和利时DCS在600 MW超临界空冷机组上的应用

王丽丽，沈铁志

（神华内蒙古国华呼伦贝尔发电有限公司，内蒙古呼伦贝尔021025）

和利时DCS在600 MW超临界空冷机组上的应用

王丽丽，沈铁志

（神华内蒙古国华呼伦贝尔发电有限公司，内蒙古呼伦贝尔021025）

介绍了和利时公司的MACS V6 DCS（分散控制系统）网络结构、特点及其在呼伦贝尔发电公司600 MW机组上的应用情况，并对应用过程中应注意的一些问题加以分析，旨在为应用和利时DCS的发电厂提供借鉴，从而推动国产DCS的应用进程，并使其变得更完善。

600 MW；DCS；应用；维护

国内600 MW及以上机组的控制大都采用进口控制系统，DEH（数字电液控制系统）更是由国外所垄断。而呼伦贝尔发电公司2×600 MW超临界直流空冷机组采用和利时自动化工程有限公司的MACS V6 DCS（分散控制系统），实现机炉一体化控制，是国产DCS在600 MW超临界空冷机组上的首次应用。由于缺乏成熟的经验，在应用过程中出现了一些值得关注的软、硬件问题，经过用户与厂家的不断改进，问题逐步得到解决。

1 控制系统概述

1.1 系统配置与功能

MACS V6 DCS中DEH的电气部分采用和利时公司的S/M系列硬件产品。2台单元机组的控制分别由2套DCS实现，公共系统的控制由DCS公共系统实现，配置MACS V6控制系统软件；DCS公用系统网络分别与相应2台机组DCS通信，DCS公共系统不设操作员站。单元机组操作员站均可对公用系统进行监控，无法实现相互闭锁功能。

正常运行时规定由1号机组操作，1号机组DCS故障或检修时切至2号机组DCS控制。整个系统配置满足DL/T 1083-2008标准[1]的要求，实现DAS（数据采集）、MCS（模拟量控制）、FSSS（锅炉炉膛安全监控）、SCS（顺序控制）、ECS（电气控制）、DEH等。

DCS的监控范围除锅炉、汽轮发电机组及辅机系统、发变组及电气厂用电源系统外，空冷系统、旁路控制、辅机冷却水泵房系统、锅炉吹灰设备、烟气脱硝区域、燃油泵房设备的控制也统一纳入了DCS系统，完成各种数据采集、监视、控制和保护功能，以满足各种运行工况的要求。

1.2 域配置

DCS引入了域的概念，共分为3个域，每个域由独立的服务器、系统网络和多个现场控制站组成，完成相对独立的采集和控制功能。域有域名，域内数据单独组态和管理，域间数据可以重名。各个域可以共享监控网络和工程师站，操作员站和性能计算站等可通过域名登录到不同的域进行操作，而数据按域独立组态，域间数据可以由域间引用或域间通信组态进行定义，并通过监控网络相互引用。3个域具体分工如下：

（1）0号域：公用系统设6个现场控制站，站号从44—49号，其中49号为燃油控制站，设在燃油泵房，为远程控制站。

（2）1号域：为1号机组锅炉、汽机、电气控制，共有34个现场控制站，10—24号为锅炉控制站，25—31号为空冷远程控制站（在空冷电子间），32—38号和42，43号为DEH控制站；38—41号电气控制站。

（3）2号域：为2号机组锅炉、汽机、电气控制，设置的操作员站与1号域相同。

1.3 主机DCS网络

机组DCS控制网络，由上到下分为监控网络、系统网络和控制网络3个层次，其中：监控网络实现工程师站、操作员站、性能计算站与系统服务器的互连；系统网络实现现场控制站与系统服务器的互连；控制网络实现现场控制站与过程I/O单元的通信。

网络节点主要包括工程师站、操作员站、性能计算站、优化控制站、管理网网关、系统服务器（单台机组配置3台I/O服务器互相冗余、2台实时/历史服务器互相冗余）、现场控制站、通信控制站等。网络结构如图1所示。

