汽轮机辅机(技术丨余热发电DCS&DEH控制系统改造)

Posted 2023-05-31

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汽轮机辅机(技术丨余热发电DCS&DEH控制系统改造)

引言

某公司5000t/d水泥熟料生产线配套的余热发电机组DCS控制系统采用的是西门子PCS7系统，DEH控制系统采用的是欧陆NETWORK6000+和iFIX架构。自2011年余热发电机组并网发电以来，受卡件逐渐老化、总体性能下降等因素影响，近年来DCS控制系统和DEH控制系统存在运行不稳定的情况，公司决定对其进行改造。

原DCS控制系统采用的是PCS7 7.1版本，该系统软件适用于WindowsXP操作系统，但不适用于目前主流的Windows7或Windows10操作系统。DCS控制系统和DEH控制系统软硬件各自独立，若仅对DCS控制系统上位机进行简单的升级改造，则改造后DCS控制系统和DEH控制系统各自独立运行的状况仍将存在。为此，从发电机组长期稳定运行、人机界面操作友好及维护方便快捷等方面综合考虑，决定对发电机组DCS控制系统和DEH控制系统进行一体化改造。

余热发电控制系统现状及存在的主要问题

1.1 原有控制系统配置情况

图1为余热发电原有控制系统配置图。

图1 余热发电原有控制系统配置图

(1)DCS控制柜配置。汽轮机辅机配置2台控制柜，含1对冗余西门子S7-400控制器；PH/AQC锅炉配置1台控制柜(从站)，机柜均放置于汽轮机房三楼控制室内。

(2)DEH控制柜配置。DEH／ETS配置1台控制柜，控制器均独立配置，含3对冗余控制器(欧陆T2550)，机柜放置于汽轮机房三楼控制室内。

(3)网络配置。DCS控制系统及DEH控制系统网络均采用环形冗余设计，系统网络各自独立，中控室与汽轮机房控制室之间通过光纤通讯。

(4)工程师站及操作员站配置。DCS控制系统配置1台工程师站、2台操作员站；DEH控制系统配置2台操作员站。

1.2 存在的主要问题

(1)控制系统卡件老化，不利于发电系统连续安全运行及维护。尤其是DEH控制系统中的汽轮机电液调节系统专用控制卡件，生产厂家已停止生产，无库存备货。备件需定制加工，采购周期较长且费用较高。

(2)DCS控制系统PCS77.1软件的安装运行受限于WindowsXP操作系统，仅进行DCS上位机升级改造，费用需要约30万元，从长远考虑，性价比不高。

(3)DEH控制系统的3对控制器，彼此之间的通讯程序量较大，通讯程序占用控制器内存负荷高。实际运行过程中，T2550控制器经常出现卡顿、死机、退同步等问题，且柜内控制卡件和组件均存在不同程度的老化问题。

(4)操作员站已运行多年，计算机老化严重。随着生产历史数据的增长，操作员站计算机运行缓慢，其性能已无法满足正常生产需要，亟待进行整合优化。

(5)DCS控制系统采用WindowsXP操作系统，DEH控制系统采用Windows2000操作系统，目前主流计算机供应商均已停止供应支持此操作系统的计算机，采购渠道较窄，配置低且价格高。

(6)DCS控制系统与DEH控制系统相互独立，非一体化设计，给操作员日常操作和系统运行维护带来较多不便。

(7)DCS控制系统软件组态方式复杂，不易掌握，程序逻辑控制过程传输路线不清晰，对DCS系统维护人员技术水平要求高。

NT6000V4控制系统优势

为了保障DCS控制系统与DEH控制系统一体化改造项目的成功实施，该公司对余热发电控制系统升级改造后的机组运行情况、机柜内部卡件设计排布、内部接线施工效果、DCS运行界面、程序设计风格及系统后续运行维护等进行了详细交流研讨。

意向使用的NT6000V4新控制系统可实现DCS控制系统和DEH控制系统完全一体化的操作和控制。NT6000V4控制系统的主要特点如下：

(1)NT6000V4系统在国内大型火力发电、孤网运行等项目的应用业绩多，安全稳定性较高。

(2)南京汽轮机配套使用的DEH控制系统和DCS控制系统一体化设计，目前均采用NT6000V4系统硬件，系统硬件质量有保障。

(3)系统电源分配、OPC及ETS、继电器等组件均以模块化方式设计，机柜内部布置清晰，故障查询方便。

(4)系统网络架构简单明了，软件编程简单易掌握，运行维护方便。

NT6000V4控制系统优势

对原有DCS控制系统控制站(锅炉站、汽轮机站、DEH站)、控制网络、操作站(工程师站、操作员站)进行更换技术改造。

采用目前余热发电广泛采用的DCS及DEH设备，配置1台工程师站、3台操作员站；其中，2台操作员站设置于目前的汽轮机房控制室内，1台操作员站设置于目前的中央控制室内。技改后，控制器配置情况见表1，IO卡件配置情况见表2，DCS系统网络配置见图2。

