摘要:大型火电厂的自动化控制在实践中越来越要求机炉电一体化,发电厂的电气与热工自动化的融合成为电厂自动化的一个焦点。将电气系统纳入DCS进行监控,有利于实现机、炉、电一体化控制,将成为大型火力发电机组自动化控制的主要发展方向。
关键词:现场总线技术 DCS FECS 一体化技术
中图分类号:TM621.8 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2011)02(c)-0130-01
目前大型机组的汽机、锅炉部分的控制系统均采用DCS控制系统,采用现场总线取代电缆硬接线的DCS被称为FCS(Fieldbus Control System),采用FCS取代DCS比采用DCS取代模拟仪表具有更大的经济效益。如果能够综合FCS(DCS)和FECS的功能,将电气部分的监控、保护、录波、设备管理完全融入FCS／DCS系统,成功实现了机、电、炉一体化控制,使FECS系统在实现网络站自动化、厂用电自动化的同时,能够实现将发变组保护、录波、励磁、同期、厂用电快切、直流系统、UPS、电度表等设备的接入,进而实现整个电厂的电气综合控制。将使操作更加简单、安全,监控更集中,这对于电厂的安全运行、减员增效及提高设备的管理水平意义重大。FECS以通信方式进入DCS,节省了大量电缆,大大降低工程费用,该技术正在成为电厂自动化技术的发展趋势。
1 大型单元机组自动化的技术趋势
大型单元机组自动化将在下列几个方面进一步向前发展[1,2]。
(1)实现真正的机炉电一体化,电气监控一体化并融入DCS系统,DCS系统在锅炉、汽机的监控和运行上技术十分成熟,但对电气部分的监控上技术相对落后。DCS对机组对电气部分的监控只能实现最基本的操作,并且重复投资。
(2)监控系统的物理配置从集中向分布发展,随着计算机技术的发展,监控系统将由以前的全部集中到一个控制楼罩的配置方式,逐步趋向于采用适度物理分散配置的原则。庞人的控制楼将取消或缩减,变成若干个小型的电子设备间,分别布置在锅炉、汽轮机房或其它主设备附近。节省电缆,并为主厂房模块化设计、安装、缩短工期,以及主厂房合理布局创造条件。
(3)监控系统的功能配置从分布到集中发展,火电厂单元机组控制系统的DCS功能配置将与物理配置走正好相反的方向,正在趋向再适度集中一点的方向发展。电气监控系统正是从分布到相对集中的实例,电厂中的网络站监控是将网络站的保护、监控、远动等集成为一个系统,厂用电自动化是将厂用电系统的保护测控装置构成分层分布的系统,机组监控保护将机组保护、录波和机组测控综合在一起,以上三部分集成为发电厂的电气监控系统(FECS)。
2 一体化涉及的关键技术的研究与分析
2.1 现场总线技术的出现使控制系统自动化水平得到提高
目前,现场总线技术已在国内一些电厂得到了应用。山东莱城电厂扩建工程3、4号机组采用德国西门子TELEPERM—XP分散控制系统,400V及以下电动机配套西门子公司的SIMOCODE电动机控制保护设备,SIMOCODE电动机控制保护设备安装在开关柜中,每台机组共计83台电动机及电加热器通过PROFIBUS现场总线TELEPERM—XP相连。目前电厂己投入运行,现场总线系统运行基本稳定。
2.2 工业以太网技术
工业以太网技术直接应用于工业现场设备问的通信已成人势所趋。为满足工业现场控制系统的应用要求,必须在Ethernet+TCP／IP协议之上建立完整的、有效的通信服务模型,制定有效的实时通信服务机制,协调好工业现场控制系统中实时和非实时信息的传输服务,形成为广大工控生产用户所接收的应用层、用户层协议,进而形成开放的标准。各现场总线组织纷纷将以太网引入其现场总线体系中的高速部分,利用以太网和TCP／IP技术,以及原有的低速现场总线应用层协议,从而构成了所谓的工业以太网协议如HSE,PROFINET,Ethernet／IP等。
2.3 与DCS系统的连接技术
传统上电气量是通过“硬接线”方式接入DCS的,即将电气模拟量和开关量信号采用电缆硬接线一对一接至DCS的I／O通道,这种方式类似于变电站自动化,最初的“变送器+远程终端单元(RTU)”模式,这种方法的缺点成本高、设计复杂、可扩展性差。本系统采用通信方式实现与DCS系统地联网,主要有以下两种方式。
(1)通过通讯管理机与DCS联网。每个通讯管理机均提供与DCS的通讯接口,通讯接口即可以是总线方式RS485,也可以是以太网方式。这种连接方式的特点是FECS和DCS相对独立简单易行,与DCS协调容易。
(2)通过网关与DCS联网。通过一台以太网网桥把FECS以太网和DCS以太网连成一体,实现FECS与DCS所有的数据交换和命令传递。本方案的特点是FECS和DCS交换的数据量大,可以任意设置。
由于电气系统与热工系统在运行过程和控制要求上有着很多不同之处,所以在设计规划阶段和调度运行过程时必须要考虑自动化系统与DCS系统之间的功能分工和协调控制,主要体现在以下几点:(1)由DCS实现电动机联锁逻辑控制操作,厂用电自动切换逻辑由专用电气装置实现。(2)由厂用电综合自动化系统实现继电保护、故障录波和事故追忆等功能的管理。(3)控制操作主要在DCS操作员工作站进行,DCS系统授权后也可在厂用电综合自动化系统操作员工作站进行,但要保证控制权的唯一性。
3 结语
目前,国内外火力发电厂的控制系统由于热工控制系统和电气监控系统的不协调发展,已经不能满足发电厂控制系自动化的要求。本文通过对电力企业的运行情况的调研分析,目前现场总线技术的应用情况,提出了采用总线控制和工业以太网将二者结合起来的新型一体化模式,用网络通信方式将数字化信息送入机组DCS分散控制系统,满足实时控制的要求。
参考文献
[1]焦邵华,李娟,李卫,等.大型火力发电厂电气控制系统的实现模式[J].电力系统自动化,2005,29(15).
[2]李洁,于海东.330MW火力发电机组协调控制系统改进[J].电力自动化设备, 2009,29(11).
