宝鸡二电厂#3、#4 300MW DEH控制系统应用案例----太极TD5000计算

一、系统简介

    在信息产业部和原电力部、机械部领导对开发国产化高技术、高性能分散式控制系统（DCS），以取代进口产品的倡导、敦促和支持下，1996年由太极计算机股份有限公司、东方汽轮机厂和航天部上海812所合作，开始了拥有自主知识产权的DCS系统的研制与开发，并确定了DCS系统首先用于宝鸡二电厂#3、#4 300MW汽轮机组的调节控制系统（DEH），300MW是我国主力机组，起点很高，意义很大。三方紧密合作，优势互补、研制开发工作进展顺利，使宝鸡二电厂的#3、#4 300MW汽轮机DEH系统分别于2000年9月和2001年2月顺利投运，并于2002年4月#3、#4机组顺利达标（符合电力部的运行标准）。

    DEH技术原理就是以汽轮机转速、负荷等为反馈信号，利用计算机闭环控制系统的原理控制机组的高、中压调节阀的开度以控制流入机组高、中压汽缸的蒸汽的流量，从而达到控制汽轮机转速和负荷，实现了汽轮机的启动、升速、定速、并网、带负荷等过程。最终达到汽轮机运行操作的全过程自动控制，系统还具有对所控机组的寿命计算及安全保护控制功能，是汽轮机自动运行不可缺少的控制系统。

二、系统主要功能、特点

1.  系统主要功能：

远方自动挂闸，阀门及高压缸预暖

经验启动曲线自启动

负荷与转速自动控制

定滑定运行，中压缸启动和高中压缸联合启动

阀门管理

超速保护及超速控制

在线进行高中压主汽阀和调节阀活动试验

远方喷油试验，机械、电气超速试验和阀门严密性试验，遮断电磁铁在线试验

TPC主汽压力低保护控制功能

快卸负荷（RUNBACK）功能

机炉协调控制功能

阀门在线校验

手动控制功能

2.  系统特点：
?        
符合机组启动运行特性，高度自动化

在线试验功能齐全

进汽阀门离线和在线自整定

超速保护及控制功能齐全

控制技术先进，控制性能优良

在线维修方便

三、系统配置

    宝鸡二电厂#3、#4 300MW全电调DEH控制系统从功能看由若干个站点构成，配置为一个工程师站、一个操作员站及三个I/O控制站，三个I/O控制站分别是：基本控制站，超速保护站和ATC数据采集计算站。（参见图1）

1. 系统配置的特点

模块化

    系统I/O模板采用模块化、智能化设计，通过工程师站上的组态软件对系统灵活配置，根据不同需求方便构成相应的系统规模。

标准化

・  结构方面使用标准工业机箱

・  模拟量I/O标准信号体制

・  网络协议符合国际标准

・  上层网符合IEEE802.3

・  下层网符合ISO11898

网络化

    系统站间、模板间采用了标准网络协议进行通讯，保证了数据传输的高速可靠运行，并使系统与上层的管理层进行信息共享变的更加便捷。

冗余化

    系统在网络上、基本控制站内所有I/O模板、超速保护站内I/O模板及其它有关重要信号的I/O模板全部采用冗余化的配置，使系统长期安全可靠运行得以保证。 

图1     系统结构

2.工程师站

工程师站的配置

微机   1台（含2块网卡，CRT、鼠标1个）

彩色打印机    1台

    工程师站的硬件平台的档次及型号可根据用户需求灵活选取。

工程师站的性功能

    工程师站位于两层网的上层网，是提供给工程师用来进行系统生成及系统维护的有利操作平台。工程师站的设置，使系统应用软件对用户完全透明，便于用户针对自己被控对象特性，对应用软件作相应的改动，使系统更具可操作性及可维护性，工程师站主要包系统组态、系统维护管理等功能。组态软件主菜单界面参见图2 