2 控制系统应用特点

2.1 实现汽机、锅炉控制一体化

DEH与DCS一样，采用同类型控制器，只是在控制器内部采用更短的处理周期（50 ms），同时在逻辑组态时DEH采用FBD语言，与DCS逻辑组态采用的CFC语言不同。DEH在汽轮机控制中处于核心地位，直接影响机组的安全、经济、稳定运行，对设备的可靠性、网络的安全性提出了更高的要求。DEH也采用和利时产品，采用与和利时DCS同样的通信网络进行通信，必要时也通过站间硬接线相连。

DEH部分由BTC基本控制站、ATC自启动控制站组成，共有2个控制站3个机柜。机柜中安装有冗余主控单元及各种I/O模块，以完成各种控制功能。服务器、工程师站及操作员站与DCS系统共用，主要完成数据库管理、控制组态及监视操作等功能。

在DEH与DCS一体化实施的管理上，注意在做好各项技术措施，保证系统能够按照设计要求正常运行。按DL/T 659-2006标准[2]的要求，积极做好冗余控制器切换和控制网络切换等各项试验，核查ETS（汽轮机跳闸保护系统）与TSI（汽轮机安全监视系统）、DCS及DEH之间的通信信号，DEH与DCS之间的通信信号等，并进行相应的传动试验。

图1 网络结构

DCS和DEH的一体化设计既要考虑系统的集中管理和控制，又要考虑DCS和DEH控制系统功能上的不同，采用相对独立的控制站，对于两个系统之间重要的联络信号采用柜间硬接线的设计。

2.2 实现远程空冷系统控制

机组空冷系统设置远程I/O站（含冗余配置的控制器，单元机组设置），分7个控制站（32—38号）布置在空冷平台下就地电子间。空冷远程I/O站与机组DCS间采用双向冗余的通信连接，交换机通过金属铠装光缆与主机DCS进行通信，保证空冷系统控制的安全、迅速、合理。

因空冷系统风机数量较多（共计56台），采用变频控制，变频器在整流、逆变过程中不可避免地会产生对DCS系统谐波干扰和对其他设备的电磁辐射干扰。因此，要求变频调速系统产生谐波满足GB/T 14549《电能质量公用电网谐波》及IEEE 519标准的相关规定。采用EMC（电磁兼容性）滤波器，并配合合适的元件抑制谐波和电磁辐射干扰。同时，要求和利时公司在DCS控制站机柜及I/O卡件的设计及制造上，满足电磁兼容性标准要求。

另外，在空冷电子间墙体内安装金属屏蔽网，降低空冷系统干扰，防止空冷风机变频器运行对DCS系统及就地设备的干扰。

空冷风机的电动机温度监视采用国产智能数据采集前端设备，以通信方式接入空冷系统DCS远程I/O站，这种通信方式可大大降低温度信号在传输过程中所受的变频干扰。

空冷控制系统主要功能包括：风机控制功能子组、阀门控制功能子组、空冷岛电气部分控制功能子组。具体包括排汽装置背压调节、变频风机自动投运、自动暖管程控、空冷程控启停、过冷及霜冻保护、真空泵选择等。

3 设计、运行中应重点注意的问题

3.1 空冷系统的防寒防冻设计

因呼伦贝尔地处高寒，冬季极易发生严重的冻结事故，因此机组的空冷控制必须具有可靠的防冻保护逻辑。其中空冷凝汽器的防冻保护，由顺流管束单元的防冻保护、逆流管束单元的防冻保护、逆流管束单元的回暖运行3个部分组成。

