1、基于FCS系統(tǒng)的大型火電機(jī)組外水網(wǎng)一鍵制水的設(shè)計(jì)田爽1， 曾衛(wèi)東1，宋美艷11. 西安熱工研究院有限公司，陜西 西安 710032摘 要傳統(tǒng)外水網(wǎng)系統(tǒng)控制常采用獨(dú)立且分散的控制方式，經(jīng)常由于操作的復(fù)雜出現(xiàn)制水系統(tǒng)的中斷。采用一鍵制水集中控制后可以大大降低運(yùn)行人員誤操作的可能性及減少設(shè)備因誤操作而增加的損耗。本文在現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，依托于總線(xiàn)設(shè)備豐富的設(shè)備信息，設(shè)計(jì)出完整的一鍵制水控制邏輯，實(shí)現(xiàn)了外水網(wǎng)四個(gè)分系統(tǒng)的一鍵自動(dòng)控制。在經(jīng)過(guò)調(diào)試后，一鍵制水邏輯的采用取得了良好的效果，利用設(shè)備的總線(xiàn)信息豐富了設(shè)備的聯(lián)鎖保護(hù)方式，為總線(xiàn)信息的二次開(kāi)發(fā)利用開(kāi)創(chuàng)了新的方向。二次開(kāi)發(fā)利用總線(xiàn)信息是未來(lái)火

2、電機(jī)組FCS控制系統(tǒng)發(fā)展的方向。關(guān) 鍵 詞現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)；一鍵制水；外水網(wǎng)中圖分類(lèi)號(hào) 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼AThe design of one to water In thermal power plant of external water FCS system.TIAN Shuang1, ZENG Weidong1, SONG Meiyan11. Xi'an Thermal Power Research Institute Co.,Ltd.,Xi'an 710032Abstract: The traditional external water system control indepen

3、dent and decentralized control method is often used, often due to complex operations appear water system interruption. The possibility of using a one to system to control the operation of water and reduce the possibility of operation and reduce the loss due to incorrect operation. Based on the FCS c

4、ontrol system, which is based on the device information of the device bus rich, complete a key water control logic, the realization of the external network of four sub-systems: a key to automatic control. After debugging, a key water logic used to obtain the good effect, the device bus information r

5、ich equipment interlocking protection, for the secondary development of bus information use to create a new direction. The two development and utilization of bus information is the future development of FCS control system of thermal power units.Key words: Feid bus,one to water,external water system收

6、稿日期：作者簡(jiǎn)介：田爽（1982-），男，碩士，工程師，自動(dòng)化E-mail：tianshuang1 / 81. 2、傳統(tǒng)火電機(jī)組外水網(wǎng)的設(shè)計(jì)協(xié)議的設(shè)計(jì)與應(yīng)用大型火電機(jī)組輔控主要包含了，水網(wǎng)、灰網(wǎng)、輸煤系統(tǒng)、脫硫等1。其中水網(wǎng)控制系統(tǒng)包含了內(nèi)水網(wǎng)及外水網(wǎng)兩部分。外水網(wǎng)中涵蓋了：原水預(yù)處理，超濾水處理、反滲透水處理、離子除鹽四個(gè)子系統(tǒng)2。內(nèi)水網(wǎng)主要是指的是精處理及汽水取樣兩個(gè)子系統(tǒng)。火電廠(chǎng)傳統(tǒng)的外水網(wǎng)制水常采用獨(dú)立且分散的控制，由于外水網(wǎng)控制系統(tǒng)中四部分子系統(tǒng)為一個(gè)連續(xù)的工藝過(guò)程，在這個(gè)連續(xù)的過(guò)程中任何一個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)操作失誤都會(huì)導(dǎo)致制水過(guò)程的中斷。為了避免制水過(guò)程的意外中

7、斷，所以在外水網(wǎng)工藝設(shè)計(jì)中會(huì)設(shè)計(jì)大量的水箱來(lái)作為緩沖，大大增加了火電廠(chǎng)外水網(wǎng)建設(shè)的投資及占地面積。并且這種控制模式由于使用較多的運(yùn)行人員，且加上各系統(tǒng)間聯(lián)系不方便，會(huì)有管理困難、制水效率低且設(shè)備易損壞的缺點(diǎn)。2. 2、在主輔一體化趨勢(shì)下FCS平臺(tái)的外水網(wǎng)控制系統(tǒng)協(xié)議的設(shè)計(jì)與應(yīng)用近年來(lái)，在火電廠(chǎng)主輔一體化DCS系統(tǒng)2的基礎(chǔ)上，出現(xiàn)了以現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)為通訊協(xié)議的最新的FCS系統(tǒng)。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)通訊協(xié)議3，大大豐富了設(shè)備的信息量和通訊速率。為外水網(wǎng)四個(gè)子系統(tǒng)的合并聯(lián)合控制提供了物理基礎(chǔ)。以某大型火電廠(chǎng)外水網(wǎng)典型工藝為例，F(xiàn)CS控制系統(tǒng)采取EMERSON公司的OVATION系統(tǒng)4。外水網(wǎng)中氣動(dòng)閥門(mén)選用了進(jìn)口品

