摘要：本文主要闡述了國(guó)產(chǎn)DCS系統(tǒng)首次在臺(tái)電二期1000MW的應(yīng)用，簡(jiǎn)單介紹了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成、控制系統(tǒng)功能與應(yīng)用特點(diǎn)，對(duì)國(guó)產(chǎn)DCS的應(yīng)用提出建議。

    關(guān)鍵詞：和利時(shí)；MACS；1000MW；大集控

    1 引言

    近幾年隨著國(guó)家自動(dòng)化工業(yè)控制系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)的迅速發(fā)展，國(guó)產(chǎn)DCS的技術(shù)水平在某些功能和技術(shù)指標(biāo)上已超過(guò)國(guó)際先進(jìn)水平。通過(guò)工程積累，控制策略也已經(jīng)達(dá)到或接近了國(guó)際先進(jìn)水平。為更好推廣高科技國(guó)產(chǎn)化設(shè)備，臺(tái)山電廠(chǎng)在經(jīng)過(guò)多方調(diào)研考證后，最終決定選用杭州和利時(shí)自動(dòng)化有限公司生產(chǎn)的MACS V6系統(tǒng)做為二期擴(kuò)建工程首臺(tái)1000MW機(jī)組的DCS控制系統(tǒng)。

    2 概述

    2.1 工程概況

    廣東臺(tái)山發(fā)電廠(chǎng)工程分兩期建設(shè)，一期工程5×600MW亞臨界機(jī)組，五臺(tái)機(jī)組分別于2003年12月9日、2004年4月9日、 2006年01月21日、27日、2006年11月28日全部建成投產(chǎn)；二期工程建設(shè)4×1000MW超超臨界機(jī)組，并預(yù)留2臺(tái)1000MW超超臨界機(jī)組場(chǎng)地，最終容量可達(dá)9000MW。

    本文所述對(duì)象為二期擴(kuò)建工程的6、7號(hào)機(jī)，即2×1000MW國(guó)產(chǎn)超超臨界燃煤機(jī)組。

    2.2 MACS V6介紹

    MACS V6控制系統(tǒng)是HOLLIAS MACS系統(tǒng)的最新一代版本，由以太網(wǎng)和基于現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)的控制網(wǎng)絡(luò)連接的各工程師站、操作員站、現(xiàn)場(chǎng)控制站(包括主控單元設(shè)備和I/O單元設(shè)備)、通訊控制站、數(shù)據(jù)服務(wù)器組成。主要完成數(shù)據(jù)采集、運(yùn)算與處理，邏輯組態(tài)與下裝，畫(huà)面監(jiān)視與控制等多項(xiàng)功能。

   系統(tǒng)硬件由工程師站、操作站、現(xiàn)場(chǎng)控制站（包括主控單元設(shè)備和I/O單元設(shè)備）、通訊控制站、打印服務(wù)站、系統(tǒng)服務(wù)器、系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)、控制網(wǎng)絡(luò)等組成。系統(tǒng)軟件包括：工程師站組態(tài)軟件、操作員站在線(xiàn)軟件、現(xiàn)場(chǎng)控制器運(yùn)行軟件、服務(wù)器軟件等。MACS V6系統(tǒng)除可以完成傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集、處理，進(jìn)行設(shè)備狀態(tài)顯示、記錄、報(bào)警、歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與檢索、事故追憶、性能計(jì)算、操作指導(dǎo)等功能外，還增加了具有和利時(shí)特色的畫(huà)面回放功能，該功能可以有效記錄整個(gè)過(guò)程中設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)與操作記錄和參數(shù)的變化情況，對(duì)事故分析的正確性和及時(shí)性帶來(lái)了很大幫助。

    2.3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

    本工程DCS系統(tǒng)采用Client/Server體系結(jié)構(gòu)，控制管理網(wǎng)絡(luò)采用兩層結(jié)構(gòu)，星型連接，雙冗余配置?？刂凭W(wǎng)絡(luò)和管理網(wǎng)絡(luò)的分離有利于將交換機(jī)設(shè)備故障風(fēng)險(xiǎn)分散，同時(shí)大大減少了數(shù)據(jù)處理量和網(wǎng)絡(luò)上的擁塞。遠(yuǎn)程控制站采用1000M以太光纖連入系統(tǒng)，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

    6號(hào)機(jī)組和公用系統(tǒng)共設(shè)3個(gè)域，分別為：#0域，包含機(jī)組公用和脫硫公用設(shè)備，共11個(gè)控制站；#1域，包含鍋爐、汽機(jī)、電氣系統(tǒng)的I/O設(shè)備及遠(yuǎn)程控制站，共49個(gè)控制站；#3域，包含脫硫系統(tǒng)設(shè)備，共5個(gè)控制站。每個(gè)域均設(shè)6個(gè)服務(wù)器，分別為4 個(gè)I/O服務(wù)器和2個(gè)歷史/實(shí)時(shí)服務(wù)器。操作員站和工程師站集中布置，共設(shè)為9個(gè)操作員站和3個(gè)工程師站。

