热工自动化系统的组成

火电厂热工自动化的展现以及现阶段热工自动化技术的应用现状摘要：文章探讨了大型火电厂热工自动化系统的构成及其自动化水平、控制方式和管理模式，而热工自动化系统的发展趋势是高速化、智能化、一体化和透明化。

对故障信息的研究和充分利用是发掘热工故障诊断与故障预测的基础，现场总线的应用，为热工自动化系统的进一步发展提供了不断拓展的空间新的测量控制原理和方法不断得以应用，将使机组的运行操作和故障处理，象操作普通计算机一样方便。

关键词智能化；大型火电厂；热工自动化水平；机组控制方式；自动化；集控；一、热工自动化系统的组成(一)DCS系统1．单元机组电气发变组和高、低压厂用电源系统纳入DCS监控。

烟气脱硝系统及汽机旁路系统的监控纳入机组DCS。

2．两台机组的DCS之间设置一公用网络分别与两台机组DCS的数据总线通过网桥联接厂用电公用系统、空压机房、燃油泵房等公用系统接入DCS公用网络。

公用网络可根据DCS供货商的经验，独立设置的操作员站(如上海外高桥电厂二期工程)，或通过单元机组操作员站对公用系统进行监控。

3．机组操作台上设有DCS、DEH操作员站及安全停机、停炉、解列发电机等所必需的操作按钮(如：交、直流润滑油泵、真空破坏门、再热器安全门、过热器安全门及手动停机、停炉、发变组跳闸、灭磁开关、柴油发电机启动等)。

当DCS发生通信故障或操作员站全部故障时，可通过上述后备控制手段实现安全停机、停炉。

DEH系统作为汽轮机设计制造密不可分的一部分，一直是由汽轮机制造厂开发配套的。

以前，这些专用系统在其软硬件的开放性上较差，造成了大批电厂在集控室拥有DCS和DEH两个操作平台(通过硬接线完成必要的控制信号的传输)，给运行人员带来不便。

为了做到信息共享DCS厂商和DEH厂商在用户的要求下开始着手两者之间的整合工作。

对于一些既生产汽轮机又推出DCS设备的厂商而言，其DEH系统的控制器、人机界面本身就采用了DCS设备，并开发有既满足DEH 功能又符合DCS系统I／O总线通信要求的专用卡件DEH功能纳入DCS系统自然是顺理成章的，如ABB公司(PROCONTROL 2P)、SIEM ENS公司(TXP)、ALSTOM CEGELEC公司(P320)、日立公司(H IACS50OOM)、EMERSON公司(OV A TION)等均可做到。

也有DCS 制造商与汽轮机厂合作，采用成熟的DCS产品共同开发DEH。

如东方汽轮机厂与美国ETSI 公司合作，采用ABB公司的INFI290 软硬件平台的一体化。

MEH与DEH的情况类似，要纳人DCS技术上不存在难以逾越的困难，但同样受到汽轮机厂所引进的技术方的影响，要实现与DCS系统的无缝连接，还有待时日的考验。

(二)辅助系统集中监控网络辅助系统的监控采用可编程控制器PLC+交换机(HUB) +人机接口(MM I)方式，为满足安装、调试和初期运行过渡需要，按照“水”、“煤”、“灰”三点设置调试终端兼临时操作员站，随着各辅助系统正常运行后，逐步由就地系统监控转移为集中控制室集中监控，就地将无人值班。

(三)烟气脱硫系统烟气脱硫系统的控制点，视工程的具体情况和业主管理模式的喜好，可与除灰系统合并设置在电除尘控制室或除灰控制室，或与输煤系统合并设置控制室。

烟气脱硫控制系统采用FGD2DCS或PLC实现。

通过FGD2DCS／PLC的LCD及其键盘并辅以少量的就地监视和控制实现脱硫系统设备的启、停和正常运行时的监视和控制。

烟气脱硫系统的重要状态、监视和报警、联锁信号通过硬接线与机组DCS系统连接，以保证机组的正常运行，并通过通信口与SIS系统进行通信，可在SIS系统的工作站上调用脱硫控制系统中的所有实时数据。

