作者：吕国娟
　　
　　摘要：
　　
　　一、概述
　　
　　1.1工程及主辅机概况
　　
　　扬电公司地处扬州市东北郊湾头镇西北侧，扬州发电有限公司工程是新建两台300MW燃煤机组。锅炉为东方锅炉厂300MW国产引进型亚临界参数、自然循环、单汽包、单炉膛、四角切圆燃烧、一次中间再热、平衡通风、露天布置、全钢构架、燃煤、固态排渣炉。
　　
　　汽机为哈尔滨汽轮机厂亚临界、一次再热、双缸双排汽、单背压抽汽凝汽式汽轮发电机组。
　　
　　发电机采用哈尔滨电机厂按引进西屋公司技术生产的300MW水氢氢汽轮发电机，型号：QFSN－315－2。
　　
　　每台锅炉配5台磨煤机，4运1备，同时配备5台耐压式电子称重式给煤机。另外每台炉配2台单吸双支撑离心式一次风机、2台动叶可调轴流式送风机、2台静叶可调轴流式吸风机。空气预热器为三分仓容克式双密封空气预热器。
　　
　　每台汽机设置1套简化功能的高低压串联旁路系统，容量为30%B－MCR。设置2台50%B－MCR的转速调节汽动给水泵，1台50%B－MCR的备用调速电动给水泵。每台机组安装2台容量的电动凝结水泵。中压凝结水精处理装置（每机一套）包括2台过滤器和2台混床，两台机组合用一套再生装置。
　　
　　1.2分散控制系统（DCS）概况
　　
　　本工程分散控制系统DCS采用国产新华控制工程有限公司的XDPS－400系统。
　　
　　分散控制系统的配置及功能设计应本着全厂自动化水平的要求来完成。工程单元机组采分散控制系统，辅助生产车间采用可编程控制器技术，单元机组和辅助车间具有较高自动化水平。全厂还设置厂级监控信息系统（SIS），实时协调各机组和车间运行及生产管理。
　　
　　DCS控制范围包括锅炉及其辅助系统、汽轮发电机组及其辅助系统、除氧给水系统、高低压厂用电系统、发电机变压器组及两台机组公用部分等。同时与汽机TDM、电厂实时信息管理系统（SIS）、全厂时钟同步系统、自动励磁调节系统、准同期系统（ASS）、继电保护系统及与辅助系统（PLC控制系统，如补给水、灰渣、输煤）等进行通讯，实现全厂统一监控管理。
　　
　　DCS主要功能包括以下：数据采集系统（DAS）、模拟量控制系统（MCS）、顺序控制系统（SCS）、锅炉炉膛安全监控系统（FSSS）、电气控制系统（ECS）和两台机组公用部分等。
　　
　　二、分散控制系统（DCS）配置
　　
　　2.1DCS网络结构
　　
　　本工程XDPS－400系统为环形光纤以太网结构，网络配置见下图。
　　
　　单元机组DCS的网络结构为环形，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联接起来；公用DCS系统采用星形结构。单元机组DCS与公用DCS系统之间通过XDPS网桥实现隔离。
　　
　　冗余的数据通讯总线（包括冗余通讯总线接口模件）互为热备。系统网络主干架由3条10Mbps数据通讯网组成RTFNET（冗余）、INFNET网为高速数据管理信息网。RTFNET网主要完成实时数据的传递。INFNET网实现非实时数据传递，如历史数据调用等。所有DPU（分布式处理单元）都连接在RTFNET网，所有人机界面均同时连接RTFNET和INFNET通讯网络上，无中间数据库式通讯装置。循环水泵房远程站采用冗余光缆FCS总线完成
　　
　　各层网络的主要技术数据见下表二　　
　　2.2DCS硬件配置
　　
　　2.2.1I/O信号数量如下：
　　
　　Ⅰ、锅炉部分　　
　　Ⅱ、锅炉部分远程　　Ⅲ、汽机部分　　Ⅳ、锅炉部分远程　　Ⅴ、电气发变组及厂用电源部分　　ⅤI、汇总
　　
　　单台锅炉3106点，循泵房302点，
　　
　　单台汽机2651点，炉机公用129点
　　
　　单台电气发变组729点，电气公用177点
　　
　　2.2.2DCS硬件设备
　　
