魏春岭先生，北京国电华北电力工程有限公司高级工程师。
关键词：Ovation DCS 电厂
一 概况
1. 工程概况
托克托电厂规划容量为8×600MW燃煤机组。一期工程新建2×600MW燃煤机组，二期工程扩建2×600MW国产燃煤机组，三期工程计划扩建2×600MW直接空冷空冷机组，达到全厂规划容量6×600MW，并预留扩建2×600MW空冷或干/湿汇合空冷机组的可能性。托电#1机组已于2003年6月9日通过168h试运行。本文介绍一期工程中DCS设计应用情况。一期工程设计及供货分为锅炉岛、汽机岛、BOP、IC岛等几部分。
2. 主辅机概况
本工程采用哈尔滨锅炉厂生产的HG-2008/17.5-YM5型锅炉，亚临界参数、一次中间再热、控制循环、单炉膛、四角喷燃和平衡通风的燃煤锅炉，直流式燃烧器四角切圆燃烧方式。
汽轮机为日本株氏会社日立制作所生产的TC4F-40.0型、亚临界、一次中间再热、三缸四排汽、单轴冲动式和双背压冷凝式汽轮机。发电机为三相交流两极同步发电机。
每台锅炉配6台MBF24型磨煤机，5运1备，同时配备6台耐压电子称重式给煤机。两台100％容量的密封风机供磨煤机制粉系统使用， 1运1备。另外，每台炉配两台双吸单速离心式一次风机、两台动叶可调轴流式送风机和两台静叶可调轴流式吸风机。空气预热器为三分仓回转双密封再生式空气预热器。
每台汽轮机安装一套高压和低压两级串联汽轮机旁路系统，其容量为锅炉最大连续蒸发量的40%。设置两台50%容量的汽动给水泵和1台30%容量的电动启动/备用给水泵，3台高压加热器采用电动关断公用旁路系统。每台机组安装两台100%容量的电动凝结水泵。中压凝结水精处理装置(每机一套)包括两台50%容量的前置过滤器和两台高速混床，两台机组合用一套再生装置。
3. DCS概况
本工程DCS采用美国西屋公司Ovation系统。一期工程各单元机组采用DCS，辅助生产车间采用PLC及屏幕显示技术。在此基础上设置厂级监控信息系统(SIS)，SIS是全厂生产运行实时统一指挥调度中心，实时协调各机组、车间运行和生产管理。控制系统包括单元机组DCS及SIS，同时SIS与各单元机组DCS、各辅助生产车间及公用系统自控系统有机联系，并与电厂管理信息系统(MIS)、网络监控系统(NCS)等有通信接口。
机组整体控制水平主要体现在以下几个方面：
(1)单元机组(炉、机、发—变组、厂用电)及电气公用系统均以DCS为主要监控手段，并辅以必要的独立保护、控制装置，实现一个主值班员和两个辅助值班员对一台机组运行进行监控。
(2)DCS顺控逻辑设置了功能组、子功能组级和驱动级控制方式，并以子功能组级为主。
(3)发生异常和事故工况时报警、保护和自动处理(如RB、MFT等)以确保主设备安全。
(4)单元机组常规操作设备设置原则：当DCS发生重大故障时，确保机组紧急安全停机。
DCS监控范围包括锅炉及辅助系统、汽轮发电机及辅助系统、除氧给水系统、高低压厂用电系统、发电机变压器组等。同时，DCS还与汽轮机数字电液调节系统(DEH)、汽机瞬态数据管理系统(TDM)、凝结水精处理系统、仪用空压机系统、发—变组(发电机—变压器组)保护系统、电除尘程控系统、全厂BOP系统(水、煤、灰控制点)等进行通信，从而实现全厂统一监控管理。
DCS主要功能包括：SIS、值长站、数据采集系统(DAS)、模拟量控制系统(MCS)、顺序控制系统(SCS)、燃烧器管理系统(BMS)、人机接口(HMI)、工程师工作站及历史数据站等。
二 DCS硬件配置
1. DCS网络结构
如图，本工程DCS通信网络分3层：SIS、机组过程监控级及I/O级。
SIS为冗余的符合国际标准的100Mb/s以太网。全厂SIS网配置2台值长站，将与各单元机组DCS的过程监控级网络、NCS及MIS通信。同时，全厂公用辅助车间系统(化学水处理、燃油、输煤)信息也将通信至SIS网络上。
机组过程监控级为100Mb/s FDDI(光纤分布式数据接口)通信网络。此网络完成DCS各控制站、操作员站、打印机等设备间的通信，并与全厂SIS网连接。I/O级网络为PCI总线，分布在各过程控制站内，通信速率为10Mb/s。此级网络承担同一站内所有 I/O模件和控制处理模件间的通信。
2. DCS硬件配置
(1)I/O分配及控制对象类型
(a)I/O分配
