DCS在火电厂化水系统的应用

　　摘要：“芜湖地电厂于1992～1997年分别投产了4台上海三大动力设备厂生产的N125MW机组。其辅助设施化水系统投产于1992年，其中炉外水处理系统为共用系统，它由净水系统、工业水系统、除盐系统等组成；炉内水处理系统分三、四期两部分，皆由给水加氨、除氧剂加约、磷酸盐加药、集中取样监视等系统组成。
　　
　　2000年5月～2001年2月，芜湖发电厂对化水监控系统进行了改造，将上海新华控制工程有限公司的XDPS-400技术应用于化水监控系统，将以就地操作、就地监控为主的化水系统变成以集中监视、集中操作（OPU）、自动控制为主的系统，使化水监控系统的自动化水平上了一个新台阶。
　　
　　一、改造原因
　　
　　改造前，除了除盐室各泵设集中控制外，其它系统各泵均为就地控制：各系统液位均为就地式液位计。除盐系统原设计为就地手操气动控制系统，再生为就地手操气动再手。但是该系统自投运以来，电磁阀柜不能正常使用，电磁阀大部分已锈坏，气动阀门基本以手操为主；仅在阴床、混床出口配有在线电导率仪：再生用酸、碱浓度计原为大连产的*代产品，因使用情况不好，已于1999年4月拆除。
　　
　　永汽处理都采用就地控制式加药系统。1997年，三、四期水汽系统统一安装7某厂的水汽监控系统。由于受当时计算机水平的限制，且该监控系统为该厂的*代产品，与现在的要求已有较大差距。另外，三期水汽系统未配备在线硅表、磷表、钠表，这些项目的监测只能以手工分析为主，方式落后，且不能连续监督；氧表也为老指针式，急需更换。
　　
　　当时化水运行人员共有55人，随着定岗、定编的需要，减人已是大势所趋。故化水监控系统改造已是迫在眉睫。
　　
　　二、改造内容
　　
　　（一）化水DCS系统
　　
　　经过招标，上海新华控制工程有限公司的XDPS-400分散控制系统中标。其技术特点是：开放的体系结构，充分利用的通用计算机和通讯技术，具有很好的向±兼容性：基于FTCP／IP的冗余高速数据通讯网，低层可采用以太、令牌等多种标准协议：*的分布式实时数据库与关系式数据库融为一体，对网上各节点透明；灵活的I／O支持；基于WINDOWS的图形人机接口站；DPU图形组态软件具有*的在线组态和调试能力；具有从在线的冗余通讯网到通道的自诊断能力：以GTW／WEB／DDE／OPC的方式与其它控制系统如MIS/INTRANET／INTERNET接口。硬件模块化设计，使系统易于扩展。
　　
　　XDPS-400分散控制系统覆盖功能如下：
　　
　　●水汽监控系统；
　　
　　●工业水恒压、恒水位控制系统
　　
　　●生活水恒压、恒水位控制系统
　　
　　●除盐控制系统；
　　
　　●DAS系统；
　　
　　●给水自动加氨控制系统：
　　
　　●炉水磷酸盐自动加药控制系统。
　　
　　整个化水监控系统共设I／O点908点，其中开关量665点，模拟量243点。
　　
　　系统共有5个机柜，2对冗余分布式处理单元（DPU），1台工程师站（ENG，兼历史数据站和MIS网通讯的多功能站），3台操作员站（OPU），每个操作员站都平等，并互为备用。化水DCS网络原则性结构见图1。　　
　　2．软件配备
　　
　　操作系统采用WINDOWSNT4．0，DCS采用XDPS2．0软件，软件系统分为人机接口、DPU站的过程控制软件、GTW软件和化学专业统计报表软件四部分，通过系统网络与I／O网络的通讯软件融为一体，完成生产过程的实时控制、监视和操作。操作员站软件包功能丰富，涵盖了现今几乎所有的流行操作员站功能，操作界面简单直观。工程师站软什包采用*实用的图形组态软件，简便易用，特别是DPU组态软件极为方便，可以对组态文件进行在线修改、调试、操作、下装等。
　　
　　3．系统实现的功能
　　
　　（1）DAS系统功能
　　
　　除显示所有参数（化学在线仪表检测数据、监控参数、变频泵控制状态、工频泵状态、除盐程控状态等）的当前值或状态、报警记录、操作记录、实时曲线、历史曲线外,还实现化学运行数据的统计分析，自动生成各类报表。
　　
　　（2）SCS系统功能
　　
　　①换床
　　
　　●首先根据运行参数判断交换器是否失效：
　　
　　●当确认交换器失效后，在显示画面上提示换床；
　　
　　●画面上自动弹出备用床号，在开启该床手动进口阀并确认后，进入正洗程序；
　　
　　●换床结束。
　　
　　②再生
　　
　　●当确认交换器失效后，在画面的提示中选择再生并确认启动再生程序；
　　
　　●启动压缩空气系统；
　　
　　．●待压力正常后显示再生程序细节表：
　　