　　本工程每台单元机组分散控制系统的硬件设备主要包括：机柜50面，操作员站5套，工程站2套，历史数据站（HSU）1套，性能计算站1套，值长站1套。
　　
　　具体机柜分布下表：　　
　　公用系统XDPS-400硬件设备　　DCS人机接口站（MMI）接口设备包括操作员站、工程师站，历史数据站、性能计算站、值长站数量及性能见下表　　2.3系统硬件特点
　　
　　2.3.1通讯网络
　　
　　扬电工程XDPS系统的网络部分采用了环形光纤以太网。其核心部件——网络交换机，采用了德国HIRSCHMANN公司的10/100M自适应RS2－FX/FX以太网光纤交换机。
　　
　　在传统的以太网结构定义中，以太网的拓扑被定义为总线形或星形结构，并无环形一说。而总线或星形网络中任一传输介质或传输设备的故障，都将导致原来一体的网络被分割为各自独立的两段，从而引发网络节点之间通讯中断。HIRSCHMANN公司推出的环形以太网络，在网络结构上解决了单个传输介质或传输设备故障后引发的网络连通问题，从而大大提高的网络的可靠性。
　　
　　环形网络的核心部件——RS2－FX/FX光纤交换机，提供了环形网络冗余管理器（RedundantManager）的功能。被配置为RM管理器的交换机在整个环形物理网络中作为逻辑断点存在。换句话说，环形以太网虽然在物理上是个环状结构，但在逻辑上还是个总线结构。当某一段光纤或某一个交换机发生故障时，环形网在物理上退化为总线形网络，但逻辑总线特征并未发生变化，网络中的各个节点还如通常的总线或星形网络正常工作。整个网络的容错能力得到了大大的加强。
　　
　　采用光纤作为光传输介质，解决了通讯电缆抗电磁干扰性能差的问题，同时，为建立远程控制器之间的通讯创造了条件。公用循环水泵DCS控制设备远在厂区边，通过500米的光缆实现机组集控室对循泵房设备的监控。
　　
　　在上面的网络配置图表一中，单元机组DCS的网络结构为环形，公用DCS系统则采用了星形结构。单元机组DCS与公用DCS系统之间通过XDPS网桥实现隔离，保持单元机组和公用系统DCS之间的相对独立性。网桥完成单元机组DCS和公用DCS系统之间的时实数据传输过程：1、实现双向的实时过程量的传递；2、将单元机组操作员站发出的操作指令单向传送至公用DCS系统。单元机组和公用系统的数据库是相互独立的，单元机组DCS系统软硬件结构的变化对公用系统无影响。
　　
　　在网络节点的分布上，遵循了节点间的点对点通讯相对独立的原则。以太网交换机具有根据网络数据帧的MAC地址对各端口的数据进行分流的功能，而不象网络集线器（HUB）那样，各个端口上充斥着相关与无关的数据包。在XDPS系统中，冗余DPU之间存在着点对点的实时数据跟踪和拷贝。通过将相关的冗余DPU连接在同一交换机上，各个冗余DPU之间的点对点数据传输在本地交换机上实现直接转发，减轻了主干环网的网络负荷。
　　
　　2.3.2控制器
　　
　　分布式处理单元DPU是XDPS400的过程控制站，是DCS的核心。DPU就是一台小型的工业PC，采用Inel公司的Pentium266的中央处理器，配置32MBRAM，ISA总线板，可读写*存贮器Disk0nChip24MB。分布式处理单元DPU存储系统信息和过程控制策略与数据，通过冗双向的信息交换，实现各种控制策略，完成数据采集、摸拟调节、顺序控制、控制、专家系统等功能要求。处理器模件使用DOC芯片技术，无需后备电池。且还具有以下特点：
　　
　　2.3.2.1某一个处理器模件故障，不影响其它处理器模件的运行。此外，数据通讯总线故障时，处理器模件能继续运行。
　　
　　2.3.2.2对某一个处理器模件的切除、修改或恢复投运，均不影响其它处理器模件的运行。
　　
　　2.3.2.3所有控制处理器冗余配置，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。