(四)全厂数字视频网络系统设置全厂数字视频网络系统，对重要设备运转状态、危险场合、无人值班的辅助系统通过摄像进行监视。

全厂闭路电视监视系统监视点设置在单元控制室，采用大型等离子显示器或大屏幕显示器实时显示，以便对全厂的各个生产及辅助生产场所进行直观的监视。

数字视频信息可通过通信接口与厂级管理信息系统(M is)连接，实现全厂信息管理。

(五)厂级实时监控系统设立厂级实时监控信息系统(sis)和厂级管理信息系统(M IS)。

单元机组的分散控制系统、辅助系统控制系统等控制系统与厂级实时监控信息系统(SIS)实现数据通信。

一、现在大型火电厂中机组自动化水平目前大型火电厂普遍采用以DCS为主，配合其他热工控制系统共同构成单元机组控制系统；水、煤、灰等辅助车间的监控采用可编程序控制器(PLC)实现，并利用计算机网络技术，构建起全厂辅助车间集中监控网络，以实现在集控室集中监控。

(一)操作员站各系统操作员站的LCD及其键盘、鼠(球)标作为运行人员的监控中心，实现炉、机、电、网、辅全LCD监控。

在机组DCS发生全局性或重大故障时，按照“故障安全”的原则，通过安装在操作台上的少数独立于DCS的硬接线手操设备实现紧急安全停机。

当辅助车间集中监控网络及操作员站发生重大故障时，则通过相应的就地辅助控制室的操作员站进行现场处理。

(二)顺序控制机组自动化水平通常采用以子组级为基础的功能组级顺序控制。

近几年又大胆地提出了采用带断点的机组级顺序控制，实现所谓的“一键启”功能。

针对该问题我们进行广泛深入的调研，从国内情况看，部分由国外整岛进口的机组曾有过这方面的尝试，如：华能日照电厂一期工程采用分岛招标方式采购，锅炉岛由美国FOsTERwHEELER公司设计供货，汽机岛及仪控岛均由德国SIEMENS公司负责设计与供货，在机组调试阶段曾尝试过该功能，而更有效的是汽机自启动功能，但机组运行后再也没有使用此功能；石洞口电厂二期采用的是ABB公司的DCS系统，其机组自启动功能也只是在机组调试阶段试用过一次；上海外高桥电厂二期工程DCS采用日立公司的H IACS50OOM系统，其机组自启动功能设置有约15个分系统启动断点，但由于设计不完善，未实现其功能；珠江电厂一期工程由日本三菱公司承建，其机组自启动功能应用良好，二期扩建业主仍要求设置此功能，但上海FOXBORO 公司的DCS并未实现其功能。

华能沁北电厂采用ABB公司的DCS系统，并借鉴石洞口电厂二期的经验，SCS设计有多断点的机组级顺控，实际运行中相当于为运行人员提供操作指导。

而在美洲国家则不要求“一键启”功能，在美国，没有一个火电厂设置该功能；“一键启”功能是由欧洲国家提出的，并在欧洲、亚洲个别国家有实际用户，如：德国尼德豪森电厂等。

而大型机组的控制方式为：随着DCS在电厂中的广泛应用，其稳定性、安全性、可靠性也逐步被人们认可，机组设备的可控性日益提升，早期电厂单元控制室所设置的常规模拟仪表盘和大量的常规监视仪表、操作设备逐步取消或被大屏幕显示器所取代，集控室面积随之逐步缩小，运行值班人员也在逐步减少，减人增效的概念逐步建立，控制室的布置、控制点的设置和控制方式发生了根本的变化。

控制方式由典型的单元控制室实现炉机电集中监控辅助车间就地控制室就地监控，逐步发展到全厂只设一个监控点，即炉、机、电、网、辅均在单元控制室内集中监控，辅以水、煤、灰3个就地辅助监控室，以满足安装、调试、现场巡视和异常工况处理的需要。

