关键词：生物质发电机组；分数控制系统；设计；系统功能
1、工程概况
河南某公司1×30 MW单级抽汽凝汽式汽轮发电机组系新建工程，锅炉为丹麦BWE公司设计的130t/h振动炉排高温高压生物质燃料锅炉，汽轮机为青岛捷能汽轮机股份有限公司生产的高温高压、一级调整抽汽、单缸、单轴、抽汽凝汽式汽轮机，发电机为济南发电设备厂生产的空气冷却、自并励静止励磁电机。该工程按照示范电站设计指导思想设计，其设计目标是使电厂具有较高的机组自动化水平，较少的人员编制，以降低电厂的发电运营成本。该工程的设计燃料为玉米和小麦秸秆。
2、分散控制系统( DCS)设计
该工程分散控制系统( DCS)采用浙江中控技术有限公司生产的ECS-100分散控制系统，它由数据采集系统( DAS)、模拟量控制系统(MCS)、顺序控制系统( SCS)、炉膛安全监控系统(FSSS)、电气控制系统( ECS)及汽轮机控制系统(DEH)等子系统构成，运行人员在集控室通过该系统即可实现对机组运行参数的监视和所属设备的控制。吹灰程控、循环水泵房、公用水泵房、秸秆输送系统及化学水处理等辅助系统的控制也已纳入分散控制系统( DCS)。机组能在少量就地操作和巡检配合下，在单元控制室内实现启停，并能在单元控制室实现机组的运行工况监视、调整、停机和事故处理。
控制系统是采用ECS - 100组成的开放式系统，采用星形拓扑网络结构；各操作站、控制器通过冗余多口交换机实现网络连接，网络互为热备用并能实现无扰切换；可以完成节点间所有数据通讯传输；网络结构便于扩展。该工程共设置6套现场过程控制站，包括4套操作员站（包括操作台）(0PU)、1套汽轮机控制系统( DEH)操作员站和1套分散控制系统工程师站( ENG)。吹灰程控、循环水泵房、公用水泵房及秸秆输送系统等纳入分散控制系统( DCS)并在集控室操作员站进行监控，综合考虑化学水处理系统与主体系统的联络以及空间布置，将化学水处理系统操作员站设置在就地化学补给水处理室。每个操作员站都是冗余通讯总线上的1个点，都有独立的冗余通讯处理模件，分别与冗余的通讯总线相连。工程师站通过通讯总线，既可调出系统内任一分散处理单元( DPU)的系统组态信息和有关数据，又可使需方人员将组态数据从工程师站上下载到各分散处理单元和操作员站。
该工程单元机组共设置8对分散处理单元( DPU)，分散布置于9面分散控制系统(DCS)机柜内，每个分散处理单元( DPU)均具有2个冗余网络接口( RJ45)直接接入以太网。分散处理模件均冗余配置，一旦某个工作的处理器模件发生故障，系统能自动地以无扰方式快速切换至与其冗余的处理器模件，并在操作员站报警。当故障处理器修复后，系统自动进行状态拷贝并使其在冗余方式下运行。分散控制系统( DCS)的通讯使用8个16口的交换器( Switch Hub)分成3个网络；集控室内电子设备间配置2对交换器组成网络A，化学水处理系统的补给水处理车间配置2个交换器组成网络B，集控室及化学补给水处理室合用1对交换器组成网络C；网络A，B组成互为冗余的控制网，网络C组成单独的操作网；秸秆输送系统设置1台远程I/O站通过光缆接入网络A。以上的网络配置大大增强了控制网络的驱动能力及控制系统的安全性。
3、主要控制系统功能
3.1数据采集系统(DAS)
数据采集系统( DAS)连续采集和处理所有与机组有关的重要测点信号及设备状态信号，并及时向操作人员提供有关的运行信息，使机组安全、经济运行。机组一旦发生异常工况，能够及时报警，便于及时检修，利于提高机组的可利用率。数据采集系统( DAS)主要包括显示、制表记录、历史数据存储和检索及性能计算等功能。其中显示功能包括操作显示、概貌显示及功能组显示等子功能；记录功能包括运行人员操作记录、事件顺序记录( SOE)及保护动作记录等功能；性能计算功能包括机组净热耗率计算、汽轮发电机组循环性能计算等功能。