　　
　　2.3.2.4冗余配置的处理器模件与系统均有并行的独立接口，即均能接受系统对它们进行在线的组态和组态修改。处于后备状态的处理器模件，能不断更新其自身获得的信息。
　　
　　2.3.2.5系统的控制和保护功能的各类数据信息不会因冗余切换而丢失或延迟。
　　
　　2.3.2.6电源故障属系统的可恢复性故障，一旦重新受电，处理器模件能自动恢复正常工作而无需运行人员的任何干预。
　　
　　单元机组共19对DPU，两对通讯的DPU，负责与外围PLC通讯。通讯采用广泛使用、现成的通讯协议，如TCP/IP，MODBUS，MODBUSPLUS或PROFIBUS。公用系统设置4对DPU。循环水泵房4对DPU，公用系统设置一台工程师站，不设独立的操作员站。
　　
　　三、分散控制系统功能
　　
　　3.1数据采集系统（DAS）：DAS至少有显示、制表记录、历史数据存储和检测、性能计算等功能。
　　
　　3.2模拟量控制系统（MCS）
　　
　　3.2.1锅炉-汽机协调控制
　　
　　3.2.2机组负荷指令
　　
　　3.2.3汽机控制
　　
　　3.2.4锅炉控制
　　
　　3.2.4.1磨煤机控制
　　
　　3.2.4.2二次风量控制
　　
　　3.2.4.3风箱挡板控制
　　
　　3.2.4.4一次风压力控制
　　
　　3.2.4.5炉膛压力控制
　　
　　3.2.4.6主蒸汽温度控制
　　
　　3.2.4.7再热汽温控制
　　
　　3.2.4.8给水控制
　　
　　3.2.4.9给水泵再循环控制
　　
　　3.2.4.10空预器冷端平均温度控制
　　
　　3.2.4.11燃油控制
　　
　　3.2.5除氧器水位和压力控制
　　
　　3.2.6凝器热井水位控制
　　
　　3.2.7汽机润滑油和EH液冷却控制
　　
　　3.2.8高低压加热器水位控制
　　
　　3.2.10其它单冲量闭环控制系统
　　
　　3.3锅炉炉膛安全监控系统（FSSS）
　　
　　3.3.1BCS功能：应包括锅炉点火准备、点火枪点火、油枪点火、煤燃烧功能。
　　
　　3.3.2FSS功能：应由炉膛吹扫、油燃料系统泄漏试验、燃料跳闸三个系统完成。
　　
　　3.4顺序控制系统（SCS〈B/T、G/T）
　　
　　3.4.1锅炉功能子组控制项目
　　
　　（1）空预器子组项
　　
　　（2）送风机子组项
　　
　　（3）引风机子组项
　　
　　（4）一次风机子组项
　　
　　（5）锅炉疏水、放汽及定期排污程序控制子组
　　
　　（6）吹灰程序控制系统
　　
　　（7）电动给泵子组项
　　
　　（8）汽动给水泵子组
　　
　　3.4.2汽机功能子组控制项目
　　
　　（1）汽机油系统子组项
　　
　　（2）凝结水子组项
　　
　　（3）凝汽器子组项
　　
　　（4）凝汽器真空系统子组项
　　
　　（5）汽机轴封系统子组项
　　
　　（6）低压加热器子组项
　　
　　（7）高压加热器子组项
　　
　　（8）汽机蒸汽管道疏水阀子组项
　　
　　3.4.3高低压旁路控制功能
　　
　　3.4.4循环水泵功能子组
　　
　　3.4.5发变组及厂用电源系统控制（SCS〈G/A）具体功能
　　
　　3.4.5.1发电机变压器功能组：包括同期系统、发电机变压器线路组系统、发电机励磁系统控制功能。
　　
　　3.4.5.2厂用电系统功能组：包括6kV厂用工作电源系统、220kV备用电源系统、380V厂用工作电源系统、保安电源系统、辅助厂用电系统控制功能。
　　
　　三、结论
　　
　　综上所述，国产XDPS－400分散控制系统无论是硬件可靠性，还是系统的可操作性，*满中以满足新建300MW燃煤机组的需要，并且环形以太网技术在以太网廉价，兼容性好、可靠性高的基础上，为以太网在工业控制上的广泛应用创造了良好的条件，必然在工业生产过程控制系统领域中有着广阔前景。