基于Webfield ECS-700系統的大集控模式設計與應用研究

王兆虎

（福建省福能晉南熱電有限公司，福建 晉江 362246）

目前，國產DCS系統的技術日漸成熟，已廣泛應用在火力發電機組中，其中包括很多大容量、高參數的超臨界、超超臨界機組。隨著性能已可媲美甚至超越進口產品，而且價格大幅降低，國產DCS系統展示出超高的性價比，基于國產DCS系統的全廠主輔一體化大集控模式成為可能。由于采用主輔一體化的大集控模式可以增強設備的可靠性和經濟性，減少日常維護成本，還可以提升企業的管理水平，達到減員增效的目的，所以采用此方案顯得可行且必要。在某熱電聯產機組的工程建設中，便采用了基于浙江中控Webfield ECS-700系統的全廠主輔一體化大集控方案。

1 某熱電聯產機組概況

某熱電廠一期工程建設3×300t/h高溫超高壓循環流化床鍋爐機組（2運1備）+2×30MW高溫超高壓抽汽背壓式供熱機組。采用機、爐、電集中控制方式，三爐兩機合用一個集中控制室，主廠房及輔助車間均采用 DCS控制。1#汽機、1#鍋爐、主機公用系統合用一個電子設備間，2#汽機、2#鍋爐、3#鍋爐合用一個電子設備間，兩個電子設備間均布置在汽機房運轉層，分列集控室兩側。輔助車間就地分別設置水處理、除灰、輸煤、脫硫四個監控點。其中水處理、除灰、脫硫三個監控點平時均無人值守，輸煤系統因覆蓋區域較廣、路線較長，設有專人值守監控。主廠房和輔助車間的系統設備均可以由主廠房集控室監視和操作。

2 大集控設計方案介紹

2.1 全廠DCS控制系統簡介

全廠DCS控制系統采用浙江中控技術股份有限公司的Webfield ECS-700分散控制系統，共計38對DPU。根據電廠生產工藝要求，該系統在硬件及軟件分配上按汽機順序控制系統（SCS）、汽機電液控制系統（DEH）、汽機緊急跳閘系統（ETS）、鍋爐順序控制系統（SCS）、爐膛安全監控系統（FSSS）、發電機-變壓器組（ECS）、模擬量控制系統（MCS）等功能來設立子系統。除氧給水系統、閉式水系統、供熱公用系統、除渣公用系統直接納入機組公用DCS系統。

結合輔助車間實際情況,把單元制的蒸汽吹灰系統、SNCR+SCR脫硝系統、FGD脫硫系統、化學加藥系統、汽水取樣系統等控制納入相應的機組DCS系統實現。其他的全廠公用輔助系統,如鍋爐補給水制備系統、凈水站系統、工業廢水處理系統、尿素溶液制備系統、輸煤系統、脫硫公用系統、燃油泵房、除灰和空壓機系統等的控制，納入公用DCS系統實現。輔助系統的DCS機柜分散布置在輔助車間的電子設備間內，操作員站設在集控室內。各輔助車間留有備用的操作

站，為調試期間和運行初期提供便利，并與集控室DCS操作員站互為備用。在輔助車間逐步正常投運后，車間就地監控逐漸轉變為集控室監控。由于輸煤系統車間要求必須有人值班，因此設有專門的輸煤控制室，集控室主要完成監視功能。

在綜合考慮廠房設備的地理位置和熱力系統現場分布后，為了減少施工量和節約電纜，結合部分系統和車間地理位置分散的實際情況，采用了DCS遠程I/O技術，在被控設備附近設置遠程I/O卡件柜，以達到減少工程量和節約電纜的目的。

全廠DCS網絡采用星型網絡結構，設置7個相對獨立的控制域，網絡結構簡述如下：

（1）域為1#機組控制域：2#、4#、6#站為1#鍋爐系統；8#站為1#脫硝系統；10#、12#、14#站為1#汽機系統；16#站為1#電氣系統；18#為1#脫硫系統；（2）域為2#機組控制域：2#、4#、6#站為2#鍋爐系統；8#站為2#脫硝系統；10#、12#、14#站為2#汽機系統；16#站為2#電氣系統；18#為2#脫硫系統；（3）域為3#鍋爐控制域：2#、4#、6#站為3#鍋爐系統；8#站為3#脫硝系統；18#為3#脫硫系統；（4）域為公用系統控制域：2#、4#、6#站為機組公用和燃油泵房系統；8#站為電氣公用系統；10#、12#為脫硫公用系統；（5）域為水系統控制域：2#、4#、6#站為補給水系統，8#站為工業廢水系統；10#站為凈水、生活污水系統；12#站為尿素制備站；（6）域為輸煤系統控制域；（7）域為除灰、空壓機系統控制域。

