沈阳金山热电二期2×200MW机组DCS系统概述

1 引言

沈阳金山热电二期2×200MW循环流化床机组，锅炉设备为无锡华光锅炉股份有限公司产2台745吨/时超高压一次中间再热循环流化床锅炉，型号为UG-745/13.7-M；汽轮机为哈尔滨汽轮机厂有限责任公司2台200MW超高压一次中间再热双缸双排汽双抽凝汽式供热汽轮机，型号为CC150/N220-12.75/0.981/0.245；对热工自动化控制系统提出了较高的要求。本文主要是对沈阳金山热电二期2×200MW机组DCS系统进行了介绍。

2 DCS系统概述

沈阳金山热电二期的DCS系统（分散控制系统）硬件控制设备采用的是北京ABB贝利控制有限公司的SYMPHONY系统。组态由东北电科院热工所承担。DCS系统由协调控制系统(CCS)、锅炉炉膛安全监控系统(FSSS)、锅炉顺控系统（BSCS）、汽机顺序控制系统(TSCS)、DEH系统、公用系统和数据采集(DAS)组成，以满足机组各种运行工况的要求，实现对全厂各系统的集中控制，确保机组安全、高效地运行。

沈阳金山热电二期的电气发变组，主厂房低压厂用电源系统、UPS、保安电源、电气开关等的控制及测量信号，纳入ECS系统。ECS系统独立于DCS系统，由南京中德保护控制系统有限公司提供。

2.1 Symphony系统硬件结构

Symphony系统硬件结构包括：

现场控制单元Harmony Control Unit(HCU)；

多功能处理器Multi-Function Processor(MFP)；

人系统接口Human System Interface(HSI)；

系统组态、维护工具Composer；

计算机接入网络的接口Network Computer Interface(ICI)；

过程管理数据传递的网络Control Network(Cnet)；

网络至网络的接口Network Interface Unit(NIU)。

(1) 处理器模件(PCU)是DCS系统硬件的核心部分

Symphony系统采用BRC300控制器。控制系统的处理器模件考虑分配从功能上分散。其中每台机组采用8对PCU，其中顺控系统6对，FSSS和CCS系统共用一对，DEH系统单独一对。另外，公用DCS系统中采用2对PCU。这样以提高整个系统的可靠性。所有的处理器模件都是冗余配置，冗余配置的处理器模件能双向切换，切换时间为毫秒级，支持组态在线和离线下装。

(2) 过程输入/输出(I/O)

DCS系统的I/O测量点从主机和辅机（包括锅炉、汽机、发电机及其辅助系统和公用系统）采集。沈阳金山热电二期2×200MW循环流化床机组的每台机组的I/O信号数量约有6000点左右（包括开关量和模拟量）。重要I/O信号采用卡件冗余配置，以保证系统运行安全可靠。

2.2 DCS系统的软件

控制系统的软件，主要包括人系统接口PGP、画面离线组态工具Graphic Display Builder、过程控制逻辑组态工具Composer。

2.3 数据通讯系统介绍

2.3.1 主干网络配置

机组DCS系统主干网设计采用光纤环网，该网冗余、容错并具有自愈合功能，通讯速率100Mbps，全双工模式工作。整个系统由1＃机、2＃机及公用系统组成，光纤环网间通过网桥相互连接。

2.3.2 网络通讯系统

(1) 冗余、容错光纤环网

系统主干网采用双网冗余环型结构，所有站点直接上网，闭环连接，任何一个点的故障都不会影响系统的正常运行。

(2) 系统网络特点

光纤环型网，传输距离远，扩展性强，特别适应控制物理位置分散的系统。

双冗余，传输速率达100Mbps，广播640000点/秒，实时性高。

高速I/O总线，冗余设计，传输速率达10Mbps，带站能力强，维护方便。

2.3.3 网络结构

操作网络(Onet)：使用了TCP/IP以太网协议；

控制网络(Cnet)：使用存储转发协议；

控制通道(C.W)：使用自由竞争协议；

I/O扩展总线(X.B)：没有使用标称协议。

2.3.4 网络能力

采用的环状结构(Cnet)：

中心环 Central Ring

子环/工厂环、HCU、ICI

10Mbaud、250个节点、同轴电缆，节点距离1000－2000m

子环 Ring

HCU、ICI

10Mbaud、250个节点、同轴电缆，节点距离1000－2000m

工厂环 Plant Loop

HCU、ICI

0.5Mbaud、63个节点、同轴电缆，节点距离1000－2000m

采用的总线结构(C.W/X.B):

Controlway(C.W)：连接处理器的数据总线

1Mbaud 对等通讯

可带32个处理器

I/O Expander Bus (X.B)：连接I/O模件的并行总线

0.5Mbaud

可带64个子模件

2.3.5 存储转发通信方式

工作方式：

每一节点通过相应的传输介质，与另外两个相邻的节点相连接，最后形成一个闭合的环形网络结构。数据报告将环绕网络的所有节点依次传递，从信息源节点开始至目的节点，再由目的节点回到原发出信息报告的节点止。

