和遠(yuǎn)方遙調(diào)(AGC)控制，有利于電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行。
(3)DEH系統(tǒng)可提供手動(dòng)流量控制、調(diào)頻、定汽壓、定功率和機(jī)爐協(xié)調(diào)等多種運(yùn)行方式。滿足機(jī)組的各種運(yùn)行工況要求。
(4)具有閥門管理功能。在啟動(dòng)過程中及低負(fù)荷工況下，可實(shí)現(xiàn)全周進(jìn)汽(單閥控制)，以便于機(jī)組暖體或減少金屬熱應(yīng)力；在大負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，可實(shí)現(xiàn)噴嘴調(diào)節(jié)方式(多閥控制)，以減少不必要的節(jié)流損失，提高了機(jī)組的熱經(jīng)濟(jì)性。
(5)調(diào)試維護(hù)方便、便捷的特點(diǎn)。基于數(shù)據(jù)引擎技術(shù)的PineCAD組態(tài)軟件使用非常方便可靠，在線修改十分簡單、安全且沒有次數(shù)的限制。使得PLC可以擺脫傳統(tǒng)的、以梯形圖為主的編程環(huán)境的制約，并克服了不同PLC須采用不同的編程軟件的無標(biāo)準(zhǔn)化問題。能將相同的控制邏輯組態(tài)傳送到不同的PLC中運(yùn)行，實(shí)時(shí)監(jiān)控它們的運(yùn)行狀態(tài)。此外，PineCAD還可在線修改各種調(diào)節(jié)參數(shù)及邏輯結(jié)構(gòu)，有利于先進(jìn)控制策略的方便實(shí)現(xiàn)，提高自動(dòng)化水平。在線修改時(shí)可退出監(jiān)視狀態(tài)，修改之后，經(jīng)分析確認(rèn)無誤，再傳送到CPU中執(zhí)行。而非即改即生效方式，可大大減少在線修改的危險(xiǎn)性。
(6)由于冗余CPU切換已在PLC中實(shí)現(xiàn)，其可靠性大大提高，經(jīng)實(shí)際反復(fù)檢驗(yàn)均很正常，克服了目前國內(nèi)使用的一些DCS處理器主備切換不正常，處理器的初始化易引發(fā)意外的問題。
(7)由于PineControl DEH控Ò
46;系統(tǒng)以PLC作為硬件平臺(tái)，為模塊化結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)擴(kuò)展靈活，維護(hù)測(cè)試方便，適用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境，抗干擾能力強(qiáng)、可靠性高。
(8)DEH控制系統(tǒng)可采用與Pine-Control系統(tǒng)DCS其他控制站一樣的軟硬件平臺(tái)，可作為DCS的一個(gè)控制站集中統(tǒng)一管理。
四 工程應(yīng)用情況
華能岳陽電廠二期擴(kuò)建工程#3機(jī)組從調(diào)試到投入商業(yè)運(yùn)行，經(jīng)過多次開停機(jī)及168次運(yùn)行考驗(yàn)，DEH系統(tǒng)運(yùn)行情況良好，無一次由于系統(tǒng)自身故障造成機(jī)組跳機(jī)，在機(jī)組啟動(dòng)升速(見圖2)、跨越臨界轉(zhuǎn)速、超速試驗(yàn)、并網(wǎng)升降負(fù)荷、變工況運(yùn)行、抗擾動(dòng)能力、一次調(diào)頻、AGC控制(見圖3)以及主調(diào)閥門活動(dòng)等試驗(yàn)方面，都顯示了系統(tǒng)的優(yōu)越性，且具有運(yùn)行安全可靠、在線檢修維護(hù)、調(diào)試方便快捷等優(yōu)點(diǎn)，達(dá)到了良好的效果。
目前，PineControl控制系統(tǒng)已應(yīng)用于350、330、300MW亞臨界燃煤發(fā)電機(jī)組、135MW和75MW循環(huán)流化床鍋爐供熱發(fā)電機(jī)組、100MW亞臨界燃煤發(fā)電機(jī)組、給水泵汽輪機(jī)、網(wǎng)控、以及鋼鐵行業(yè)等工業(yè)控制領(lǐng)域。
五 結(jié)束語
以PLC硬件組成的PineControl DEH控制系統(tǒng)可極大地提高調(diào)節(jié)系統(tǒng)的安全可靠性、抗干擾能力、維護(hù)方便性。同時(shí)，利用PineControl系統(tǒng)的仿真平臺(tái)，可在設(shè)備出廠前充分測(cè)試DEH的邏輯關(guān)系和設(shè)置調(diào)節(jié)參數(shù)，做到機(jī)組一次沖轉(zhuǎn)成功和零調(diào)試，最大限度地提高機(jī)組的安全可靠性。