本工程单元机组实际I/O总点数为 7160个，另外各子系统均留有15%的备用通道。 I/O信号包括模拟量输入(K型热电偶、Pt100热电阻、标准化4～20mA信号)、开关量输入(查询电压48VDC)、模拟量输出(4～20mA)、开关量输出(24VAC、24VDC)及脉冲量输入信号。
(b)控制对象类型
DCS控制对象主要分几种类型：电动门与DCS接口信号为6点(DI∶3，DO∶2, AI∶1)；电/气动调节阀与DCS接口信号为6点(DI∶2, DO∶2, AO∶1, AI∶1)；电/气动调节阀中普通电/气动调节阀与DCS接口信号为2点，带单线圈先导电磁阀的气动调节阀与DCS接口信号为5点，带双线圈先导电磁阀的气动调节阀与DCS接口信号为6点；6kV电动机与DCS接口信号分为7点(DO∶2, DI∶4, AI∶1)；380V电动机与DCS接口；点火器与DCS接口；油抢推进器与DCS接口。
(2)DCS硬件设备
每台单元机组DCS硬件设备主要包括：控制机柜47面，操作员站5套，大屏幕显示器2套，工程师站1台，历史记录站1台，值长站2台。每台单元机组共有DCS控制柜47面。DCS的5台操作员站采用Sun工作站；CRT为NEC 22"彩色显示器。其中2台操作员站用于锅炉本体及其汽水、烟风、燃烧等系统监控；2台操作员站用于汽轮机、发电机及其热力系统监控；1台操作员站用于常规报警一览。
每台机组设置2台大屏幕显示器，选用BARCO公司ATALAS多晶硅系列，主要用于各系统模拟图显示以及重要参数实时数据和趋势曲线显示，同 时通过鼠标能完成对被控对象的控制和操作。大屏幕显示器还配有标准键盘用于组态和调试。
2台激光打印机用于日常报表打印及设备状态记录，1台针打用于报警打印；2台彩色硬拷贝机(工程师站及操作员站各1台)用于 CRT 画面的图形拷贝。
DCS操作员接口设备包括操作员站、工程师站、历史站、值长站等的数量及性能指标(见表)。
另外，根据合同要求，除DCS硬件设备，单元机组BTG盘、控制操作台、UPS电源分配柜等设备也由西屋公司供货。
本工程BTG盘共两块，盘上安装热工信号报警装置、重要参数指示表、旁路控制面板、汽包水位电视、炉膛火焰电视、全厂工业电视、同期装置、启备变有载调压装置等仪表设备。西屋公司提供的控制台包括运行人员控制操作台及按钮操作台。运行人员控制操作台呈折线形布置于BTG盘前方，主要放置操作员站及DEH面板，按钮操作台上安装主燃料跳闸按钮(MFT、OFT)、汽机跳闸按钮、发电机—变压器组跳闸按钮、PCV阀操作面板、凝汽器真空破坏门开按钮、直流润滑油泵启动按钮、交流润滑油泵启动按钮、柴油发电机启动按钮、励磁开关紧急跳闸按钮等，这些设备是当DCS发生全局性或重大故障时，为确保机组紧急安全停机，设置的独立于DCS的操作手段。
3. 系统硬件特点
(1)通信网络
Ovation标准通信网络以FDDI为基础应用于过程控制。其通信网络主要特点：过程监控网络采用FDDI，具有全网络冗余同步通信及令牌通信功能，速率达100Mb/s；FDDI通信网络具有完整的容错性。FDDI是以反方向旋转的双环，采用压缩式中枢及多层拓扑结构。当诊断出电缆损坏造成的环域断路时，可自动返回重新组态；通信电缆可采用光纤和铜质电缆组合形式，有UTP型(非屏蔽双绞线)、多模光纤和单模光纤型。光缆总长可达200km。
(2)多功能控制器
本工程共采用14对控制器用于每台单元机组，1对控制器用于公用系统。Ovation控制器采用奔腾处理器，软件采用多任务实时操作系统(RTOS)处理数据。控制器具有容量大、速度快、处理能力强等特点。
Ovation控制器设计了多级别冗余结构，能实现自动故障切换功能。当主控制器处理失败或无I/O接口，其内部监视器将检测到，并立刻通知备份控制器，备份控制器将自动跟踪故障控制器输出值，并开始执行过程控制，从而实现自动无扰故障切换。同时，控制器对关键部件也设计了相应多级别冗余，包括FDDI网络接口、处理器电源、I/O电源、I/O接口远程通信介质等。
Ovation控制器内嵌容错诊断程序，系统诊断可通过状态信息图、控制器插卡诊断及站点错误码显示完成。同时还有一些直观方法对硬件故障及系统错误直接进行显示，包括控制器、I/O卡件上的LED灯显示错误码等。
Ovation控制器主要功能：数据采集处理、顺序事件处理、过程点报警处理、连续(PID)控制、本地及远程I/O通信。
(3)I/O模件
Ovation系统I/O
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