水泥厂配套孤岛电厂PCS设计综述

刘云飞 杨勇伟

1 中材建设有限公司（100176） 2 河南建筑材料研究设计院有限责任公司（450002）

水泥厂配套孤岛电厂PCS设计综述

刘云飞1杨勇伟2

1 中材建设有限公司（100176） 2 河南建筑材料研究设计院有限责任公司（450002）

叙利亚是一个电力缺乏的国家，其中许多大型工业项目往往为解决项目的用电，业主建设自备电厂，采用孤岛运行的方式。这里介绍了我公司承建的UCG水泥项目孤岛燃煤电厂的PCS控制功能，及孤岛燃煤电厂PCS设计时需要考虑的可靠性基本措施。

孤岛电厂；PCS；控制功能

0 概述

水泥厂孤岛电厂采用西门子PCS7控制系统，系统具有独特的开放式平台，采用了统一的软件开发环境，在控制层和操作层实现统一的变量管理，大大节省程序员建构变量的时间；使用工艺分级（TH）配置，使用户可以按照自身工艺流程进行组态分级，如系统级（车间）、子系统级（工段）、设备级、仪表级等。其功能包括:数据采集及处理系统（DAS）、模拟量控制系统（MCS）、顺序控制系统（SCS）、紧急事件顺序记录（SOE）等。PCS留有与MIS系统的通讯接口，且紧急停车系统ETS由PCS实现，完成整个孤岛电厂自动化生产控制。

1 孤岛电厂PCS7控制功能

机炉及其辅助系统的热工监控设备，采用过程控制系统（PCS），运行人员通过操作员站实现对锅炉、汽轮机、除氧给水、减压减温器等系统或设备的启动、停止、正常运行及故障等各种工况下的监视控制功能，全厂的锅炉系统、除灰除渣系统、汽机系统、除氧给水系统、油泵房系统、空压站等均由PCS控制。

1.1 数据采集及处理功能（DAS）

各种参数或设备状态的巡回检测及数据处理；输入信号的正确性判断、数字滤波、非线性校正、参数补偿、故障检查及单位变换处理；各种系统的介质参数，设备运行状态的图形显示，包括模拟图、棒形图、曲线图、趋势图、一览表等；各种参数或设备工作异常时的报警显示；各种工况下的记录（包括班报、日报、月报及主机事故时首次跳闸记录、事件顺序记录等）；脉冲量累计；参数计算，包括和、差、平均、最高、最低、累计、变化率、热焓等。

1.2 模拟量控制系统（MCS）

每套机组及其相应系统设置:锅炉热负荷自动调节、燃烧风量自动调节、炉膛温度自动调节、炉膛压力自动调节、锅炉汽包水位自动调节、锅炉主蒸汽温度自动调节、除氧器压力调节、除氧器水位调节、减压减温器压力温度调节等20多个闭环调节回路，以便维持其有关参数为给定值，确保机炉安全经济运行。

1.3 顺序控制系统(SCS)

顺序控制系统作为PCS的一部分，完成炉、机、电及其辅机的启停顺序控制。对于运行中经常操作及启动过程和事故处理需要及时操作的辅机、阀门及挡板，通过顺序控制系统SCS实现。本工程仅设子组级控制，SCS系统主要包括以下子组:

锅炉子组:送风机子组项、引风机子组项、上料系统子组项、冷渣系统子组项、吹灰系统子组项等。

汽机子组:汽机油系统子组项、空冷器系统子项组、汽封系统子组项、高加子组项、低加子组项、减温减压器子项组等。

另外,孤岛电厂用自身电系统6 kV开关柜及400 V PC柜与PCS采用硬接线方式连接,信号包括启动停指令、跳闸指令、运行状态、跳闸状态、M/A状态、故障状态、电源消失、电流信号等。厂用电系统开关的控制与PCS的接口同样为硬接线方式。每个顺序控制功能组,可根据运行人员指令在顺控进行中修改、跳跃或中断。运行人员可按照功能组启停，也可以单台设备在键盘、LCD软手操，且具有不同层次的操作许可条件，以防误操作。

1.4 紧急事件顺序记录（SOE）

锅炉鼓风机、引风机、给水泵关闭，汽机主汽门关闭，抽汽逆止门关闭，电气跳闸等事件接入SOE模块。

2 PCS控制系统配置及可靠性基本措施

1）系统网络配置。

系统采用西门子公司性能非常可靠的CPU417－4H和CPU414－4H作为中央控制器，冗余配置，双CPU之间通过光纤环网进行通讯，电源同样采用冗余配置。系统的各个分布式控制站采用IM153－2的冗余配置，每对IM153－2最多可以接8个I／O模块，双IM153－2之间有主／从的关系，从属于CPU管理。中央控制站（主／从CPU）与分布式控制站之间通过ProfiBus－DP网进行通讯，最大通讯距离可达23 km。

系统配置1台工程师站，3台冗余的服务器和1台归档服务器,9台操作员站，采用C/S结构，工程师站可以监视任何画面，锅炉的6台操作员站可以监控2台锅炉的所有画面，汽机和辅机的3台操作员站可以监控机组和辅机的所有画面，以备紧急情况时使用。这在以后的生产中确实起到了非常重要的作用。1＃和2＃服务器用于从1＃、2＃炉控制器采集数据，归档服务器存档并响应操作员站的数据请求及存档。3#服务器用于从1＃、2＃机和辅机控制器采集数据，存档并响应操作员站的数据请求及存档。工程师站直接从各控制器采集数据。4台服务器共用1台显示器，方便了技术人员的日常维护。中央控制站（主／从CPU）与操作员站之间通过通讯在该网络的标准配置中作业。操作层和控制层之间采用光纤网通讯，成本较高，而这里采用了交换机新型配置结构，大大降低了用户成本，且系统的通讯速度理想、稳定性好，操作员站与工程师站之间通过100mB的局域网进行通讯。

2）PCS控制系统可靠性措施

PCS控制器的负荷率不大于60%，操作员站CPU负荷率不大于40%；内部存储器占有容量不大于50%，外部存储器占有容量不大于40%；I/O点裕量:20%；I/O模件裕量:15%；I/O卡槽空间:10%；系统电源采用冗余配置，其裕量:40%；分散控制系统通讯总线负荷率应在30%～40%,但以太网通讯总线负荷率应不大于20%；系统的通讯总线应按1:1的冗余设置，即2条通讯总线在任何时候都同时接受信息。

为保证控制系统的可靠运行，PCS的供电、接地、输入/输出接线的屏蔽按PCS的要求设计。

机组保护逻辑回路在独立的冗余控制器中完成，保护信号不能通过通讯总线传输。

用于停炉、停机的开关量信号和用于重要模拟量调节回路的信号，采用3取2逻辑，3个信号接到PCS系统同一机柜的不同I/O输入通道。

PCS网络采用控制网络光纤双环网，管理网络单环网,经交换机路由器服务器等连成电厂PCS网络，并能与水泥厂通讯。

3 结语

PCS控制系统作为本项目的电厂生产运行的神经中枢，其可靠性在电厂生产中显得尤为重要。

本项目孤岛电厂控制系统(PCS)是以SIEMENS-PCS7系统为基础的冗余的系统配置。并且根据火电厂工艺特性，将控制系统分成若干独立子系统，每个独立子系统又是冗余的处理单元，这些分布式处理单元可根据功能和地理位置分散布置。这种可靠的PCS的系统配置,使得各子系统分工协作,系统通信网络进行可靠无误数据交换，共享系统资源，实现集中管理，进而保证整个电厂安全可靠地生产运营。