图2

3.操作员站

操作员站的配置

工业微机                1台（含网卡2块，21" CRT、鼠标各一个）

彩色打印机              1台

操作员专用键盘          1台

操作员站功能

    作为操作员站的主要设备，主机的型号可随各系统的不同而不同，目前，微机技术发展迅猛，运行速度及图形处理速度皆可与工作站相媲美，而价格却有很大的优势。因此系统选用威达PⅡ266为CPU的高档工控机为操作员站主机；CRT选用具有较高性价比的ViewSonic 21" 高分辨率大屏幕显示器,该显示器扫描频率快,对需要长时间监视画面的操作人员的眼睛能起到很好的保护作用；操作员专用键盘内部带有专用单片机，通过串行口与主机通讯，盘面为触摸式薄膜按键具有良好的防尘效果，按键包括预先加以定义的功能键、系统应用键、盘面辅助键等，使操作员站上的操作简单、直观、易于掌握。操作监视画面参见图3。                            

图3

4.基本控制站

基本控制站的功能

    基本控制站的主要功能就是对汽轮机的转速和负荷实施控制。由多功能处理模板(MFP)及各种I/O模板组成。向上通过以太网完成与其他站的数据交换；向下，通过现场总线网络与站内I/O模板进行通讯。基本控制站采用全冗余配置，即多功能处理器、I/O模板、CAN网皆为冗余配置。并对非常重要的信号如：转速信号，跳闸信号等采用三取二的处理方式。冗余配置的各种输入量的取舍由软件完成。为进一步提高系统可靠性，本站配有专用手操盘，当伺服板处于手动方式下，可手动控制阀门开度。通过模板与软件的密切配合，完成基本控制和手动开控制的自动跟踪和无扰切换。

基本控制站的配置：

模拟量输入模板     1×2=2块          16路

模拟量输出模板     1×2=2块           4路

开关量输入模板     3×2=6块          48路

开关量输出模板     3×2=6块          48路

转速测量模板       3×1=3块           3路

伺服驱动模板（非冗余）10块          10路

多功能处理模板       1×2 块

注：×2为冗余配置

5.超速保护控制站

    超速保护站的功能

    超速保护功能是汽轮机组安全稳定运行的重要保证，控制系统须在汽轮机超速时做出迅速反应，以防止转速飞升，影响人身及设备的安全。基于该功能的重要性，本系统单独划分出一个站点用来完成超速保护功能，本站通过自己的测速模板采集并监视汽轮机转速，当出现超速时，输出控制信号到保护设备，实现对汽轮机的保护功能。其实基本控制站具有基本的超速保护功能，超速保护站的功能单一，使之能够更快地对超速情况采取有效措施。

超速保护控制站的配置：

模拟量输入模板     1×2=2块          16路

开关量输入模板     1×2=2块          16路

开关量输出模板     1×2=2块          16路

转速测量模板           3块           3路

多功能处理模板       1×2块

6.ATC数据采集计算站

ATC数采计算站的功能

    ATC站主要功能是采集系统实行ATC控制时所需的机组参数，通过计算得出机组运行最佳速率、负荷率、给定转速及负荷等，将处理结果送往基本控制站，通过基本控制站完成机组运行的全自动控制，使机组运行于最优工况之下。

ATC数据采集站的配置：

模拟量输入模板         8块         128路

模拟量输出模板         2块           8路

开关量输入模板         3块          48路

开关量输出模板         1块          16路

多功能处理模板       1×2块

注：模入信号中4-20mA有48路，温度信号有80路。

三、推广前景

    该系统在国内率先将现场总线技术应用于DCS系统，瞄准世界计算机控制发展趋势，在硬件可靠性方面实现网络、I/O卡件及电源的在线全冗余；在软件平台拥有更加透明而完全汉化且拥有自主版权的组态软件；在应用软件上一方面汲取多年汽轮机控制系统应用、调试经验，同时利用汽轮机制造厂对控制对象数学模型拥有权的强大优势，使应用软件好用、易用，功能十分完善。

    TD5000型DEH全电调是国内首台完全自主开发的用于汽轮机控制的分散控制系统，它的性能价格比大大优于国外同类产品。宝鸡电厂顺利投运后，可把该产品推广应用于各种型号的汽轮机、水轮机和联合循环机组，用来为新机配套和老机的自动化改造服务；经扩展后，还可广泛用于电站的DCS控制以及输配电、环保、石化、冶金、智能楼宇等工业领域，前途十分光明。