FCS在电厂化学水系统的应用及展望

Eric · 发表于 2006-12-29 10:05:01

一．前言    近十年来，随着科学技术，尤其是电子计算机技术的飞速发展，DCS分散控制系统日渐成熟，并已在国内许多大中小型火电厂中得以广泛应用。使其无论是硬件系统，软件设计组态，还是在运行管理上都积累了很多成熟可信的经验，这对保证电厂安全，可靠，经济，文明运行起到十分重要的作用。电厂机、炉、电主控系统工控水平有了很大提高的同时，对各种辅助系统控制管理水平相应提高也提出新的要求。辅助控制系统是全厂热工自动化的重要组成部分，依靠先进的计算机技术，网络通讯技术合理有效地提高辅助系统的控制水平是提高全厂综合自动化水平，提高电厂运行经济性；是达到减人增效，实现“厂网分开，竞价上网”，增强电厂的市场竞争力的重要保证。&#65533;      电厂化学水系统作为重要的辅助车间和辅助系统，特别是大型火电厂利供热电厂的化水处理车间处理量大，工艺复杂，水质要求高，其运营的好坏直接关系到电厂的安全运行及可靠性。但是，由于电厂化学水系统对于整个电厂而言是一个相对独立的系统，与其他主体专业相关性不是很强，同时，电厂化学水系统因为监视控制点比较分散，难以纳入传统DCS控制技术进行系统化改造，致使化学专业自动化水平、信息集成化水平相对落后，已经不能满足现代化电力生产的需要。在全厂自动化水平大幅提高的同时，提高化水系统的控制水平以满足生产需求已是当务之急。    二．电厂化学水监控管理系统的现状及存在的问题    1．PLC程控方式    随着机组容量的增大，化学水监控量随之增加，且对系统的各项生产管理的精度要求越来越高，采用传统的常规仪表盘控制方式难以满足系统的整体控制要求，因此，目前大部分新建、扩建的大容量电厂的化水系统多采川PLC程控方式对该系统进行监视控制。通过现场检测元刊：将数据采集，由不同功能的模块将数据按要求传至CPU进行处理，进而完成模拟量的检测与控制，实现开关量的按钮、限位开关、电机启动器、指示灯、报警器等的连接，开通过各自的通讯网络在计算机上集中信息，统一处理后在操作员站上实现各种画面显示，故障报警，报表打印，数据存储及各种分析处理，实现化水系统的滤池、澄清池、加药设备、过滤器、刚床、阴床、混床、水箱、泵、风机、酸碱储存和计量设备的各项监控功能。&#65533;    2．常规仪表盘控制方式    目前，这种控制方式还有一些电厂里仍在沿川。在就地控制室将大量的反映压力、温度、流量及记录仪等二次仪表安装在控制盘上进行过程的监视与记录，通过操作台或控制盘上的开关或按钮米实现对现场的泵、风机以及电动门开启关闭等操作指令。现场布置有心磁阀箱配电箱等设备。&#65533;    3．存在的问题    由于目前PLC程控技术的发展以及在辅助系统，尤其是化学水系统的广泛应用，使得制造商清楚地认识到辅助系统PLC程控是一块宝贵资源，不惜重金以各种手段纷纷抢占这块市场。这样由于他们的技术水平各有不同，生产出的产品质量也就良莠不齐。尤其在打价格战的今天，很多以前在火电厂化学水系统无有任何业绩的部分厂家凭借低廉的价格，在竞标中赢得项目，往往造成该系统独立，难以进行有效的维护，兼容性能差，开放性能差，甚至不能将信息资源完全共享，从而全面有效地向MIS系统开放，致使化学水系统成为全厂信息化管理的孤岛。而另一个不可回避的事实则是由于机组容量的增加，化水等辅机容量亦相应增大，这样势必造成PLC控制系统输入输出I／O测点的增加，造成各类模件增加，机柜数量庞大，系统复杂。单是庞大的PLC系统硬件这一项就将花费电厂的大笔建设费用。不少电厂也因价格昂贵放弃了PLC程控的打算，退而求其次改用常规仪表盘这种控制方式。    对于一些规模较小的火电厂热电厂，化学水系统使用常规仪表盘控制还有其存在的合理性，但是，现代化的生产工艺系统日趋大型化，复杂化，仍采用常规仪表面对大量信息量和指令量，独立工作的控制装置和控制开关是很难胜任的，将需用很多很长的监控仪表盘、台。重要的是，在信息化、数字化、标准化的今天，仍然面向仪表的管理方式己不符合当前技术发展的主流趋势，具体表现为：    (1)．手段落后，操作人员工作强度大，需要较多的人员对大量分散的仪表进行维护。    (2)．