表1 控制器配置情况

表2 系统IO卡件配置情况

图2 DCS系统网络配置

控制系统技改思路及技改方案

4.1 技改思路

作好充分的前期技改准备工作，全面综合考虑、科学合理安排施工工期，利用检修时间进行技改突击施工、调试，采用分片同时施工方法，保证一次投运成功。

4.2 技改原则

保证系统运行安全、可靠，最大限度减少项目投资。

4.3 技改方案

通过购置设备，确定施工工程量，综合考虑系统运行、维护等工作，采用新型NT6000V4控制系统。整个DCS控制系统的硬件技改和软件升级改造思路如下。

4.3.1硬件技改

(1)配置1套锅炉系统DCS现场控制站，置于汽轮机房控制室；配置1台机柜，柜内配置1对冗余的DPU分散处理单元，带本地I/O站。设备主要用于控制PH、AQC锅炉的生产过程。

(2)配置1套汽轮机系统DCS现场控制站，置于汽轮机房控制室；配置2台机柜，柜内配置1对冗余的DPU分散处理单元，带本地I/O站。设备主要用于控制真空系统、汽轮机油系统、冷却水系统、凝汽器水位、凝结水泵、闪蒸器、锅炉给水泵、旁路系统、发电机等生产操作单元。

(3)配置1套DEH/ETS系统现场控制站，置于汽轮机房控制室；配置1台机柜，柜内配置2对冗余的DPU分散处理单元，带本地I/O站。设备主要用于控制汽轮机的启动、运行、保护等。所用控制系统与DCS控制系统相同，与DCS为一体化设计，其作为一个独立的子站接人到工厂的DCS控制系统，通过与汽轮机控制系统的共同整合，系统数据的监控可与DCS控制系统实现完全共享。

(4)配置1台工程师站、3台操作员站，其中，2台操作员站设置于目前的汽轮机厂房控制室内，1台操作员站设置于目前的中央控制室内。

4.3.2软件升级

采用国内知名品牌DCS系统软件，该软件基于Win764位操作系统。应用软件的设计以海螺信息工程公司为主，山东鲁碧公司技术人员参与设计和调试。

技改方案实施

5.1 统筹资源，成立余热发电技改小组

为确保技改过程顺利有序推进，我厂专门成立了余热发电技改小组，统筹项目技改中电气、工艺、机械专业的组织、施工及协调，确保项目顺利实施。

5.2 做好技改前材料、程序、设备、施工等各项准备工作

(1)材料准备。统一采购施工中所需的材料。

(2)程序优化。整理、消化系统现有资料，重点梳理优化原系统各设备保护联锁、工艺联锁关系。

(3)现场控制柜及网络检查。对原有控制柜接线进行检查确认，确定每个信号的接线，确定电源、中继和模件的功能及作用并作标记。同时，检查系统的网络运行情况，确保网络畅通。

(4)施工准备。整理核实新旧施工点表格，打印施工点表格，打印套号(与新标签一致)，打印新控制柜模块标签，准备施工器具。

5.3 在停机检修期间进行施工

利用生产线停机检修的时机，对原控制机柜进行拆线，将新控制机柜就位，做好接线工作；做好现场新增设备的安装以及电源、网络和控制器的冗余确认；测试系统程序，进行现场设备打点调试、单机试车、联动试车、负荷生产等。施工工期计划如表3所示。

表3 施工工期计划表

技改效果

(1)技改后，余热发电系统已稳定运行一年多，实现了“零故障”运行。

(2)软硬件系统得到升级，系统运行更加流畅，软件可移植性增强，国产软硬件维护简单方便，解决了无备件、维护难、运行风险高的问题。

(3)DCS控制系统和DEH控制系统实现了一体化，操作人员日常操作和现场人员系统维护更加方便高效。

(4)余热发电系统运行安全稳定，不仅提高了发电量，而且保障了回转窑系统的稳定运行。