中宁电厂锅炉吹灰热控系统的DCS组态设计.doc
中宁电厂锅炉吹灰热控系统的DCS组态设计潘晓峰, 蒋学萍宁夏中宁发电有限责任公司( 中宁县)摘要: 介绍了锅炉吹灰控制系统采用DCS组态设计的思路和过程, 对系统的工艺流程、功能、硬件和组态设计均作了说明。运行结果表明功能可靠, 控制系统运行稳定。关键词: 吹灰; 组态; DCS 网络1 引言在火力发电厂中, 吹灰器是锅炉的主要辅助设备, 主要作用是清除炉膛受热面、过热器及尾部烟道的结垢和积灰,维持烟道的清洁和畅通。吹灰器在提高锅炉效率的同时, 因吹灰器故障原因造成的停炉和吹灰枪烧毁的事故时有发生, 给电力安全生产造成了很大的影响。中宁电厂扩建工程吹灰器就地设备由上海克莱德贝尔格曼机械有限公司提供, DCS 系统实现对炉膛、过热器、再热器、省煤器及空预器吹灰系统的逻辑控制。宁夏大坝发电厂和石嘴山电厂扩建工程的吹灰控制均采用PLC+上位机的控制方式。2 控制对象工艺流程2.1 吹灰器的系统组成中宁电厂锅炉吹灰管道系统由1 个主蒸汽电动门、1个蒸汽压力调节阀、1 个空预器辅汽电动门和5 个疏水阀构成。来自后屏过热器的高温高压蒸汽经过压力调节阀减压后, 变成温度为380左右、压力为1.8MPa1.9MPa 的蒸汽送到各吹灰器。在机组启动初期空预器吹灰时, 因过热器压力不能满足吹灰要求还需要打开空预器辅汽电动门, 通过辅汽联箱的蒸汽来进行空预器吹灰。各疏水阀主要是在吹灰系统管路进行暖管期间, 排放吹灰管道中的蒸汽冷凝水, 防止吹灰蒸汽带水喷射到锅炉受热面上, 使其受损。长伸缩式吹灰器锅炉左右两侧对称布置, 编号分别为L1-L26,R1- R26, 共52 台, 炉膛吹灰器分别为A(A1- A4), B(B1-B11), C(C1- C10), D(D1- D10), E(E1- E20), 共5 组, 55 台, 空预器吹灰器A、B 空预器各安装2 台, 编号为AH1- AH4。共安装吹灰器111 台。2.2 吹灰系统的工艺流程当需要吹灰时, 选择吹灰程序, 自动过程启动按程序的要求打开吹灰蒸汽总门, 对整个管路进行暖管!同时所有疏水阀门打开疏水!疏水完毕( 疏水温度到或疏水时间到) 疏水阀门关闭!自动检测吹灰蒸汽的压力, 若压力没有达到规定值, 调整减压回路调节阀设定值对吹灰蒸汽的压力进行调整, 直到吹灰蒸汽的压力达到规定值后, 依次启动空预器吹灰器!按顺序启动炉膛吹灰器!对称启动长伸缩式吹灰器, 再次启动空预器吹灰器!吹灰器运行结束的标志出现, 程序自动关闭蒸汽总门主蒸汽阀门关闭!疏水阀门打开疏水!疏水阀门关闭!自动过程结束。2.3 吹灰枪电气原理所有吹灰枪的电气原理都是一样的, 现以炉膛吹灰枪D1 为例, 其电气原理如图1 所示。吹灰器的动作过程: DCS 发出连续5s 启动信号吹灰器启动离开原位, 此时SLC 限位开关复位, 接触器自保, 前进至碰到RLS 限位开关动作后DCS( 或者就地手动方式通过继电器) 发出退回信号, 断开吹灰器前进回路, 使吹灰器后退, 当SLC 开关被压住后, 吹会枪控制回路断开, 吹灰器停止下来。3 吹灰控制系统的组态设计过程3.1 DCS 控制系统的简介中宁电厂DCS 系统选用新华控制工程有限公司的XDPS- 400+分散控制系统, 具有开放式的结构、模块化的技术设计和易于扩展的特点。DCS 系统的网络构建采用星型+环形的网络结构, 用22 对DPU(分布式处理单元)完成了机组SCS、FSSS、MCS、ECS 等的控制任务, 锅炉吹灰控制系统作为炉侧SCS 的一个组成部分, 其DPU 节点号为#3/#23。3.2 操作方式中宁电厂MMI(人机接口站)在集控室配置了4 台操作员站和1 套大屏幕系统。MMI 包括操作员站、工程师站、历史数据站, 均采用相同的硬件平台,通过数据高速公路实现信息共享,可在任一MMI 站的画面上完成对吹灰系统的操作。DCS 画面操作面板设计如图3 所示。根据吹灰系统的工艺流程和控制要求, 操作面板可实现如下功能:( 1) 程控控制系统电源通断的操作和状态显示。( 2) 吹灰系统流程全貌的动态显示.操作面板通过红、蓝、灰色来模拟系统各设备的运行过程,包括阀门开启、关闭, 吹灰器进、退、停状态显示, 吹灰介质压力、温度的动态显示。( 3) 所有控制设备具有远程手动、自动和现场就地3种控制方式, 且三者之间可任意切换, 当选择一种控制方式后, 自动闭锁另外两种方式。面板上模拟流程各操作对象图案上均设有远程手动按钮。( 4) 每支吹灰枪均设有跳步选择按钮, 在单支设备出现暂时无法处理的缺陷时, 可通过跳步选择设置使该设备退出运行而不影响整个程序的正常运行。( 5) 主要的控制功能。!" 