当达到防护条件时触发防冻保护逻辑动作，防冻保护动作的优先级别从低到高依次是：顺流管束单元的防冻保护、逆流管束单元的防冻保护、逆流管束单元的回暖运行。其中：

（1）顺流管束单元的防冻保护中，当设置的条件越限时，触发凝结水过冷报警。

（2）逆流管束单元的防冻保护中设置一定条件时，触发抽真空过冷报警及防冻保护。

（3）当逆流管束单元的回暖条件达到允许条件时，则启动回暖程控程序，并在温度高于设定值时结束步序程控。

3.2 I/O远程控制站与DCS之间的通信

除空冷系统外，公用系统中的燃油泵房控制也采用远程I/O控制站技术。在主厂房外的燃油泵房设置远程I/O柜（两机公用）。控制器位于主厂房电子设备间内，远程I/O和相关继电器模块设置于泵房电子间内。远程I/O站与机组DCS间采用双向冗余的金属铠装光缆连接，距离机组电子设备间1 000 m左右，主控制站与远程I/O之间通过光纤进行通信。电子间内交换机为RS20百兆级交换机，就地的远程控制站与之相连的光电转换器为卓越信通TSC MC210FT系列工业级光电介质转换器（简称TSC）。

运行中发现TSC能接收的数据量无法达到DCS传输的数据量，因此出现了TSC与赫兹曼交换机不兼容的现象，导致49号站通信故障。把4个TSC更换成2个RS20交换机后该站通信正常。这一案例提醒在今后的远程I/O技术应用中，应充分考虑远程站与主DCS之间通信的可靠性。

3.3 DCS时钟

采用GPS（标准时钟源）+FM197（对时集线器）校时（级联）的连接方式，通过2台中央服务器的串行通信接口COM同时接收统一GPS校时时钟信号，由主服务器对系统内部各站进行校时。因考虑全厂时钟的统一性等问题，DCS没有采用独立的GPS时钟，而是通过采用电气的GPS时钟设备与和利时提供的FM197相连来实现校时功能。

某日在调试稳控装置与GPS时钟校时过程中，送DCS的主GPS时钟信号中断，导致DCS历史数据出现10 min的异常。发现该情况后，立即将电气送DCS的时钟信号切除，直接取公用DCS服务器的时钟信号为机组公用系统的DCS校时。

后又几次将GPS时钟投上、断开，在GPS断开时，从DCS的FM197上观察，可见时钟从故障时开始，以每秒8 h的速度递减。检查主时钟GPS送FM197的报文，可发现由电气送来的报文显示GPS时钟当时也以每秒8 h的速度递减。初步分析认定为这种现象是电气GPS时钟信号问题。

从以上案例中分析发现，当GPS主时钟信号故障或异常时，会造成DCS时钟紊乱，可能会导致数据缺少或被覆盖等现象。因此若主GPS时钟异常，应立即解除GPS主时钟到DCS的校时信号，改由FM197提供的系统时钟完成DCS的校时功能。同时建议，DCS最好采用性能质量优良独立的GPS时钟源，从而最大程度避免出现DCS历史数据丢失现象。

4 日常维护过程中应注意的问题

4.1 逻辑修改后执行数据流排序

逻辑修改后，新功能块按写入顺序自动从该方案中最后1个功能块向后排序，在程序执行过程中，会造成顺序混乱导致输出异常。系统在1次DCS性能测试时曾发生过调节指令由50%瞬间变为100%的现象，后对该组态方案页进行数据流排序后未再出现过此类问题。因此，日常维护过程中，若对CFC语言编写的程序进行组态修改时，修改后要按数据流排序，以确保逻辑计算正确。

4.2 组态程序变量说明区中增加掉电保护

在新增加组态方案页后，应统一检查组态程序变量说明区中是否全部添加了掉电保护“RETAIN”项。若部分组态方案页中未加此项，将会导致控制站从机没有记忆之前主机中的参数，主从控制器切换时一些开关量发生状态翻转。如某日将DCS控制站统一切成A机为主控时，就曾因此而发生给水流量低二值信号首出现象，后在该方案页的组态程序变量说明区增加掉电保护“RETAIN”项后，未再发生类似问题。

4.3 定期关闭不需要监视的程序窗口

在机组停运期间，检查每个控制站，将不需要监视的窗口关闭，使用时再打开，这样可避免出现过多的监视变量。如某日2号机组18号控制站个别方案页输出项在控制站在线登录时不显示实际输出值，而出现错误代码“too many monitoring variables”。后将暂时不需要查看的监视窗口关闭，未再发生类似问题。