主要特点：

对数据传输等待的时间短、响应快；

对数据通信的流通结构并行性好；

对数据传输的环境抗干扰能力强。

2.3.6 通信技术特点

使用例外报告：

在过程控制中产生一些涉及测量、操作、报警及管理等信息，经过一定的技术处理，而形成的一种反映信息值的专门报告。

当过程变量的变化率超过了预先规定的值时，该变量的信息才通过网络加以报告，否则系统认为该信息没有变化，仍使用该点的前一次的值。通过使用该项技术可以防止通讯通道的堵塞，保证数据传输的畅通，提高了网络效率。

数据通讯系统是将各分散处理单元、输入/输出处理系统及人机接口和系统外设连接起来，保证整个系统可靠和高效地通讯。控制系统的数据通讯系统的控制层网络是双层环网(包括冗余通讯总线接口模件)，是采用令牌传送方式的FDDI网络，传送速度100Mbps。任何一条通讯总线的故障不会影响数据的正常传输。总线上最多可以与64个控制站连接，挂在数据通讯控制层网络的所有站，都能接受数据通讯总线上的数据，并可向数据总线上发送数据。控制网络的负载容量不超过30%。

2.4 电源系统

电源系统的特点：

(1) 采用模块结构，可做到2N冗余；

(2) 电源系统具有较好的功率因数，调整可达0.95；

(3) 系统采用可更换电源和风扇结构；

(4) 具有相应的电源监视功能；

(5) 系统可直接接受120/240VAC或125VDC外部输入电源；

(6) 在2N冗余结构下，双外部电源输入可混合输入；

(7) 所有电源模块共担负载。

3 DCS系统与其他控制系统

3.1 DCS与其他控制系统

金山电厂二期控制系统的一大特点是机组DCS系统提供了多种与第三方设备及系统接口的方案。金山二期DCS系统与其他控制系统之间的接口和设备是：汽机控制系统、NCS（220KV网络计算机监控系统）、SIS，以及不同厂家的PLC。

3.2 DCS系统与其他控制系统之间的接口

(1) DCS系统中控制层网络与所有其他控制系统的接口通讯是双向的，对重要系统的通讯其硬件采用冗余配置，与所有其他控制系统之间的通讯协议采用TCP/IP。

(2) 为满足DCS对其他控制系统的监控，在机组DCS和公用DCS系统内为其他控制系统建立了PIaCo实时数据库。

(3) 另外，DCS与所有其他控制系统之间的接口除了采用通讯外，对重要系统的保护信号还采用硬接线，如汽机控制系统和电气控制系统。

3.3 电厂的时钟同步系统

金山电厂的DCS控制系统中采用时钟同步系统，将接收的全球卫星定位系统（GPS）发送的标准时钟信号以及电网的同步时钟信号，用作各控制系统同步的电厂主时钟信号，来统一所有与DCS控制系统接口的设备时间，使其一致。

3.4 事件顺序记录(SOE)

SOE对于分析查找机组故障原因起着及其重要的作用。Symphony系统SOE由INNIS21网络接口子模件、INSEM事件顺序主模件和INTKM02时间保持主模件组成，能够处理最多1000个过程控制单元中的SOE的I/O模件的1500点信号。并通过时间同步链向其他分布SOE系统提供精确的时间信息。SOE采集数据为毫秒级，能够记录一些动作时间短的信号，并按时间先后进行排列，可通过组态设置那些重要动作信号进入SOE。

3.5 公用系统设计采用双冗余网桥连接，功能强大、成熟、可靠

公用系统主要由热网换热系统、石灰石系统、工业抽汽和低压厂用蒸汽系统组成。实现对其监视、控制。

系统配置了2套网桥，负责公用系统与单元机组DCS光纤环网连接，1:1冗余，可靠性高。通过网桥将公用系统与2套单元机组DCS连接成一体。相互之间既可通讯又有相互闭锁的功能。在机组运行和监控时公用部分DCS具有如下的特点：

任何一台单元机组停运均不影响公用部分功能；

在两台机组上均能对公用部分进行监视和操作且具有互锁功能；

任何一台单元机组电源故障、失电均不影响公用部分DCS正常运行。

3.6 系统的扩展

I/O板卡配置余量>15%

模件插槽余量>20%

PCU负荷率

网络通讯负荷率

电源余量>40%

4 不足

(1) 电气ECS、除灰、燃油泵房、空压机的控制系统各自独立，未纳入整个DCS，互相之间无通讯往来，不能在控制室直接监控、操作。

(2) 厂家多，硬件不统一，ECS为分散控制系统，其余为PLC控制。给维护和学习带来了不便。

5 结束语

机组的DCS自动控制系统技术新、要求高、功能全，而且较复杂。通过一年多来的运行，系统稳定，控制系统和控制逻辑也不断地进行完善。目前机组的协调控制及一次调频都已正常投运，机组自动投运率在95％以上。