    3 控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)功能及設(shè)計(jì)特點(diǎn)

   3.1 功能

    國(guó)華臺(tái)電2×1000MW發(fā)電機(jī)組DCS控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)功能包括：數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（DAS）、模擬量控制系統(tǒng)（MCS）、鍋爐爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)（FSSS）、順序控制系統(tǒng)（SCS）、旁路控制系統(tǒng)（BPC）、給水泵控制系統(tǒng)（MEH）、電氣控制系統(tǒng)（ECS）等各項(xiàng)控制功能，是集軟硬件于一體的能夠完成全套機(jī)組啟、停、正常運(yùn)行、變工況等各項(xiàng)功能的控制系統(tǒng)。DCS公用系統(tǒng)分別接入兩臺(tái)單元機(jī)組的DCS網(wǎng)絡(luò)。

    3.2 設(shè)計(jì)特點(diǎn)

   3.2.1 多重冗余配置，全面提高系統(tǒng)穩(wěn)定性、可靠性在本工程中設(shè)計(jì)了多重冗余配置結(jié)構(gòu)，主要體現(xiàn)在：

    （1）管理網(wǎng)、控制網(wǎng)兩級(jí)網(wǎng)絡(luò)均實(shí)現(xiàn)雙冗余。采用兩層網(wǎng)絡(luò)均冗余的方法可以保證在任一網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)問(wèn)題的情況下，整個(gè)DCS控制系統(tǒng)能正常工作；

    （2）主控單元實(shí)現(xiàn)雙冗余，正常工作時(shí)一主一從。當(dāng)主主控單元故障時(shí)自動(dòng)切換到從主控單元，兩個(gè)主控單元間程序使用ProfiBus DP總線(xiàn)保持同步；

    （3）控制系統(tǒng)電源及電源模塊均實(shí)現(xiàn)雙冗余?？刂普?、各服務(wù)器直接雙路電源接入，有任一路接通即可正常工作；工程師站、操作員站等采用兩路電源通過(guò)切換裝置后接入的方式實(shí)現(xiàn)有任一路接通即可正常工作；

    （4）I/O服務(wù)器實(shí)現(xiàn)四冗余?？梢栽贛ACS V6系統(tǒng)中對(duì)四臺(tái)I/O服務(wù)器分別進(jìn)行配置，使其在正常狀態(tài)下各自?xún)?yōu)先處理分配的控制站信號(hào)，當(dāng)有任一臺(tái)出現(xiàn)故障時(shí)，均可由其它服務(wù)器接管其工作，最?lèi)毫拥那闆r下只要有一臺(tái)I/O服務(wù)器能正常工作也可完成全部的I/O處理功能；

    （5）歷史/實(shí)時(shí)服務(wù)器實(shí)現(xiàn)雙冗余，正常工作時(shí)一主一從。當(dāng)主歷史/實(shí)時(shí)服務(wù)器故障時(shí)自動(dòng)切換到從歷史/實(shí)時(shí)服務(wù)器，兩個(gè)歷史/實(shí)時(shí)服務(wù)器間程序使用TCP/IP協(xié)議保持?jǐn)?shù)據(jù)同步；

    3.2.2 分站分域管理，提高系統(tǒng)可用率，最大程度分散風(fēng)險(xiǎn)本著風(fēng)險(xiǎn)最小化的理念，本工程在設(shè)計(jì)初期就確定了分站分域管理的方法，提高系統(tǒng)可用率，最大程度分散風(fēng)險(xiǎn)。主要體現(xiàn)在：

    （1）將整個(gè)工程分為3個(gè)域(公用、單元機(jī)組、脫硫)，每個(gè)域相互獨(dú)立，各自使用自有的服務(wù)器、控制站、網(wǎng)絡(luò)等；

    （2）將同一系統(tǒng)的多個(gè)設(shè)備劃分到不同的控制站，如制粉系統(tǒng)，A～F給煤機(jī)、磨煤機(jī)等分別劃分在#11～16號(hào)控制站；

    （3）將重要保護(hù)、跳閘信號(hào)劃分到不同控制站內(nèi)的不同卡件上，保證信號(hào)采集的準(zhǔn)確性。

    3.3 系統(tǒng)特點(diǎn)

    (1) MACS V6考慮了現(xiàn)代電力企業(yè)的發(fā)展需求，按大型系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)創(chuàng)新，在體系結(jié)構(gòu)上引入域的概念，從根本上解決了大型裝置既可實(shí)現(xiàn)幾個(gè)分裝置的信息聯(lián)合，又可以保持各分裝置的相對(duì)獨(dú)立運(yùn)行和操作，系統(tǒng)支持16個(gè)域，每個(gè)域可以支持6萬(wàn)5千個(gè)物理點(diǎn)。

