1、基于FCS系統的大型火電機組外水網一鍵制水的設計田爽1， 曾衛東1，宋美艷11. 西安熱工研究院有限公司，陜西 西安 710032摘 要傳統外水網系統控制常采用獨立且分散的控制方式，經常由于操作的復雜出現制水系統的中斷。采用一鍵制水集中控制后可以大大降低運行人員誤操作的可能性及減少設備因誤操作而增加的損耗。本文在現場總線控制系統的基礎上，依托于總線設備豐富的設備信息，設計出完整的一鍵制水控制邏輯，實現了外水網四個分系統的一鍵自動控制。在經過調試后，一鍵制水邏輯的采用取得了良好的效果，利用設備的總線信息豐富了設備的聯鎖保護方式，為總線信息的二次開發利用開創了新的方向。二次開發利用總線信息是未來火

2、電機組FCS控制系統發展的方向。關 鍵 詞現場總線；一鍵制水；外水網中圖分類號 文獻標識碼AThe design of one to water In thermal power plant of external water FCS system.TIAN Shuang1, ZENG Weidong1, SONG Meiyan11. Xi'an Thermal Power Research Institute Co.,Ltd.,Xi'an 710032Abstract: The traditional external water system control indepen

3、dent and decentralized control method is often used, often due to complex operations appear water system interruption. The possibility of using a one to system to control the operation of water and reduce the possibility of operation and reduce the loss due to incorrect operation. Based on the FCS c

4、ontrol system, which is based on the device information of the device bus rich, complete a key water control logic, the realization of the external network of four sub-systems: a key to automatic control. After debugging, a key water logic used to obtain the good effect, the device bus information r

5、ich equipment interlocking protection, for the secondary development of bus information use to create a new direction. The two development and utilization of bus information is the future development of FCS control system of thermal power units.Key words: Feid bus,one to water,external water system收

6、稿日期：作者簡介：田爽（1982-），男，碩士，工程師，自動化E-mail：tianshuang1 / 81. 2、傳統火電機組外水網的設計協議的設計與應用大型火電機組輔控主要包含了，水網、灰網、輸煤系統、脫硫等1。其中水網控制系統包含了內水網及外水網兩部分。外水網中涵蓋了：原水預處理，超濾水處理、反滲透水處理、離子除鹽四個子系統2。內水網主要是指的是精處理及汽水取樣兩個子系統?；痣姀S傳統的外水網制水常采用獨立且分散的控制，由于外水網控制系統中四部分子系統為一個連續的工藝過程，在這個連續的過程中任何一個環節出現操作失誤都會導致制水過程的中斷。為了避免制水過程的意外中

7、斷，所以在外水網工藝設計中會設計大量的水箱來作為緩沖，大大增加了火電廠外水網建設的投資及占地面積。并且這種控制模式由于使用較多的運行人員，且加上各系統間聯系不方便，會有管理困難、制水效率低且設備易損壞的缺點。2. 2、在主輔一體化趨勢下FCS平臺的外水網控制系統協議的設計與應用近年來，在火電廠主輔一體化DCS系統2的基礎上，出現了以現場總線為通訊協議的最新的FCS系統。通過現場總線通訊協議3，大大豐富了設備的信息量和通訊速率。為外水網四個子系統的合并聯合控制提供了物理基礎。以某大型火電廠外水網典型工藝為例，FCS控制系統采取EMERSON公司的OVATION系統4。外水網中氣動閥門選用了進口品

8、牌FESTO的Profibus-DP總線協議的氣動閥島，電機選用了江蘇金智Profibus-DP總線協議的馬孔控制器、變送器選用了FF總線協議的進口品牌羅斯蒙特3051變送器。外水網剩余分析儀表等設備均采用了Profibus+FF的現場總線級設備5。外水網的工藝流程如下圖：圖表1：火電廠外水網工藝3. 2、總線設備的大量采用，為一鍵制水提供了基礎協議的設計與應用由外水網的工藝上可以看出，外水網制除鹽水的過程是一個聯系緊密的連續的過程6。一旦中間任何一個環節出現了設備故障，都會造成所有制水工藝流程中斷。一鍵制水的實現必須依賴于設備本身的可靠性及報警信息的豐富、及時、準確。過去由于傳統的外水網控制