4.4 删除垃圾逻辑及功能块

项目实施过程中，为方便调试等原因，会造成逻辑组态中存在部分垃圾逻辑及功能块，这部分逻辑及功能块也参与运算，但并无实际用途，却增加了控制站的CPU（中央处理器）负荷率，在日常维护及大小修过程中应对该部分逻辑进行优化，或直接删除。

4.5 定期进行工程备份

因和利时DCS不能实现在线增加点和硬件的功能，一旦不小心出现在线修改，可能会导致完全下装控制器，届时一些参数状态可能会改变。应定期进行工程备份，保证在出现意外完全下装控制器时，能有最新的工程备份加以替换。

4.6 定期重启服务器

服务器在长时间运行之后，系统资源的占用率越来越大，将会明显降低系统运行效率。应利用大小修或机组停运等机会依次重新启动冗余配置的服务器系统，那些长时间被占用的系统资源就会被及时释放出来，以保持服务器的运行效率一直在比较高的状态。

4.7 冗余配置的服务器切换间隔时间

切断A服务器实时服务器网线时，B服务器切至主控工作，过整点10 min后恢复A服务器，则A服务器此段模拟量历史数据将丢失；此时若在30 min之内重新注销A服务器后，则A，B服务器对齐，丢失段历史数据会从B服务器实时写入A服务器，否则30 min后，丢失的数据将在A服务器中无法恢复。而开关量变位则由I/O服务器补发此段丢失数据，不受影响。切断B服务器时，会出现同样情况。

若发现实时/历史服务器其中1台网络失去，应在30 min内注销重启该服务器，或者到另一台实时/历史服务器中将丢失数据时间段的历史数据重新复制到本台服务器中，以防止数据丢失。

4.8 控制系统逻辑在线登陆后要及时退出

控制系统逻辑在长时间登陆状态下，若突然断线（非正常退出）会对控制器造成一定的影响，曾出现过控制器内部分程序丢失的事故。因此在不使用时，一定要使工程师站和控制站处于离线状态。

5 结语

国华呼伦贝尔发电公司在国内600 MW超临界空冷机组中，首次全部采用和利时公司的MACS V6控制系统，实现了DCS和DEH系统的一体化设计。打破了进口DCS在市场方面的垄断局面，大大降低了电力装机投资成本。从本工程统计数据看，国产DCS在技术水平和可靠性上已拥有与国际产品一比高下的水平。只要国内相关厂家积极进取，进一步提高产品质量，发挥自己的长处和优势，改变发电厂DCS应用现状并取得优势是可以预期的[3]。

[1]DL/T 1083－2008火力发电厂分散控制系统技术条件[S]．北京：中国电力出版社，2008．

[2]DL/T 659－2006火力发电厂分散控制系统验收测试规程[S]．北京：中国电力出版社，2007．

[3]孙长生，黄勃，丁俊宏，等．推进国产DCS应用进程的探讨[J]．自动化博览，2012，12（12）∶12－13．

（本文编辑：陆莹）

Application of Hollysys DCS in 600 MW Supercritical Air Cooling Units

WANG Li-li，SHEN Tie-zhi
（Shenhua Inner Mongolia Guohua Hulunbuir Power Generation Co.，Ltd.，Hulunbuir Inner Mongolia 021025，China）

The paper introduces network structure，characteristics and the application of MACS V6 DCS（distributed control system）of Hollysys Company adopted in Phase-I project（2×600 MW）of Guohua Hulunbuir Power Generation Co.，Ltd.；furthermore，it analyzes problems that need attention，aiming to provide reference to power plants that use Hollysys DCS，and thus promote the process of using domestic DCS to perfect the product.

600 MW；DCS；application；maintenance

TK323

：B

：1007-1881（2013）05-0041-05

2013-03-18

王丽丽（1974-），女，辽宁锦州人，工程师，从事火力发电厂热控管理与维护工作。