与良莠不齐的仪表、控制设备制造供应商打交道，产品质量没有保证，备品备件品种繁多。同时工艺生产在相当程度上还产生对生产厂商的依赖。    (3)．现在仪表生产方式难以受标准化制约。    (4)．即便是智能仪表，其功能也无法与计算机系统相比。    (5)．年复一年备品备件的购置，仍是一笔很大的开支。    由上我们不难看出，传统的面向仪表的管理必然会随着科技的发展而逐步淡出，取而代之的是将更科学更有前景的新方式。&#65533;    三．FCS在化学水系统的应用    FCS技术作为第三代DCS的发展方向，其以全数字化，全分散化，全开放性的技术特点将逐步取代DCS成为发屯企业主要控制方式，其控制领域将覆盖到电厂的各个系统。    1．现场总线及FCS简介    1．1 现场总线(Fieldbus)是用于现场仪表与控制系统及与控制室之间的全分散，全数字化，智能，双向，多变量，多点多站的互连通讯网络，也被称为开放式，数字式多点通信的底层控制网络。现场总线技术将专用微处理器置入传统的测量控制仪表或在传统的控制仪表上加挂智能模块，使它们各自具有了数字通信能力，用数字信号取代4—20mA的模拟信号。采用可进行简单连接的双绞线等作为总线，把多个测量仪表连接成网络系统，并按公开规范的通讯协议，在位于现场的多个微机化测量控制设备之间及现场仪表与远程监控计算机之间，实现数据传输与信息交换，形成各种适应实际需要的自动控制系统。    其具体含义体现在以下几个方面：    (1)．现场通信网络：即用于过程自动化和制造自动化，现场仪表或现场设备互连的通信网络。    (2)．现场设备互连：即现场的传感器、变送器、执行器等设备可以通过一对传输线实现互连。    (3)．功能块分散：即将构成控制同路的功能块分散在多台现场设备中，使现场设备不仅具有I／O功能，还八有控制功能，实现彻底的分散控制。    (4)．互操作性：即不同厂家的现场设备可以互相通信并能统一组态。    (5)．通信线供电：即现场设备采川通信线供电，并可以提供本质安全。    (6)．互连网络控制系统：即现场总线网络互连，网络数据共享，构成网络控制系统。    1．2 现场总线的类型    1．2．1 目前国际上是多种现场总线并存，IEC于2000年1月4日公布IEC61 158采用以下8种现场总线类型1：IEC61158技术报告 (即FF H1)类型2：Control Net (美国Rockwell)类型3：Profibus (德国Siemens)类型4：P;NET (丹麦Process Data)类型5：FF HSE (美国Fisher;Rosemount)类型6：Swift Net (美国Boyin)类型7：World FIP (美国A1ston)类型8：Inter bus (德国Phoenix Contact)    1．2．2 其余现场总线类型1：HART (美国Fisher&#65533;Rosemount)类型2：CAN (德国Bosch，IS011898，Philips)类型3：LON (Lon Works)(美国Echelon)类型4：Dupline (瑞士Carlo Gavazzi)    1．3 现场总线控制系统(Fieldbus Control System简称FCS)将测控任务分散到现场设备中，上位机只负责监控一些复杂的优化和先进控制功能，FCS用现场总线这一开放的，可操作的网络成为智能设备或智能模块的联系纽带，把挂接在总线上，作为网络节点的智能设备或模块接为网络系统，并进一步构成自动化系统，实现基本控制、补偿计算、参数修改、报警、显示、监控、优化及控管一体化的综合自动化能力。同时，控制功能彻底下放到现场，降低了安装成本和维护费用。因此，FCS实质是一种真正的全分散，全数字化，全开放可互换及互操作的新型生产过程控制系统。采用现场总线控制系统，现场仪表、PLC、操作员站、丁程师站及上位机系统都将作为现场总线上的节点平等地挂在总线上。    2．FCS技术在化学水系统的应用    针对目前火力发电厂化学水系统设备布置分散，汽水取样、自动加药、繁多的常规测点的监控等：1：程现状，FCS技术以其全数字化，全分散性，全开放，可换及互操作性为主要技术特点，特别适合于发电企业化水系统分散化的现状。