隨著汽輪機(jī)數(shù)字式電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)(DEH)在火力發(fā)電機(jī)組上的廣泛應(yīng)用，其應(yīng)用技術(shù)已相對(duì)成熟，系統(tǒng)功能基本滿足機(jī)組控制要求。但在工程應(yīng)用中，其安全性、可靠性還有待提高。有調(diào)研表明，DCS(含DEH)系統(tǒng)自身故障造成機(jī)組跳機(jī)的占誤動(dòng)跳機(jī)次數(shù)近一半，并易造成反復(fù)跳機(jī)的隱患。鑒于DEH控制系統(tǒng)的重要性，用戶及設(shè)備廠家一直都期待有更加穩(wěn)定、可靠的控制系統(tǒng)以獲得最大的經(jīng)濟(jì)效益。
由于PLC是專門設(shè)計(jì)用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境，穩(wěn)定性、可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)，具有非常優(yōu)越的模擬量計(jì)算和處理能力。以PLC為硬件平臺(tái)的DEH控制系統(tǒng)正廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制領(lǐng)域，并獲得了相同或更高的控制品質(zhì)。
二 DEH系統(tǒng)介紹
華能岳陽電廠二期擴(kuò)建工程(2×300MW)汽輪機(jī)是由哈爾濱汽輪機(jī)廠生產(chǎn)的N300-16.7/537/537型亞臨界、中間再熱、高中壓合缸、雙缸雙排汽單軸反動(dòng)凝汽式汽輪機(jī)組。DCS系統(tǒng)采用PineControl系統(tǒng)，DEH為該系統(tǒng)的一個(gè)控制站。系統(tǒng)硬件采用進(jìn)口的雙CPU、雙電源熱備PLC，組態(tài)軟件為PineControl系統(tǒng)的PineCAD組態(tài)軟件。
汽輪機(jī)數(shù)字式電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)(DEH)硬件配置主要由上位計(jì)算機(jī)(工程師站、操作員站等與DCS共用)、邏輯處理單元CPU以及各種I/O卡件、機(jī)柜等組成。系統(tǒng)采用兩層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)：第一層為管理層采用冗余100M工業(yè)以太網(wǎng)，負(fù)責(zé)上位機(jī)與控制站的通信；第二層為控制層采用Controller Link總線，負(fù)責(zé)控制站間的通信。當(dāng)控制層網(wǎng)絡(luò)故障時(shí)，100M工業(yè)以太網(wǎng)作為控制層網(wǎng)絡(luò)的后備，能自動(dòng)切到100M冗余工業(yè)以太網(wǎng)通信。
DEH控制部分由冗余的CPU、I/O控制卡件、冗余電源、底板等組成。10塊閥位控制卡(VC卡)組成閥門伺服控制部分，每一塊VC卡用于一個(gè)閥門的控制，接收兩路LVDT信號(hào)和輸出兩路伺服閥控制信號(hào)。
汽機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量采用轉(zhuǎn)速卡及轉(zhuǎn)速信號(hào)冗余設(shè)計(jì)方式(見圖1)。DEH控制系統(tǒng)接收3路轉(zhuǎn)速磁阻探頭信號(hào)，分兩組分別經(jīng)兩個(gè)測(cè)速卡整形送給控制站的3個(gè)高速計(jì)數(shù)卡。同時(shí)測(cè)速卡也具有OPC保護(hù)及電超速保護(hù)功能，即使2路轉(zhuǎn)速探頭故障，仍能正確測(cè)量出汽機(jī)轉(zhuǎn)速。
DEH與APC(協(xié)調(diào)控制系統(tǒng))的接口信號(hào)主要有：汽機(jī)流量指令、實(shí)際流量反饋、DEH遠(yuǎn)控投入請(qǐng)求、APC控制投入等，優(yōu)先選用通信信號(hào)，如果通信信號(hào)故障，程序自動(dòng)取用硬接線信號(hào)。如果兩個(gè)信號(hào)均故障，自動(dòng)退出APC遠(yuǎn)控。在協(xié)調(diào)方式下，DEH只接收和執(zhí)行APC送來的流量指令，并轉(zhuǎn)換成閥位控制指令輸出。
三 DEH系統(tǒng)的特點(diǎn)
PineControl DEH控制系統(tǒng)具有如下特點(diǎn)：
(1)快速、準(zhǔn)確、靈敏度高的特點(diǎn)。PineControl1000系統(tǒng)控制站的基本指令執(zhí)行周期僅0.02μs，借助PineControl先進(jìn)的獨(dú)特的數(shù)據(jù)引擎組態(tài)軟件技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)32位或64位高精確度復(fù)雜的計(jì)算過程，并使控制邏輯更簡單高效。在蒸汽參數(shù)穩(wěn)定的情況下，可保證功率偏差小于1MW，轉(zhuǎn)速偏差小于1r/min。