   (2) 過(guò)去我們區(qū)分DCS和PLC主要通過(guò)被控對(duì)象的特點(diǎn)（過(guò)程控制和邏輯控制）來(lái)進(jìn)行劃分。MACS V6系統(tǒng)包容了過(guò)程控制、邏輯控制和批處理控制，實(shí)現(xiàn)了混合控制。

    (3) 在現(xiàn)代化電廠(chǎng)有兩個(gè)趨勢(shì)，一個(gè)是控制范圍的不斷擴(kuò)大，設(shè)備廠(chǎng)家眾多；另一個(gè)是管理和控制上的一體化需求不斷加強(qiáng)，為實(shí)現(xiàn)數(shù)字化工廠(chǎng)打下一個(gè)好的基礎(chǔ)。和利時(shí)公司MACS V6正是這樣一個(gè)系統(tǒng)平臺(tái)，它除了自身控制功能非常強(qiáng)大之外，其開(kāi)發(fā)性非常好，可用連接300多種不同的通訊方式的設(shè)備，從而可以把不同的設(shè)備廠(chǎng)家整合到一個(gè)統(tǒng)一監(jiān)控平臺(tái)之上，為下一步數(shù)字化工廠(chǎng)提供了一種實(shí)現(xiàn)模式。

   (4) MACS V6采用了海量實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)訪(fǎng)問(wèn)的技術(shù)：大容量DTDB ，單域 65535 點(diǎn)× 16 個(gè)域，近 105 萬(wàn)點(diǎn)自主研制的改進(jìn)型 HASH 算法，大幅度提高 RTDB 訪(fǎng)問(wèn)速度，并具備全歷史庫(kù)功能，所有的物理點(diǎn)、中間量點(diǎn)和通訊點(diǎn)，都可以以最小1秒的分別率記錄儲(chǔ)存（SOE是小于1毫秒），可以實(shí)現(xiàn)工藝畫(huà)面的回放功能，為設(shè)備故障原因的分析、查找?guī)?lái)很大方便。

   (5) 國(guó)內(nèi)首次提出了“確定性DCS系統(tǒng)”技術(shù)，并在1000MW機(jī)組的DCS系統(tǒng)中應(yīng)用，即：實(shí)現(xiàn)了高可靠、高精度、快速的控制作用系統(tǒng)。主要包括三方面：

    機(jī)組級(jí)網(wǎng)絡(luò)的確定性通訊技術(shù)：國(guó)內(nèi)首次研究、開(kāi)發(fā)完成了基于Ethernet網(wǎng)絡(luò)硬件平臺(tái)環(huán)境，具有“令牌網(wǎng)絡(luò)”規(guī)則的實(shí)時(shí)以太網(wǎng)通訊協(xié)議（DNet）技術(shù)的大型DCS，并應(yīng)用于1000MW火電機(jī)組控制中。

    控制器I/O總線(xiàn)的確定性數(shù)據(jù)交換技術(shù)。

    (6) 為了更好地控制超超臨界機(jī)組，和利時(shí)原在DCS焓熵計(jì)算模塊上做了改進(jìn)

   開(kāi)發(fā)模塊采用IAPWS-IF97公式代替原有IFC-67公式模塊：IAPWS-IF97是水和蒸汽性質(zhì)國(guó)際學(xué)會(huì)1997年發(fā)布，并取代了IFC-67公式，相比IFC-67，前者公式模型的適用范圍擴(kuò)大、分區(qū)更趨于簡(jiǎn)化、計(jì)算結(jié)果更具有一致性，同時(shí)計(jì)算精度速度都得到了提高。

    密度計(jì)算優(yōu)化和指數(shù)優(yōu)化：3區(qū)密度計(jì)算一般采用牛頓法和弦截法計(jì)算得到，兩種方法均為迭代法，需要大量迭代計(jì)算，并且在臨界區(qū)附近計(jì)算誤差較大。優(yōu)化后，采用26子區(qū)法代替上述兩種方法并采用系統(tǒng)指數(shù)代替自開(kāi)發(fā)指數(shù)。

    根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)需求，修改輸出模式：功能塊作了優(yōu)化，避免水/汽焓值切換時(shí)對(duì)系統(tǒng)造成擾動(dòng)。