3.2模拟量控制系统(MCS)
模拟量控制系统或称闭环控制系统，是机组最重要的控制系统之一，该系统完成单元机组及辅机系统的模拟量自动调节控制，它将锅炉一汽轮机一发电机作为一个单元整体进行协调控制，使锅炉和汽机同时响应控制要求，确保机组快速适应负荷变化，并保持稳定运行。该工程的模拟量控制系统主要包括机组协调主控、送风控制、炉膛压力控制、燃料控制和给水控制等系统。其中协调控制系统包括炉跟机、机跟炉、机炉协调和机炉手动4种运行方式，以满足机组各种运行工况的要求，另外，该系统还承担单参数回路的自动调节任务。
3.3顺序控制系统(SCS)
顺序控制即开环逻辑控制，是机组主要控制系统之一。其任务是按照各设备的启停运行要求及运行状态，经逻辑判断发出操作指令，对机组主要设备组或子组进行顺序启停，同时，该系统根据工艺系统要求实施联锁与保护。
该期工程顺序控制以子组级自动化水平为主，同时具备手动、自动以及驱动级的各种运行操作模式，主要顺控系统包括送风机系统、引风机系统、空预器系统、秸秆燃烧系统及秸秆输送系统等。
3.4炉膛安全监控系统(FSSS)
炉膛安全监控系统是机组重要的控制保护系统之一。它连续监视锅炉在各种工况下的运行状态，随时进行逻辑判断，并在出现异常工况时发出报警、相关辅机的启、停及停炉指令。它通过一系列的联锁条件，按照预定的逻辑顺序对有关设备进行控制。主要包括炉膛吹扫、火焰检测和灭火保护、炉膛压力保护、主燃料跳闸及停炉后吹扫等功能。
3.5电气监控系统(ECS)
电气监控系统( ECS)由信号监测、逻辑控制和出口继电器转换部分组成。控制系统能够对所有的电气设备实现安全可靠的软手操，同时提供必要的顺序控制及闭锁功能。闭锁功能保持在有效状态，操作人员无法人工切除，可保证电气系统安全可靠运行。监控系统主要对发电机变压器组、发电机励磁系统、高压厂用电源、低压厂用电源、不停电电源系统、直流系统及380 V厂用电系统等系统进行监控。自动准同期装置( ASS)、自动励磁调节器( AVR)、厂用电快速切换装置等采用独立于分散控制系统( DCS)的专用装置，也可接收分散控制系统( DCS)远方投入／退出等信号。
3.6燃料输送系统
燃料输送系统由卸料系统、储料系统、上料系统组成。输料系统采用分散控制系统( DCS)控制和就地控制2种控制方式，带式输送机与分配带联锁控制，系统内设备均设联锁保护。该系统采用全厂闭路电视系统进行监控。
3.7化学水程控系统
该工程化学水处理控制系统纳入分散控制系统( DCS)。控制站、调试终端及操作员工作站布置于锅炉补给水处理控制室，运行人员通过键盘或鼠标在LCD上即可实现对整个系统的监控。化学水处理控制系统作为分散控制系统( DCS)的一个子站与分散控制系统( DCS)相连，该系统应留有与汽水取样系统的冗余以太网通讯接口。加药系统配有独立的控制柜，为实现全自动运行，留有冗余的以太网接口。控制方式采用程控、遥控及就地操作相结合的方式，并能相互切换。
4、结束语
控制系统的功能是在采用浙大中控公司的FW135P组态及编程软件的基础上，根据系统的控制逻辑组态后实现的；通过冗余配置的以太网络，提高了数据的传输效率和传输的可靠性；通过以太网接口与MIS网相连，可向MIS系统实时传输数据，实现生产运行和生产管理的一体化，从而实现了整个生产过程的自动化控制。
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