热电厂DCS集控系统改造分析与应用

【摘 要】某煤泥热电厂于2000年初建厂投产，随着工艺的进步和机组规模的扩大，原来靠常规仪表盘加手操器和小型控制器独立进行操作的方式无论是在控制的精度还是在系统的安全可靠性上均满足不了生产需要。本文通过对该厂进行dcs集控改造的分析，系统的论述了集控改造的主要过程和达到的效果。

【关键词】DCS集控；视频监控；UPS电源；改造

前言

该厂现运行有5台锅炉和3台汽机。其中Ⅰ期设备1#2#锅炉控制系统采用常规仪表盘操作。Ⅱ期设备3#锅炉1#2#汽机控制系统采用美国HONEYWELL早期产品，冗余服务器设置，计算机操作加后备手操器。Ⅲ期设备4#锅炉3#汽机控制系统单服务器设置，计算机操作加后备手操器。IV期5#锅炉控制系统采用中控ECS-100产品，冗余服务器设置，计算机操作。电气和汽轮机之间的联系和负荷调整采用硬接线的指挥信号联系，通过电气控制台发出信号调整同步器电机，控制加减负荷。各期DCS系统各自独立，电源、视频监控亦是独立控制，控制室分散布置，给全厂的总协调运行带来很大的不便。为了优化机炉电运行监控模式，实现主机设备集中运行监控，决定对该厂主机及附属设备进行DCS集控改造。

1、DCS集控改造

本次控制系统的改造，将机炉电三大主机运行监控由原来的各自独立控制室合并在同一集控室内，并实现模拟单元制运行，把设备的参数检测、启停、连锁保护、顺序控制、显示、报警、报表、监控融为一体。

集控室正面建立以组合显示屏为中心的综合信息显示平台，主要由高清投影大屏幕、液晶显示屏、LED显示条屏组成，进行全厂生产系统信息的交流和展示。高清投影大屏幕上显示DCS控制系统操作员站的实时数据、DCS画面汇总显示、汽水、电气等主系统图、视频监视画面及其他生产监控数据图表。液晶显示屏上显示机炉电设备安全运行必须的视频监控实时画面。LED显示屏上滚动显示电厂主要生产信息以及安全运行周期、系统时间。同时建立以LED操作员站为监视和控制中心的DCS集散控制系统。功能主要包括DAS、MCS、SCS、机炉辅机控制和联锁保护等。操作员站能够实现运行人员在集控制室内通过DCS进行机组的启停、正常运行和异常工况处理。经多方对比和选择，最终确定采用浙大中控ECS-100产品作为全厂的DCS控制系统，可通过对现场设备进行接口连接改造来进行系统的整体更换。同时IV期原有ECS系统也可经过产品软件升级并入新系统。

集控改造后按照单元制设置运行单元即3#炉1#机、4#炉2#机、5#炉3#机三个互相独立。每个单元按照2人同时监控设置两个操作站，其中一个操作站供锅炉值班员操作调整和监视，另一个操作站监视汽轮发电机组，并可以辅助监视锅炉。同时设置电气操作站单独进行显示监控。值长工作台布置在集控操作台后，台面布置3台微机：一台全厂数据终端、一台办公用电脑、一台视频监控主机。集控室操作员站、值长用电脑、大屏幕、视频监视器等均采用双电源供电。

2、视频监控改造

电厂原有主机设备的监控点布置分散，且原有部分模拟视频信号不同程度出现线损增大、视频信号出现衰减、视频图像效果受到干扰等问题，不利于运行人员的监控。为了对生产控制过程和重要岗点进行全程可视化监控，及时发现和处理生产中的异常情况，保障生产的连续性，本次集控改造也对原有视频监控系统进行了网络化升级改造。

监控显示设备布置在集控室大屏幕周围，采用4个液晶电视屏显示生产现场各工业电视监控点的视频信号，帮助运行人员实时掌握重要设备和地点的安全现状信息。按照3#炉1#机、4#炉2#机、5#炉3#机、电气系统的顺序分别显示监控画面。视频监控液晶电视屏把每一单元（如3#炉1#机）的视频信号如锅炉水位、汽机机头、汽机油箱等，以单画面或多画面的形式在显示屏上进行动态或循环显示。同时各显示屏都具有辅助显示其它视频监控画面的功能。在值长台上设置的视频监控主机可对全厂所有的监控画面进行控制和调整。主机内安装的视频服务器可对监控显示设备进行分屏显示，同时也通过主机的网络功能借助厂内网络将视频信息传输至上级视频中心。改造后的视频监控系统实现了数字化采集、数字化控制和数字化传输等功能。