8、牌FESTO的Profibus-DP總線(xiàn)協(xié)議的氣動(dòng)閥島，電機(jī)選用了江蘇金智Profibus-DP總線(xiàn)協(xié)議的馬孔控制器、變送器選用了FF總線(xiàn)協(xié)議的進(jìn)口品牌羅斯蒙特3051變送器。外水網(wǎng)剩余分析儀表等設(shè)備均采用了Profibus+FF的現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)級(jí)設(shè)備5。外水網(wǎng)的工藝流程如下圖：圖表1：火電廠(chǎng)外水網(wǎng)工藝3. 2、總線(xiàn)設(shè)備的大量采用，為一鍵制水提供了基礎(chǔ)協(xié)議的設(shè)計(jì)與應(yīng)用由外水網(wǎng)的工藝上可以看出，外水網(wǎng)制除鹽水的過(guò)程是一個(gè)聯(lián)系緊密的連續(xù)的過(guò)程6。一旦中間任何一個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)了設(shè)備故障，都會(huì)造成所有制水工藝流程中斷。一鍵制水的實(shí)現(xiàn)必須依賴(lài)于設(shè)備本身的可靠性及報(bào)警信息的豐富、及時(shí)、準(zhǔn)確。過(guò)去由于傳統(tǒng)的外水網(wǎng)控制

9、系統(tǒng)設(shè)備的信息采集主要是依靠硬接線(xiàn)方式，在不大量增加投資的情況下這也就勢(shì)必造成了設(shè)備的信息量不夠豐富。而大量總線(xiàn)設(shè)備的采用為一鍵制水的實(shí)現(xiàn)打破了瓶頸，下面以江蘇金智總線(xiàn)型的馬達(dá)控制器為例：圖表2：馬達(dá)控制器數(shù)據(jù)列表從數(shù)據(jù)列表中可以看出，通過(guò)總線(xiàn)型馬達(dá)控制器我們可以得到電機(jī)的啟停次數(shù)、合閘次數(shù)、保護(hù)跳閘次數(shù)及電機(jī)運(yùn)行時(shí)間等信息7。通過(guò)采集到的這些信息，我們根據(jù)優(yōu)化經(jīng)驗(yàn)公式，可以在下位程序中對(duì)公用的幾臺(tái)設(shè)備做出設(shè)備健康等級(jí)判斷8，以次來(lái)作為公用設(shè)備啟動(dòng)優(yōu)先級(jí)的判斷依據(jù)。這樣不但減輕了運(yùn)行及檢修人員的工作量并且使一鍵制水邏輯的自動(dòng)選擇公用設(shè)備啟動(dòng)數(shù)量變成了現(xiàn)實(shí)。4. 2、一鍵制水的邏輯設(shè)計(jì)協(xié)議的設(shè)計(jì)

10、與應(yīng)用火電廠(chǎng)的制水為一個(gè)連續(xù)的9，緊密的工藝流程。從下面的流程圖設(shè)計(jì)中我們可以看到，原水預(yù)處理，超濾水處理、反滲透水處理、離子除鹽這四個(gè)子系統(tǒng)，每啟動(dòng)一個(gè)子系統(tǒng)前，都需要確保出水方向的設(shè)備已經(jīng)打開(kāi)，保證水路的暢通。在這個(gè)流程中設(shè)計(jì)中作者也考慮到了制水系統(tǒng)的連續(xù)性，增加了4個(gè)關(guān)鍵性的一級(jí)斷點(diǎn)及相關(guān)的保護(hù)點(diǎn)，當(dāng)這流程進(jìn)行到這四個(gè)一級(jí)斷點(diǎn)的時(shí)候進(jìn)行判斷，一旦發(fā)現(xiàn)設(shè)備故障或者失敗的時(shí)候，立刻結(jié)束整個(gè)流程并關(guān)閉相應(yīng)的設(shè)備。12344.1 基本功能塊設(shè)計(jì)設(shè)備驅(qū)動(dòng)級(jí)是位于整個(gè)FCS控制系統(tǒng)最底層的標(biāo)準(zhǔn)功能塊，與受控設(shè)備一一對(duì)應(yīng)10。上位運(yùn)行人員的手動(dòng)指令或程控程序的自動(dòng)指令通過(guò)設(shè)備驅(qū)動(dòng)級(jí)發(fā)送到就地設(shè)備，同時(shí)