　　●当确认后，系统将运行设备停用，并提示是否关闭其手动进出口阀：
　　
　　●确认后，开启酸（碱）计量箱进口阀，放酸（碱）至预定位置，关闭计量箱进口阀：
　　
　　●区别阴、阳床或混床再生，依次按各自再生步骤进行再生；
　　
　　●停压缩空气系统。
　　
　　③系统连锁
　　
　　当#1、#2空压机软手操在自动时，储气罐压力低于0．43MPa时，启动空压机：高于0．63MPa时，停空压机。当#1、#2中和泵软手操在自动时，中和池的水位高于1600mm时，启动中和泵：当中和池水位低于800mm时，停中和泵。当屋顶水箱水位低于1000mm时，启动除盐水泵：当屋顶水箱高于1800mm时，停除盐水泵。
　　
　　（3）MCS系统功能
　　
　　①工业水水池水位控制系统
　　
　　工业水池水位的控制由四台升压泵（#4～#7）调节，其中#4为变频调节泵，其余为工频泵。定义每台工频泵的出力为100％，变频泵的出力为100％。经过对运行数据的分析可看出，维持水池正常水位时泵出力通常是在130％～170％的状态下。据此，在该控制系统中采取一投、一调、二备的方案，即一台工频泵以手动方式投入；另两台工频泵以自动方式备用：一台变频泵以自动方式运行，对水位进行跟踪调节。在水位落到保护水位时，备用泵自动投入，用300-400％的泵出力将水位抬高。
　　
　　两台备用工频泵的优先级以切至自动的先后为准。工频泵的自动与手动工作方式是可以互换的。当系统在不正常工况下工作时，应切换到手动方式运行。
　　
　　②工业水母管压力控制系统
　　
　　该系统依靠#1～#6工业水泵来调节工业水母管压力，其中#1和#4为变频泵（互为备用），其余为工频泵。经过对运行数据的分析可看出，机组稳定运行所需的工业水母管压力通常是由二台工频泵和一台变频泵的运行来实现。因此设计为二台工频泵运行，二台工频泵备用。#1或#4变频泵调节工业水母管压力，使它与设定值接近。当变频泵自动调节到95％时，启动一台工频泵；当变频泵自动调节到5％时，关闭一台工频泵。
　　
　　③生活水池水位控制系统
　　
　　生活水池水位由三台升压泵（#1～#3）调节。合理地调配这三台泵的工：作水池水位的稳定。在三台升压泵中，#1为变频泵，#2和#3为工频泵。
　　
　　④生活水母管压力控制系统可以保持生活
　　
　　该系统主要依靠#1～#4生活水泵来调节生活水母管压力，其中#I为变频泵，#2～#4为工频泵。通过调节#l生活水泵的转速来调节工业水母管压力，使它与设定值接近，当变频泵自动调节指令到98％时自动启动一台工频泵，当变频泵自动调节指令到10％时自动关闭一台工频泵。同时，当生活水母管压力低于0．2MPa时，自动启动一台工频泵，当生活水母管压力高于0．5MPa时，自动关闭一台工频泵。
　　
　　⑤化学水池水位控制系统
　　
　　该系统主要通过自动调节化学水池进口阀的开度来控制化学水池的水位，原则上采用单冲量回路。考虑到清水泵的启动将影响化学水池水位，所以在启停清水泵时，设计延时30秒后再接受调节指令的变化。
　　
　　⑥给水自动加氨控制系统
　　
　　四期水汽处理已有给水自动加氨系统，暂不动。三期水汽给水加氨系统通过调节加氨变频泵来控制给水pH值和给水电导率。比较两个信号的相互关系，选择给水电导率为主要控制信号。借鉴四期给水自动加氨系统运行经验，加氨泵转速指令变化10％后，需经过一段时间的延时（约20分钟），才能使给水电导率改变，因此加入了给水电导率的变化率作为调节因素，来弥补延时产生的影响。整个系统以单冲量回路为基本框架，合理整定控制参数来控制变频加氨泵的转速，以调整给水pH值在8．8～9．3之间。
　　
　　⑦炉水磷酸盐自动加药控制系统
　　
　　该系统是通过控制磷酸盐变频泵来控制炉水的PO43-、pH值和电导率。由于一个调节量控制三个被调量，控制作用相当复杂。通过运行和试验结果分析，总结三个变量的变化情况和相互关系，暂定以炉水pH值为主要控制信号，同时考虑由于锅炉排污对测量信号系统的影响，控制系统增加逻辑判断和控制算法。经过反复整定控制系统参数，使炉水三个变量维持在下列范围内运行：
　　
　　pH值范围为9．4～9．6；P043-的范围为2．0～4．0mg／L；DD的范围为10～25μs／cm。
　　
　　（二）新增15台变频器
　　
　　就地变频按以下方案进行控制：OPU监控（集中控制）——变频器柜、变频器（分散控制）。各变频器的信号输入DCS，变频器的状态可以通过DCS在OPU上实时反映。DCS可以根据各种工艺要求对其实行智能化控制，使被控对象达到*工况。
　　