在程控状态下可以单吹、对吹, 并能在运行状态下进行切换;#" 根据吹灰器安装位置分为多个控制子组( 炉膛吹灰器分为A- E 组, 共5 组; 长吹灰器分为P1- P6, 共6 组; 空预器吹灰器为1 组) , 设有12 个控制子组的跳步选择按钮,运行人员可根据锅炉的燃烧情况有选择的进行吹灰;!" 程控状态下, 具有自动、暂停、紧急返回、跳步选择、程序停止、复位等功能。( 6) 报警指示功能, 对运行中的非正常工况画面上相应红色报警显示,并进行音响报警, 提示运行人员及时采取措施,同时程序中断,运行的吹灰枪自动退回。( 7) 程序暂停后再次启动的保护措施,由于故障原因造成程序暂停,必须按下控制面板上暂停复位按钮后,才能使程序从中断处自动按原程序运行,防止复位后出现误操作。3.3 系统硬件配置根据DCS 系统设计,将锅炉吹灰系统的440 多个输入/输出信号布置在#3DPU (分布式处理单元) 的29 块端子板上, 通过预制电缆与I/O 卡件连接, I/O 模件与I/O 站控制卡(BC- NET) 之间以并行总线方式通讯, 所有的BC- NET卡都挂在I/O 总线上, 与DPU 进行通讯.DPU 是直接执行过程控制的单元, 是DCS 的核心。DPU 通过冗余的实时数据网络与MMI 节点及其它DPU 连接, 提供双向的信息交换,实现各种控制策略。3.4 控制组态设计方案以下就根据吹灰系统主要功能的组态设计方案进行介绍。参考新华XDPS 功能码手册, 选择合适的功能块, 进行程序的编制工作。功能块是XDPS 中能被组态修改的最小对象, 所有组态设计都需用不同功能块通过连接组合来实现。根据吹灰控制系统的运行过程和特点, 使用步序控制器STEP、RS 触发器、简单数字手操器DEVICE、定时器TIME、开关首出序号指示FIRST 等功能块来完成吹灰的组态设计。典型组态设计如图4 所示:上面是吹灰程序启动条件的设计: 当锅炉负荷大于70%, 即大于230MW, 无锅炉跳闸的条件(MFT) 时, 运行人员通过操作员画面选择吹灰系统投入自动按钮, 即程序运行条件满足, 可以进行自动吹灰。步序控制器STEP 提供了组级顺控和子组级顺控逻辑的标准实现方法。每个步序控制器STEP 可完成不超过8 步的设备自动步序逻辑操作, 通过级联多个步序逻辑算法可实现更复杂的顺序控制逻辑。上图是吹灰主程序启动的组态图。当吹灰启动条件满足后, 运行人员在画面按下“程序启动按钮”, 当此按钮为红色后, 程序选择完毕, 吹灰程控开始投运, 依次启动本体暖管子程序( 开始进行暖管) 、AH( 空预器吹灰器) 子程序、炉膛吹灰器(A- E 组) 子程序、长伸缩吹灰器(P1- P6 组) 子程序,在程序运行过程中, 每一步指令发出后, 在规定的时间内收到反馈信号后, 程序自动进入下一步, 如果没有则程序自动中断,并通过STEP 的状态输出提示运行人员。图6 为IA- A 组控制子组的程序设计, 来自吹灰主程序的指令启动IA- A 组吹灰器后, 发出A1/A3 的启动指令,A1/A3 同时运行, 通过动力柜的电气回路,自动进行吹灰过程, 只有在两只吹灰枪同时回到原位,FB1 为1 时, 才发出A2/A4 的启动指令, A2/A4 在完成了上述过程后, IA- A 组结束指示为1, 自动启动IA- B 组控制子程序。图7 为单支吹灰器的组态设计, 可以看出, 任意吹灰枪的启动有两种方式: 手动、自动方式。当吹灰枪在手动方式时( 画面选择) , 运行人员通过吹灰器单操按钮手动启动吹灰枪, 在没有这只吹灰器跳步信号的情况下, 发出15s 的脉冲信号, 启动吹灰枪运行。自动吹灰信号来自吹灰主程序及各子程序。3.5 组态的调试在组态设计完毕后, 将设计好的程序通过DCS 系统工程师站下装到#3DPU 内部, 并进行认真的检查和验证, 改正程序设计中的逻辑、语法错误, 最后配合检修人员完成吹灰系统的调试工作。4 结束语吹灰控制系统通过DCS 来实现, 不仅提高了控制对象的安全性和可靠性, 还可以降低运行值班人员的劳动强度,减少集控室内操作员站的个数。控制系统采用网络控制技术, 与DCS 其他子系统和工程师站、操作员站挂接在同一条数据高速公路上, 进行数据共享。其开放友好的操作界面使运行人员操作起来得心应手, 吹灰系统设备的运行情况一目了然。中宁电厂#1 机组吹灰控制系统自2004 年11 月投入运行至今, 未出现任何故障及不安全情况, 工作稳定。实践证明, 中宁电厂锅炉吹灰系统的DCS 组态设计是成功的。参考文献:1 热工保护与程序控制.北京电力出版社.2 XDPS- 400 系统标准功能块手册. 新华控制工程有限公司.3 XDPS- 400 系统手册. 新华控制工程有限公司.