11、設(shè)備驅(qū)動(dòng)級(jí)會(huì)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的實(shí)際反饋形成對(duì)設(shè)備實(shí)際狀態(tài)的判斷。需要指出的是，設(shè)備驅(qū)動(dòng)級(jí)是分兩種操作模式的，分別是自動(dòng)和手動(dòng)兩種。通常在設(shè)備正常運(yùn)行的時(shí)候才允許驅(qū)動(dòng)級(jí)切換為自動(dòng)模式，如果設(shè)備發(fā)生故障則強(qiáng)制切換為手動(dòng)模式。4.2 順序控制塊設(shè)計(jì) 順序控制模塊是構(gòu)建功能組或子功能組的基本模塊，其完成某一指定過(guò)程的順序控制11。順序控制模塊包括手動(dòng)控制方式和自動(dòng)控制方式，在順序控制正常時(shí)可投入自動(dòng)控制方式，否則自動(dòng)切換為手動(dòng)控制方式。當(dāng)手動(dòng)復(fù)位或自動(dòng)復(fù)位步序時(shí)，順序控制為手動(dòng)控制方式。在手動(dòng)控制方式下，如果當(dāng)前步的條件全部滿(mǎn)足，順序控制塊則認(rèn)為當(dāng)前步成功，將會(huì)自動(dòng)進(jìn)入下一步。并且在手動(dòng)方式下可以進(jìn)行跳步

12、操作，即不判斷任何當(dāng)前步的條件，直接進(jìn)入下一步，順序控制塊直接發(fā)出下一步的指令。在自動(dòng)控制方式下，若設(shè)備起動(dòng)允許條件滿(mǎn)足，手動(dòng)起動(dòng)或自動(dòng)起動(dòng)會(huì)使順序控制模塊按照步序一步一步執(zhí)行起動(dòng)功能。在步序執(zhí)行過(guò)程中，可進(jìn)行跳步操作，跳步使程序在不等待當(dāng)前步反饋條件滿(mǎn)足的情況下直接發(fā)出下一步指令。如果在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，當(dāng)前步的成功信號(hào)不反饋回順序控制塊，則認(rèn)為順控失敗。這時(shí)候順序功能塊將會(huì)強(qiáng)制切換為手動(dòng)模式，此時(shí)順控功能塊將會(huì)停止，由檢修人員處理故障，故障處理完成后由檢修人員執(zhí)行故障復(fù)位操作。復(fù)位操作后順序功能塊將進(jìn)入初始化狀態(tài)。4.3 一鍵制水流程斷點(diǎn)設(shè)計(jì)第一個(gè)斷點(diǎn)：設(shè)置在原水預(yù)處理子系統(tǒng)12工藝流程的結(jié)束

13、位置，反應(yīng)沉淀池及雙室過(guò)濾器分別有一個(gè)啟動(dòng)的子順序控制程序，當(dāng)反應(yīng)沉淀池及雙室過(guò)濾器步序程序成功啟動(dòng)并完成后，認(rèn)為原水預(yù)處理系統(tǒng)成功投運(yùn)，則一鍵制水主順序控制程序進(jìn)入超濾水處理部分。如果不成功則終止主一鍵制水主步序，關(guān)閉相應(yīng)設(shè)備。第二個(gè)斷點(diǎn)：由于超濾裝置為膜式處理法13設(shè)備，超濾膜不能收到高壓及大流量水流的沖擊，是整個(gè)制水系統(tǒng)比較脆弱的設(shè)備。所以在超濾水處理工藝流程的結(jié)束位置設(shè)置斷點(diǎn)，超濾裝置一共四套，每套超濾裝置分別有一個(gè)啟動(dòng)的子順序控制程序，當(dāng)超濾設(shè)備的啟動(dòng)步序程序成功完成后，并且根據(jù)超濾投運(yùn)的套數(shù)成功啟動(dòng)了超濾給水泵后，認(rèn)為超濾裝置投運(yùn)成功，則一鍵制水主步序程序進(jìn)入反滲透水處理部分。如果