3、DCS电源改造

目前各DCS系统：I、II期系统的两路交流输入电源一路来自UPS后，一路来自不同供电母线上的两路经过负荷隔离自动转换器切换开关后的电源。III期系统只有来自UPS后的一路交流电源，此UPS输入电源的两路进线来自同一供电母线上，两路进线手动切换。IV期系统来自同一供电母线上的两路交流电源一路直接为DCS供电，另一路作为UPS的输入，经UPS后为系统供电。由于各系统分阶段建设造成电源各自独立选取，给运行及维护带来很多繁琐的工作。因此在全厂集控系统合成的基础上，必须对该系统的供电回路进行改造。

本次UPS电源系统采用了双UPS并联运行（“1+1”并机）的方式。随着并机技术的发展，双UPS并联运行能够实现两台UPS在同一控制程序下稳定的协调工作，既提高了安全可靠性也提高了设备使用率。其工作原理为，正常工作时两台UPS各承担50%负载，一台UPS出现故障后另一台UPS自动承担100%负载，故障UPS自动退出并机模式；当故障UPS维修好以后可直接投入并机，两台UPS重新自动均分负载。若故障UPS退出并机还没有维修好，而带载UPS也出现故障时，此时将自动切换至带载UPS的旁路；当两台UPS全部维修好以后，按程序可进入并机工作状态。与单UPS相比，双UPS有以下优势，两台互为备用，供电可靠性高、瞬时过载能力强、自动均分功率。

电源改造后，除了双UPS以外，仍然在另外的母线段上引入系统的一路独立市电接入DCS系统。这样电源的可靠性就进一步的得到了的提升，完全能够满足全厂整个集控系统电源稳定运行的需要。

4、系统设备安装

此次改造集控室需要安装的设备主要有9台操作员站、1台值长台，以及集控室正面墙壁上布置的由高清投影大屏幕、液晶显示屏、LED显示条屏组成的综合信息显示平台。电子设备间内新增设8台DCS机柜：1#2#锅炉配置1台DCS机柜，3#锅炉1#汽机配置2台DCS机柜，4#锅炉2#汽机配置2台DCS机柜，3#汽机及热网站配置1台DCS机柜，3台汽机的ETS配置1台DCS机柜，5#炉DCS系统机柜不变。增设1面总电源柜和1面分配柜为整个集控系统提供电源。安装2套UPS电源组及2台工程师站。本次改造需重新安装的电缆、电缆桥架以及现场设备一次元件、配件等，其选取和施工均按照了相关国家标准要求和规范，满足系统设备对现场的使用要求。

5、系统投运

本次改造是在不停产的情况下，分阶段进行。5#4#炉和3#机施工改造用时15天，系统调试及试运行3天。3#炉和1#2#机施工改造用时18天，系统调试及试运行5天。1#2#炉施工改造用时10天，系统调试及试运行2天。改造完成后，机炉电按照模拟单元制运行方式运行，提高了整机运行水平。

监控运行方式由原来的按专业分别监控变为单元运行制，运行人员由原来的每班:值长1人、炉10人、机8人、电气5人合计24人；变成了现在每班:值长1人、炉9人、机7人、电气5人合计22人。这对企业减员增效起到了一定的作用。改造完成后，值长及机炉电人员工作休息地点集中在了一起，人员集中后，既方便了运行人员的及时轮换休息也便于运行之间的技术交流，这对安排日常工作、处理现场问题等大大提高了工作效率和准确性，方便了电厂的统一管理。

6、结束语

通过本次对全厂主机设备及辅机进行的DCS集控改造，基本实现了主机设备集中运行监控管理，使设备处于全程可控范围之内。优化了机炉电运行监控模式，提高了企业的自动化运行技术和管理水平，为企业下一步的生产工艺细化和装备更新换代奠定基础。