化水系统应用FCS技术，成本低，性能可靠，实现全数字化。冈此，改造、建设一个融监测、程控、自动加药及信息集中上传MIS 系统于一体的化水综合自动化平台已经成为化水自动化技术的主流。作为科技发展的必然结果，FCS在化水及其它辅助系统的广泛应用，必将使电厂的整体控制水平有极大提高，目前我国部分电厂已开始实施。    2．1 FCS技术在化学水系统应用简介    简言之，以现场总线为纽带，把单个分散的化水系统的测量控制设备变成网络节点，使它们连接成可以相互沟通信息，共同完成检测控制任务的网络系统与控制系统，实现汽水取样，自动加药，水处理等整个系统的各项功能。为使测量设备具有数字通信能力，通常选用植有 CPU的智能仪表或在仪表上加挂智能模块。目前，具有各种输入输出参数处理算法的内含参数的模块，在心厂化学中应用较为广泛。在化水监控管理系统配套使用的功能模块大致有七类：    第一类：化学水测量模块，将化学测量电极信号转换为总线数字信号。主要包括PH模块，电导模块，钠度模块，溶氧模块等。     第二类：变送器转换模块，将多路标准电压或电流信号转换为总线数字信号。主要包括压力转换模块，流量转换模块等。     第二类：测量热电阻，热电偶模块，将热电阻、热电偶信号转换为总线数字信号。     第四类：开关量输入模块。     第五类：开关量输出模块。     第六类：模拟量输出模块。     第七类：专用模块。主要包括加药控制模块：输入PH信号，输出4～20mA，监控站模块：与中央监控平台通信、协调控制其它模块，PLC专用协议转换模块：完成PLC远程单元与现场内部协议转换。    这些功能模块，通过组态设计，完成化水系统的数据采集，A／D转换，数字滤波，温度压力补偿及PID控制等各种功能。    2．2 FCS技术应用于化学水系统具有下列特点：    (1)．成功地打造了一个融化学水监测、化学水程控、自动加药以及信息集中上传MIS的高度信息集成、综合一体化管理的系统。极大的改变了目前电厂化学水监控普遍存在的管理分散，技术落后，设备配置重复，系统建设和改造成本过高及不能将信息有效上传MIS的现状。     (2)．充分采用FCS这一领先技术，使系统的结构大大简化。改变了传统信号采集过程中，成百上千的现场I／O信号通过各自电缆，向控制室、机柜汇聚的这种规模浩大的信号物理连接模式。系统可维护性、可靠性大大提高；建设费用大幅下降；施工简单易行。     (3)．大量的化学水监测仪表，如PH值、电导率、溶氧等被总线模块取代；许多现场变送器就地集中通过现场总线传输，不但降低了成本，而且改变了传统人工面向仪表管理的落后方式，诸如：需要较多人员对分散仪表进行维护，经常与良莠不齐的仪表供应商打交道，备品备件的资金消耗。     (4)．FCS技术的数字化传输，不但精度高，而且几乎没有传输误差，这一点，模拟信号无法做到。数字传输的另一优点是双向传输特性，这一特性使化水FCS对现场的控制能力大大提高。     (5)．由于现场总线规定了标准的功能模块，不同的厂家设备均采用相同或相近的组态方法。用户可以灵活选用不同厂家的现场总线产品来组成实际的控制系统，达到最佳系统集成。当系统需要扩展时，可将新设备连接到现场总线上，不用增加任何组件，只要通过现场总线对功能模块利参数进行设定即可。因此系统易于组态，扩展性强     (6)．监控站设计为模块化形式，体积大为缩小，FCS实现了物理上的分散，电子设备间的机柜数量大为减少，缩小了电子设备间的面积，联系电缆大为减少，使得FCS与DCS相比结构小巧灵活。     四．FCS的发展前景与展望    由于FCS在国内诸如赤峰等电厂化学水系统的成功应用，大大提高了电厂的整体控制水平，也为其它电厂化学水控制水平的提高提供了新的思路。随着热工自动化技术的发展，数字化、智能化控制仪表的进一步开发及应用，新的控制理论及更加先进成熟的控制方式将不断地被应川到实际生产中。FCS技术的飞速发展必将大面积应用于化水系统，使其控制水平跨越新台阶，并且将带动FCS技术在其它辅助系统广泛应刚，进而在电厂全面推广开来。权威人士预言：在自动化领域，21世纪将是FCS的世纪。

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