(2)利用PineCAD組態(tài)軟件，實(shí)現(xiàn)多回路、多變量調(diào)節(jié)，具有較強(qiáng)的適應(yīng)外界負(fù)荷變化和抗內(nèi)擾能力，成功地配合DCS系統(tǒng)連續(xù)長時(shí)間投入雙進(jìn)雙出中速球磨機(jī)組的機(jī)爐協(xié)調(diào)控制和遠(yuǎn)方遙調(diào)(AGC)控制，有利于電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行。
(3)DEH系統(tǒng)可提供手動(dòng)流量控制、調(diào)頻、定汽壓、定功率和機(jī)爐協(xié)調(diào)等多種運(yùn)行方式。滿足機(jī)組的各種運(yùn)行工況要求。
(4)具有閥門管理功能。在啟動(dòng)過程中及低負(fù)荷工況下，可實(shí)現(xiàn)全周進(jìn)汽(單閥控制)，以便于機(jī)組暖體或減少金屬熱應(yīng)力；在大負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，可實(shí)現(xiàn)噴嘴調(diào)節(jié)方式(多閥控制)，以減少不必要的節(jié)流損失，提高了機(jī)組的熱經(jīng)濟(jì)性。
(5)調(diào)試維護(hù)方便、便捷的特點(diǎn)。基于數(shù)據(jù)引擎技術(shù)的PineCAD組態(tài)軟件使用非常方便可靠，在線修改十分簡單、安全且沒有次數(shù)的限制。使得PLC可以擺脫傳統(tǒng)的、以梯形圖為主的編程環(huán)境的制約，并克服了不同PLC須采用不同的編程軟件的無標(biāo)準(zhǔn)化問題。能將相同的控制邏輯組態(tài)傳送到不同的PLC中運(yùn)行，實(shí)時(shí)監(jiān)控它們的運(yùn)行狀態(tài)。此外，PineCAD還可在線修改各種調(diào)節(jié)參數(shù)及邏輯結(jié)構(gòu)，有利于先進(jìn)控制策略的方便實(shí)現(xiàn)，提高自動(dòng)化水平。在線修改時(shí)可退出監(jiān)視狀態(tài)，修改之后，經(jīng)分析確認(rèn)無誤，再傳送到CPU中執(zhí)行。而非即改即生效方式，可大大減少在線修改的危險(xiǎn)性。
(6)由于冗余CPU切換已在PLC中實(shí)現(xiàn)，其可靠性大大提高，經(jīng)實(shí)際反復(fù)檢驗(yàn)均很正常，克服了目前國內(nèi)使用的一些DCS處理器主備切換不正常，處理器的初始化易引發(fā)意外的問題。
(7)由于PineControl DEH控Ò
46;系統(tǒng)以PLC作為硬件平臺(tái)，為模塊化結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)擴(kuò)展靈活，維護(hù)測(cè)試方便，適用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境，抗干擾能力強(qiáng)、可靠性高。
(8)DEH控制系統(tǒng)可采用與Pine-Control系統(tǒng)DCS其他控制站一樣的軟硬件平臺(tái)，可作為DCS的一個(gè)控制站集中統(tǒng)一管理。
四 工程應(yīng)用情況
華能岳陽電廠二期擴(kuò)建工程#3機(jī)組從調(diào)試到投入商業(yè)運(yùn)行，經(jīng)過多次開停機(jī)及168次運(yùn)行考驗(yàn)，DEH系統(tǒng)運(yùn)行情況良好，無一次由于系統(tǒng)自身故障造成機(jī)組跳機(jī)，在機(jī)組啟動(dòng)升速(見圖2)、跨越臨界轉(zhuǎn)速、超速試驗(yàn)、并網(wǎng)升降負(fù)荷、變工況運(yùn)行、抗擾動(dòng)能力、一次調(diào)頻、AGC控制(見圖3)以及主調(diào)閥門活動(dòng)等試驗(yàn)方面，都顯示了系統(tǒng)的優(yōu)越性，且具有運(yùn)行安全可靠、在線檢修維護(hù)、調(diào)試方便快捷等優(yōu)點(diǎn)，達(dá)到了良好的效果。
目前，PineControl控制系統(tǒng)已應(yīng)用于350、330、300MW亞臨界燃煤發(fā)電機(jī)組、135MW和75MW循環(huán)流化床鍋爐供熱發(fā)電機(jī)組、100MW亞臨界燃煤發(fā)電機(jī)組、給水泵汽輪機(jī)、網(wǎng)控、以及鋼鐵行業(yè)等工業(yè)控制領(lǐng)域。
五 結(jié)束語
以PLC硬件組成的PineControl DEH控制系統(tǒng)可極大地提高調(diào)節(jié)系統(tǒng)的安全可靠性、抗干擾能力、維護(hù)方便性。同時(shí)，利用PineControl系統(tǒng)的仿真平臺(tái)，可在設(shè)備出廠前充分測(cè)試DEH的邏輯關(guān)系和設(shè)置調(diào)節(jié)參數(shù)，做到機(jī)組一次沖轉(zhuǎn)成功和零調(diào)試，最大限度地提高機(jī)組的安全可靠性。
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