9、系統設備的信息采集主要是依靠硬接線方式，在不大量增加投資的情況下這也就勢必造成了設備的信息量不夠豐富。而大量總線設備的采用為一鍵制水的實現打破了瓶頸，下面以江蘇金智總線型的馬達控制器為例：圖表2：馬達控制器數據列表從數據列表中可以看出，通過總線型馬達控制器我們可以得到電機的啟停次數、合閘次數、保護跳閘次數及電機運行時間等信息7。通過采集到的這些信息，我們根據優化經驗公式，可以在下位程序中對公用的幾臺設備做出設備健康等級判斷8，以次來作為公用設備啟動優先級的判斷依據。這樣不但減輕了運行及檢修人員的工作量并且使一鍵制水邏輯的自動選擇公用設備啟動數量變成了現實。4. 2、一鍵制水的邏輯設計協議的設計

10、與應用火電廠的制水為一個連續的9，緊密的工藝流程。從下面的流程圖設計中我們可以看到，原水預處理，超濾水處理、反滲透水處理、離子除鹽這四個子系統，每啟動一個子系統前，都需要確保出水方向的設備已經打開，保證水路的暢通。在這個流程中設計中作者也考慮到了制水系統的連續性，增加了4個關鍵性的一級斷點及相關的保護點，當這流程進行到這四個一級斷點的時候進行判斷，一旦發現設備故障或者失敗的時候，立刻結束整個流程并關閉相應的設備。12344.1 基本功能塊設計設備驅動級是位于整個FCS控制系統最底層的標準功能塊，與受控設備一一對應10。上位運行人員的手動指令或程控程序的自動指令通過設備驅動級發送到就地設備，同時

11、設備驅動級會根據現場設備的實際反饋形成對設備實際狀態的判斷。需要指出的是，設備驅動級是分兩種操作模式的，分別是自動和手動兩種。通常在設備正常運行的時候才允許驅動級切換為自動模式，如果設備發生故障則強制切換為手動模式。4.2 順序控制塊設計 順序控制模塊是構建功能組或子功能組的基本模塊，其完成某一指定過程的順序控制11。順序控制模塊包括手動控制方式和自動控制方式，在順序控制正常時可投入自動控制方式，否則自動切換為手動控制方式。當手動復位或自動復位步序時，順序控制為手動控制方式。在手動控制方式下，如果當前步的條件全部滿足，順序控制塊則認為當前步成功，將會自動進入下一步。并且在手動方式下可以進行跳步

12、操作，即不判斷任何當前步的條件，直接進入下一步，順序控制塊直接發出下一步的指令。在自動控制方式下，若設備起動允許條件滿足，手動起動或自動起動會使順序控制模塊按照步序一步一步執行起動功能。在步序執行過程中，可進行跳步操作，跳步使程序在不等待當前步反饋條件滿足的情況下直接發出下一步指令。如果在規定的時間內，當前步的成功信號不反饋回順序控制塊，則認為順控失敗。這時候順序功能塊將會強制切換為手動模式，此時順控功能塊將會停止，由檢修人員處理故障，故障處理完成后由檢修人員執行故障復位操作。復位操作后順序功能塊將進入初始化狀態。4.3 一鍵制水流程斷點設計第一個斷點：設置在原水預處理子系統12工藝流程的結束

13、位置，反應沉淀池及雙室過濾器分別有一個啟動的子順序控制程序，當反應沉淀池及雙室過濾器步序程序成功啟動并完成后，認為原水預處理系統成功投運，則一鍵制水主順序控制程序進入超濾水處理部分。如果不成功則終止主一鍵制水主步序，關閉相應設備。第二個斷點：由于超濾裝置為膜式處理法13設備，超濾膜不能收到高壓及大流量水流的沖擊，是整個制水系統比較脆弱的設備。所以在超濾水處理工藝流程的結束位置設置斷點，超濾裝置一共四套，每套超濾裝置分別有一個啟動的子順序控制程序，當超濾設備的啟動步序程序成功完成后，并且根據超濾投運的套數成功啟動了超濾給水泵后，認為超濾裝置投運成功，則一鍵制水主步序程序進入反滲透水處理部分。如果

14、不成功則終止主一鍵制水主步序，關閉相應設備。第三個斷點：由于一級反滲透為膜式處理法設備14，且一級反滲透配置有6KV的高壓泵，是整個制水系統中唯一的高壓設備。所以在一級反滲透工藝流程的結束位置設置斷點，一級反滲透裝置一共兩套，每套反滲透裝置分別有一個啟動的子順序控制程序，當反滲透設備的啟動步序程序成功完成后，并且根據反滲透投運的套數成功啟動了反滲透給水泵后，認為反滲透裝置投運成功。如果不成功則終止主一鍵制水主步序，關閉相應設備。第四個斷點：由于二級反滲透為膜式處理法15設備，且是海水轉變為淡水的關鍵性設備，所以在二級反滲透工藝流程的結束位置設置斷點，二級反滲透裝置一共兩套，每套反滲透裝置分別有