2.2 全廠集控室布置簡介

集控室按三爐兩機的機、爐、電集中控制方式布置，面積約200m2。主控制臺呈長條形，全長約11.2米，由14個寬度為800mm的操作臺組成。三爐兩機共設置DCS操作員站8臺，其中主機DCS操作站5臺、DEH操作站2臺和公用DCS操作站1臺。另外還有電除塵操作站3臺、NCS操作站1臺、五防機操作站1臺和CCTV工業電視操作站1臺。主控臺前方的屏幕墻上安裝12塊70寸DLP拼接屏和一塊LED條形數據屏。利用主控臺的14臺操作員站和屏幕墻的12塊DLP顯示屏，全廠所有系統的監控在集控室內就可以完成。

2.3 值得注意的問題

（1）主機、脫硫、脫硝等系統的DCS分別屬于不同標段，工程設計存在交叉，后期投運系統的安裝和調試可能影響前期投運系統。（2）系統和設備調試過程中，機組和各輔助車間需同時調試，時間緊張，對工程節點進度可能造成不利影響。（3）DCS系統信號大量增加可能會導致網絡通信負荷率變大,對安全運行不利，因此，采用主輔控一體化控制要注意網絡通信負荷率滿足規范要求。（4）DCS系統要求配備穩定可靠的UPS電源，包括輔助車間也需要配備,這樣會額外增加機組UPS的容量要求。（5）對運行人員的素質要求較高，必須是全能值班員，熟悉鍋爐、汽機、電氣、水處理、除灰、脫硫等各系統的設備和工藝流程。（6）由于工程設計和招標的原因，電除塵系統目前未納入DCS控制，由獨立的PLC控制，后續建議通過技改納入DCS系統。

2.4 軟件控制邏輯和策略優化

為減少運行人員監視和操作的勞動強度，軟件控制邏輯和策略方面也進行了大量優化，主要體現在以下幾點：

（1）總體功能上，將三爐兩機作為一個整體進行控制，充分利用各自的特性，使機組快速響應外界的熱負荷和電負荷的要求，不斷消除運行中的各種擾動，使運行參數達到最佳工況，在機組發生異常工況時，能保證各子系統之間相互配合，切換和調節到安全狀態，不致產生嚴重后果。控制系統設計中，發揮DCS控制系統軟硬件組態方便、靈活的優勢，積極創造條件應用比較豐富和成熟的現代控制策略，如自適應控制及前饋控制等，完善調節功能，提高調節品質，并設置必須的行之有效的聯鎖保護功能，并采取一定的可靠性措施，保證今后實際投用效果。MCS中主要參數如給水流量、汽溫、煙氣含氧量、爐膛壓力信號等的變送器、傳感器做三重或雙重冗余配置。

（2）大量采用順控程序，水處理、氣力除灰、輸煤等輔助車間多采用順控程序啟停，大大減少人員操作。

（3）自動調節系統投入率較高，全廠自動投入率可達95%以上。

3 結語

采用全廠一體化DCS平臺的大集控模式優勢明顯，主要體現在以下幾點：

（1）借助國產DCS系統的高性價比,依靠合理的硬件設計，并結合軟件控制邏輯和策略的優化，全廠自動化控制和管理水平得到了有效提升,大大提高了電廠運行的經濟性。（2）實現真正意義上的全廠集中監控,為發電企業的減員增效起到了示范作用，顯著增強了發電企業的市場競爭力。（3）大幅降低了備品備件數量,減少了維護費用,經濟效益明顯。（4）對于熱控人員來說,可以不用學習和掌握多種控制系統，避免了雜而不精的情況，同時，降低了熱控人員的維護工作強度，節省了培訓費用。（5）由于DCS系統網絡接口技術較為成熟，因而解決了不同系統間通信接口的問題，方便與各種不同類型的第三方網路連接和數據傳輸。