    (7) 系統(tǒng)既可以實(shí)現(xiàn)全漢化，也可以實(shí)現(xiàn)全英文，并提供快速一鍵切換。

    (8) 提供了虛擬DPU技術(shù)，從而使仿真和控制完全一致并同步更新，可以在仿真上實(shí)現(xiàn)邏輯驗(yàn)證。

    ４ 對(duì)國(guó)產(chǎn)DCS在大型火電機(jī)組應(yīng)用的經(jīng)驗(yàn)建議

    隨著國(guó)產(chǎn)DCS系統(tǒng)控制技術(shù)的不斷發(fā)展，國(guó)產(chǎn)DCS系統(tǒng)在國(guó)內(nèi)大型火電機(jī)組的應(yīng)用已經(jīng)占有了一定的份額，本文根據(jù)國(guó)華臺(tái)電2×1000MW發(fā)電機(jī)組DCS控制系統(tǒng)項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中的一些問(wèn)題，總結(jié)出以下幾點(diǎn)經(jīng)驗(yàn)建議，供大家參考：

    (1) 為了保證DCS系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性，在合同實(shí)施前，盡量去相同系統(tǒng)使用的單位進(jìn)行針對(duì)性調(diào)研，了解系統(tǒng)在安裝、調(diào)試和運(yùn)行中出現(xiàn)的問(wèn)題和解決方法，借鑒兄弟電廠(chǎng)的成功經(jīng)驗(yàn)，為我所用。

    (2) 為了保證邏輯的正確性，針對(duì)主機(jī)相同的單位和有相關(guān)經(jīng)驗(yàn)的調(diào)試單位進(jìn)行考察，收集以往工程實(shí)施的技術(shù)方案和工程經(jīng)驗(yàn)文獻(xiàn)，縮短調(diào)試期由于邏輯問(wèn)題影響設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行。

    (3) 做好設(shè)計(jì)院、調(diào)試所、監(jiān)理、施工單位、廠(chǎng)家之間的協(xié)調(diào)工作；另外同時(shí)強(qiáng)調(diào)廠(chǎng)家及時(shí)提交設(shè)計(jì)院資料，業(yè)主負(fù)有督促作用；最后每項(xiàng)監(jiān)督檢查工作必須到位，樹(shù)立業(yè)主服務(wù)意識(shí)，每位職工必須要有高度責(zé)任感，發(fā)揚(yáng)團(tuán)隊(duì)精神，遇到困難大家必須齊心協(xié)力，共同完成。

    (4) 根據(jù)進(jìn)度的需要在不同階段，召開(kāi)由業(yè)主、設(shè)計(jì)院、調(diào)試單位、主設(shè)備廠(chǎng)、DCS廠(chǎng)家等相關(guān)單位共同參加的設(shè)計(jì)聯(lián)絡(luò)會(huì)，對(duì)進(jìn)行的系統(tǒng)組態(tài)進(jìn)行全過(guò)程分階段總結(jié)和解決期間出現(xiàn)的問(wèn)題。

    (5) 根據(jù)DCS系統(tǒng)工作現(xiàn)場(chǎng)的使用環(huán)境，合理選擇適合的計(jì)算機(jī)種類(lèi)與型號(hào)，建議各計(jì)算機(jī)選用工業(yè)用的產(chǎn)品型號(hào)，避免因長(zhǎng)周期運(yùn)行或環(huán)境因素導(dǎo)致出現(xiàn)硬件故障。

    ５ 結(jié)束語(yǔ)

    國(guó)產(chǎn)DCS在1000MW超超臨界大型燃煤機(jī)組的成功應(yīng)用將會(huì)是國(guó)產(chǎn)DCS品牌全面發(fā)展歷史中具有劃時(shí)代意義的里程碑，展示了國(guó)產(chǎn)DCS在大型火電機(jī)組行業(yè)的優(yōu)勢(shì)和實(shí)力，該項(xiàng)目的實(shí)施對(duì)國(guó)產(chǎn)DCS控制系統(tǒng)進(jìn)入火電機(jī)組高端領(lǐng)域具有重大意義，對(duì)我國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)DCS系統(tǒng)在大型火電機(jī)組的推廣應(yīng)用具有重要的示范意義和推動(dòng)作用。

    參考文獻(xiàn)：

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    肖光華（1974-）

    男，黑龍江雞西人，本科，現(xiàn)就職于廣東國(guó)華粵電臺(tái)山發(fā)電有限公司，主要從事火電廠(chǎng)熱控技術(shù)管理和維護(hù)方面的研究。

    蒙磊（1984-）

    男，陜西蒲城人，本科，現(xiàn)就職于廣東國(guó)華粵電臺(tái)山發(fā)電有限公司，主要從事火電廠(chǎng)熱控技術(shù)管理和維護(hù)方面的研究。

    李今朝（1975-）

    男，河北張家口人，本科，現(xiàn)就職于廣東國(guó)華粵電臺(tái)山發(fā)電有限公司，主要從事火電廠(chǎng)熱控技術(shù)管理和維護(hù)方面的研究。

    摘自《自動(dòng)化博覽》2011年第十一期