(一)控制室位置和布局控制室位置和格局也日益多样化，由原来的一机一控、两机一控发展到三机一控、四机一控甚至多机一控。

如广西来宾B电厂、山东莱州电厂等采用两机一控方式，控制室布置在主厂房固定端；国华宁海电厂、广东华能海门电厂均采用四机一控方式，集控室布置在A 列外2号、3号机之间的集控楼上；华能玉环电厂采用四机一控方式，控制室布置在主厂房固定端的生产办公楼上，与主厂房的运转层同标高，并有天桥相连；日本矶子电厂控制室与办公室一起布置在汽机房顶部；日本橘湾电厂机组集中控制楼与生产办公楼合在一起，与主厂房脱开，布置在主厂房前，通过天桥与之相连。

(二)采用多机一控方式的前提1．同期建设多台机组，集控室布置统一规划；2．以机组设备的可靠性和可控性作为支持；3．随着自动化水平的提高，集控室设备减少。

(三)电子设备间的布置有典型的集中布置在两炉之间的集控楼运转层上的集控室后方或布置在集控室下方的中间层也有在各锅炉房、汽机房分别设置其锅炉电子设备问和汽机电子设备问，如广西来宾B电厂、山东莱城电厂二期、江苏夏港电厂一期、山东华能日照电厂二期、山东华电莱州电厂一期等工程均未设置集控楼，每台机组设置锅炉、汽机两个电子设备间。

两种布置方式各有优缺点：前者，DCS机柜相对集中，能有效使用电子设备间的面积，安装、调试及现场设备运行管理较为方便，站间通信电缆较短，安全性较好，电缆比较集中并设置有电缆夹层，施工比较方便；后者，机柜就地布置相对分散，不利于集中空调系统的设置，电子设备问建筑面积总和相对较大，土建装修量大，电气照明、空调容积都相对增加，但由于电缆比较分散，取消了电缆夹层，各电子设备间距离就地设备较近，可节省大量控制电缆、电缆桥架，并取消了集控楼，减小了容积比和安装工程量，降低了工程造价，对锅炉本体的安装进度也提供了有利条件。

而在国外尤其是欧美则更趋于彻底分散，甚至不设电子设备间，控制机柜就地布置，大大削减了控制电缆的用量，增加了通信电缆的数量，对DCS系统的适应性和安全性也提出了更高的要求，卡件的低功耗、机柜的全密封、全天候工作，增加了设备费用而降低了安装工作量，对高人工费的欧美国家，可节省大量施工费用。

三、现在热工自动化系统的发展动向为：1单元机组监控智能化单元机组DCS的普及使用，使得机组的监控面貌焕然一新，但是它的监控智能化程度在电力行业却没有多大提高。

虽然许多智能化的监视、控制软件在国内化工、冶金行业中都有较好的应用并取得效益，可在我国电力行业直到近几年才开始有所起步。

随着技术的进步，火电厂单元机组自动化系统的智能化将是一种趋势，因此未来数年里，实现信息智能化的仪表与软件将会在火电厂得到发展与应用。

仪表智能管理软件，将对现场智能传感器进行在线远程组态和参数设置、对因安装位置和高静压造成的零位飘移进行远程修正，精度自动进行标定，计算各类误差，并生成标定曲线和报告；自动跟踪并记录仪表运行过程中综合的状态变化，如掉电、高低限报警、取压管路是否有堵或零位是否有飘移等。

阀门智能管理软件将对智能化阀门进行在线组态、调试、自动标定和开度阶跃测试，判断阀门阀杆是否卡涩，阀芯是否有磨损等，通过阀门性能状况的全面评估，为实现预测性维护提供决策。

重要转动设备的状态智能管理软件将对重要转动设备的状态如送风机，引风机，给水泵等，综合采用基于可靠性的状态监测多种技术，通过振动、油的分析以及电机诊断，快速分析(是否存在平衡不好，基础松动，冲击负荷，轴承磨损)等现象和识别故障隐患，在隐患尚未扩展之前发出报警，为停机检修提供指导和帮助。