14、不成功則終止主一鍵制水主步序，關(guān)閉相應(yīng)設(shè)備。第三個(gè)斷點(diǎn)：由于一級(jí)反滲透為膜式處理法設(shè)備14，且一級(jí)反滲透配置有6KV的高壓泵，是整個(gè)制水系統(tǒng)中唯一的高壓設(shè)備。所以在一級(jí)反滲透工藝流程的結(jié)束位置設(shè)置斷點(diǎn)，一級(jí)反滲透裝置一共兩套，每套反滲透裝置分別有一個(gè)啟動(dòng)的子順序控制程序，當(dāng)反滲透設(shè)備的啟動(dòng)步序程序成功完成后，并且根據(jù)反滲透投運(yùn)的套數(shù)成功啟動(dòng)了反滲透給水泵后，認(rèn)為反滲透裝置投運(yùn)成功。如果不成功則終止主一鍵制水主步序，關(guān)閉相應(yīng)設(shè)備。第四個(gè)斷點(diǎn)：由于二級(jí)反滲透為膜式處理法15設(shè)備，且是海水轉(zhuǎn)變?yōu)榈年P(guān)鍵性設(shè)備，所以在二級(jí)反滲透工藝流程的結(jié)束位置設(shè)置斷點(diǎn)，二級(jí)反滲透裝置一共兩套，每套反滲透裝置分別有

15、一個(gè)啟動(dòng)的子順序控制程序，當(dāng)二級(jí)反滲透設(shè)備的啟動(dòng)步序程序完成并且聯(lián)啟所對(duì)應(yīng)的給水泵后，認(rèn)為反滲透裝置投運(yùn)成功。則一鍵制水主步序程序進(jìn)入離子除鹽水處理部分如果不成功則終止主一鍵制水主步序，關(guān)閉相應(yīng)設(shè)備。由于篇幅關(guān)系，無(wú)法在本文中闡述所有的保護(hù)點(diǎn)。在實(shí)際應(yīng)用中，總線(xiàn)型變送器、分析儀表、馬達(dá)控制器16等設(shè)備會(huì)輸送大量的信息來(lái)做為工程人員的保護(hù)判據(jù)，而這些保護(hù)點(diǎn)會(huì)很好的確保整個(gè)一鍵制水程序的順利運(yùn)行。圖表 3一鍵制水邏輯流程圖結(jié)束語(yǔ)在經(jīng)過(guò)調(diào)試后，采用了一鍵制水的某大型火電機(jī)組的化學(xué)運(yùn)行人員工作量大大降低，并且避免了在制水設(shè)備投運(yùn)初期的誤操作的可能。而全自動(dòng)制水及無(wú)運(yùn)行人員值守是未來(lái)外水網(wǎng)程序優(yōu)化的終極

16、目標(biāo)。在外水網(wǎng)工藝流程圖中可以看到，外水網(wǎng)設(shè)備存在大量的反洗工藝。反洗工藝的存在，使得外水網(wǎng)工藝流程在日常使用中并不是僅僅是單向的，在很多時(shí)候制出的合格水都需要反向沖洗。這就大大增加了外水網(wǎng)全自動(dòng)制水程序設(shè)計(jì)的復(fù)雜性。要實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)，還需要深度挖掘總線(xiàn)型設(shè)備信息量大，響應(yīng)速度快的特點(diǎn)。把保護(hù)及PID調(diào)節(jié)工作下放到智能設(shè)備本體去完成，這樣才能確保在復(fù)雜工藝流程中，成套設(shè)備的安全、穩(wěn)定的全自動(dòng)運(yùn)行。參 考 文 獻(xiàn)1 贠小波，王存毅DCS系統(tǒng)在電廠(chǎng)水系統(tǒng)中的應(yīng)用J技術(shù)縱橫，2008，9：39-40YUN Xiaobo,WANG Cunyi. Application of DCS system in

17、power plant water systemJ. Technical Aspect,2008,9:39-40(in Chinese).2 解莉探析水處理技術(shù)在火電廠(chǎng)的應(yīng)用J中國(guó)新技術(shù)新產(chǎn)品，2014，12：133-134XIE Li. The application of water treatment technology in thermal power plant  J.ChinaNewTechnologiesandProducs, 2014,12:133-134(in Chinese).3 何波麗，李勝旺PROFIBUS󰀁DP現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)通信協(xié)議J河北工業(yè)科技

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22、dustrial control systemsJ. Instruments and Analysis monitoring,2004,2:16(in Chinese).10 曾文南，桑永福機(jī)組自啟停系統(tǒng)的邏輯設(shè)計(jì)分析J，熱力發(fā)電，2012,6:77ZENG Wennan,SONG Yongfu. Analysis of the logical design of the unit since the start-stop systemJ, Thermal Power Generation,2004,6:7711 劉勇，陸曉敏，龐國(guó)仲DCS中的順序控制組態(tài)系統(tǒng)J，微計(jì)算機(jī)信息，1997,13:24Liu Yong,Lu Xiao Min,Pang Guo Zhong. A Sequence Control Configuration System of DCSJ, Control & Automation,1997,13:2412 葛超原水預(yù)處理系統(tǒng)的應(yīng)用與研究J，科技信息，2011,35:33Ge Chao. Application and research of raw water pretreatment systemJScience&T