　　本次改造安装的就地变频器控制柜有四种，皆为日本三菱产品。一种为FR-F540L-90K型，有1台，为#1生活水泵：一种为FR-F540L-45K型，共有2台，为#1、#4升压泵：一种为FR-F540L-30K型，共有2台，为#1、#4升压泵；一种为FR-F540L-2．2K型，共有10台，分别是#1／#3加氨泵、#11～#14甲／乙磷酸盐加药泵（8台）。变频器柜设在就地，柜内设通风、防尘装置，且有便于操作的面板。变频柜还设有过流过热保护、信号采集及控制电路等装置，并设有断电保护自恢复功能。变频器的控制有就地和远控两种方式。
　　
　　（三）改造所有工频泵控制回路
　　
　　增加工频泵就地控制箱，保证能实现就地和远方操作。控制箱同时具有泵或风机运行状态信号和电机电流信号，并具有马达控制回路所需的保护功能。
　　
　　（四）净水系统
　　
　　1．安装生活水CIO2消毒自动控制系统
　　
　　废除原就地控制的CIO2消毒系统，采用一套德国ProMinet产BelloZon型CDVa二氧化氯消毒系统。实行就地自动控制。该系统与生活水混凝自动加药系统配套安装后投运，可确保生产区、生活区人员吃上放心水。
　　
　　2．生活水母管压力、生活水母管浊度、3路生活水支母管流量等信号进微机画面。
　　
　　（五）除盐系统
　　
　　取样改为集中取样；阴床、混床山口增装Polymetron公司的8891在线硅表，阳床、混床出口增装ORNION公司的1811EL钠表：新装4台美国GLI公司产E33型酸碱浓度计；更换所有电磁阀柜：更换所有气动阀门上的信号反馈装置。
　　
　　（六）水汽系统
　　
　　14只溶药箱各装1台磁翻板液位计，信号进计算机画面。三期水汽加氨由手动改为自动，为改造重点。主要是增装1台加药泵、2台变频器、2台在线电导率仪及其辅助设施。泵的启停、变频器的投切实行软操和就地操作。所有化学在线仪表信号，包括样水温度和高温架冷却水母管压力等信号进计算机，并设超限报警。该系统投运后，可实现实时监控，为提高化学监督水平打下坚实基础。三期水汽系统增装Polymetron公司的8891在线硅表、ORNION公司的1811AO钠表、北京华科仪表研究所的HK-108C磷表，内冷水增装国产在线pH表，氧表更换为HoneyWell公司的7020型氧表。这样，三、四期水汽系统所有化学在线仪表2全部配齐，水汽品质实现准确、连续检测。
　　
　　2000年12月，化水DCS系统改造基本结束，进入调试阶段。调试按系统分步进行。2001年2月调试结束，化水DCS系统正式投入运行。
　　
　　三、改造特点
　　
　　●电气设备进入DCS控制：
　　
　　●DCS系统应用于化水监控系统，尤其是除盐程控再生系统：
　　
　　●加药全部实现自动，配齐所有化学在线仪表：
　　
　　●化学分析报表除实现日报外，还实现月报、季报和年报。
　　
　　四、改造效果
　　
　　（一）实现减人增效目标
　　
　　化水DCS系统投运后，运行人员工作量、劳动强度大幅度下降。化学运行人员人数由改造前的55人减为现在的30人。
　　
　　（二）提高设备可靠性
　　
　　经过本次化水DCS系统改造，整个化水系统中原来可靠性较差、或长期不用、或使用不正常的设备均得到有效改造或更换，如气动阀门、电磁阀柜、在线氧表等。
　　
　　（三）降低能耗，减少药品川量
　　
　　由于采用了：1：业水恒压、恒水位控制系统和生活水恒压、恒水位控制系统，使得各水池水位、工业水利生活水母管压力均得到安全有效控制，能托大大降低。按每小时节约2吨水的保守算法，一年就可节约17520吨水。1台变频泵节电效率按20～40％计算，15台变频泵总额定功率为240kW，每小时可节电48～96kWh，每年可节电420480～840960kWh，效益显著。由于加药全部实现自动，也减少了药品用量。
　　
　　（四）各水质得到更好控制
　　
　　由于加药全部实现自动，水质实现连续实时监控，使得水质波动幅度减少。水质出现异常时，能及时发现并及时得到处理，水汽品质、生活水品质得到更好的控制。
　　
　　（五）水质得到准确、连续监测
　　
　　由于增装了生活水在线CIO2仪，除盐增装了在线硅表、钠表，水汽系统增装了在线硅表、钠表、pH表，使水质得到准确、连续监测。
　　
　　（六）提高运行分析能力
　　
　　XDPS有人容量历史数据库记录各点参数及状态，数据可保持几个月，可随时打印操作记录、实时曲线、历史曲线，并实现化学运行的统计分析计算，白动生成各类报表，提高了运行分析能力。另外，XDPS有SOE（事故追忆）功能，可记录状态变化及操作员行为，供分析事故时参考。