15、一個啟動的子順序控制程序，當二級反滲透設備的啟動步序程序完成并且聯啟所對應的給水泵后，認為反滲透裝置投運成功。則一鍵制水主步序程序進入離子除鹽水處理部分如果不成功則終止主一鍵制水主步序，關閉相應設備。由于篇幅關系，無法在本文中闡述所有的保護點。在實際應用中，總線型變送器、分析儀表、馬達控制器16等設備會輸送大量的信息來做為工程人員的保護判據，而這些保護點會很好的確保整個一鍵制水程序的順利運行。圖表 3一鍵制水邏輯流程圖結束語在經過調試后，采用了一鍵制水的某大型火電機組的化學運行人員工作量大大降低，并且避免了在制水設備投運初期的誤操作的可能。而全自動制水及無運行人員值守是未來外水網程序優化的終極

16、目標。在外水網工藝流程圖中可以看到，外水網設備存在大量的反洗工藝。反洗工藝的存在，使得外水網工藝流程在日常使用中并不是僅僅是單向的，在很多時候制出的合格水都需要反向沖洗。這就大大增加了外水網全自動制水程序設計的復雜性。要實現這個目標，還需要深度挖掘總線型設備信息量大，響應速度快的特點。把保護及PID調節工作下放到智能設備本體去完成，這樣才能確保在復雜工藝流程中，成套設備的安全、穩定的全自動運行。參 考 文 獻1 贠小波，王存毅DCS系統在電廠水系統中的應用J技術縱橫，2008，9：39-40YUN Xiaobo,WANG Cunyi. Application of DCS system in

17、power plant water systemJ. Technical Aspect,2008,9:39-40(in Chinese).2 解莉探析水處理技術在火電廠的應用J中國新技術新產品，2014，12：133-134XIE Li. The application of water treatment technology in thermal power plant  J.ChinaNewTechnologiesandProducs, 2014,12:133-134(in Chinese).3 何波麗，李勝旺PROFIBUS󰀁DP現場總線通信協議J河北工業科技

18、，2009，9：349-351He Bo Li,Li Sheng Wang. Profibus-DP fieldbus communication protocol.J. Hebei Journal of Industrial Science and Technology,2009,9: 349-351 (in Chinese).4 崔逸群，景效國現場總線控制系統在1000MW機組輔控車間的應用J，熱力發電，2011,3:36CUI Yiqun,JING Xiaoguo. APPLICATION OF FIELD BUS CONTROL SYSTEM IN SUBCONTROL WORKSHO

19、P OF 1 000 MW UNTISJ. Thermal Power Generation, 2011, 3:36(in Chinese).5 田爽，郝偉，宋美艷等華電萊州電廠基于FF和Profibus現場總線的水網控制系統J，熱力發電，2013,1:91TIAN Shuang,HAO Wei.FF and Profibus bus technology based water network control system for Laizhou Power Plant of China Huadian CorporationJ.ThermalPowerGeneration,2011,1:3

20、6 (in Chinese).6 馬玉敏現場總線技術在火電廠的應用J華電技術，2010，5：40-41MA Yumin. Application of fieldbus technology in thermal power plantJ. Huadian Technology,2010,5:40-413:36.7 王新順自動控制系統在除鹽水生產中的應用J中國儀器儀表，2012，11：23-24WANG Xinshun. Application of automatic control system in the production of demineralized waterJ. Chin

21、ese Instruments,2012,11:23-24 (in Chinese).8 李晉，朱強強大型機電設備健康狀態評估方法研究J工況自動化，2015，1：6-9Li Jin,Zhu Qiang Qiang. J.Research health status evaluation method for large electromechanical equipment,2015,1:6-9 (in Chinese).9 郝仙庭FCS是工業控制系統的發展趨勢J儀器儀表與分析監測，2004，2：1HAO Xianting. FCS is the development trend of in

22、dustrial control systemsJ. Instruments and Analysis monitoring,2004,2:16(in Chinese).10 曾文南，桑永福機組自啟停系統的邏輯設計分析J，熱力發電，2012,6:77ZENG Wennan,SONG Yongfu. Analysis of the logical design of the unit since the start-stop systemJ, Thermal Power Generation,2004,6:7711 劉勇，陸曉敏，龐國仲DCS中的順序控制組態系統J，微計算機信息，1997,13:24Liu Yong,Lu Xiao Min,Pang Guo Zhong. A Sequence Control Configuration System of DCSJ, Control & Automation,1997,13:2412 葛超原水預處理系統的應用與研究J，科技信息，2011,35:33Ge Chao. Application and research of raw water pretreatment systemJScience&T