《自动化博览》

    摘要：本文主要阐述了国产DCS系统首次在台电二期1000MW的应用，简单介绍了系统结构组成、控制系统功能与应用特点，对国产DCS的应用提出建议。

    关键词：和利时；MACS；1000MW；大集控

    1 引言

    近几年随着国家自动化工业控制系统应用技术的迅速发展，国产DCS的技术水平在某些功能和技术指标上已超过国际先进水平。通过工程积累，控制策略也已经达到或接近了国际先进水平。为更好推广高科技国产化设备，台山电厂在经过多方调研考证后，最终决定选用杭州和利时自动化有限公司生产的MACS V6系统做为二期扩建工程首台1000MW机组的DCS控制系统。

    2 概述

    2.1 工程概况

    广东台山发电厂工程分两期建设，一期工程5×600MW亚临界机组，五台机组分别于2003年12月9日、2004年4月9日、 2006年01月21日、27日、2006年11月28日全部建成投产；二期工程建设4×1000MW超超临界机组，并预留2台1000MW超超临界机组场地，最终容量可达9000MW。

    本文所述对象为二期扩建工程的6、7号机，即2×1000MW国产超超临界燃煤机组。

    2.2 MACS V6介绍

    MACS V6控制系统是HOLLIAS MACS系统的最新一代版本，由以太网和基于现场总线技术的控制网络连接的各工程师站、操作员站、现场控制站(包括主控单元设备和I/O单元设备)、通讯控制站、数据服务器组成。主要完成数据采集、运算与处理，逻辑组态与下装，画面监视与控制等多项功能。

   系统硬件由工程师站、操作站、现场控制站（包括主控单元设备和I/O单元设备）、通讯控制站、打印服务站、系统服务器、系统网络、控制网络等组成。系统软件包括：工程师站组态软件、操作员站在线软件、现场控制器运行软件、服务器软件等。MACS V6系统除可以完成传统的数据采集、处理，进行设备状态显示、记录、报警、历史数据存储与检索、事故追忆、性能计算、操作指导等功能外，还增加了具有和利时特色的画面回放功能，该功能可以有效记录整个过程中设备运行状态与操作记录和参数的变化情况，对事故分析的正确性和及时性带来了很大帮助。

    2.3 系统结构

    本工程DCS系统采用Client/Server体系结构，控制管理网络采用两层结构，星型连接，双冗余配置。控制网络和管理网络的分离有利于将交换机设备故障风险分散，同时大大减少了数据处理量和网络上的拥塞。远程控制站采用1000M以太光纤连入系统，网络结构。

    6号机组和公用系统共设3个域，分别为：#0域，包含机组公用和脱硫公用设备，共11个控制站；#1域，包含锅炉、汽机、电气系统的I/O设备及远程控制站，共49个控制站；#3域，包含脱硫系统设备，共5个控制站。每个域均设6个服务器，分别为4 个I/O服务器和2个历史/实时服务器。操作员站和工程师站集中布置，共设为9个操作员站和3个工程师站。

    3 控制系统实现功能及设计特点

   3.1 功能

    国华台电2×1000MW发电机组DCS控制系统实现功能包括：数据采集系统（DAS）、模拟量控制系统（MCS）、锅炉炉膛安全监控系统（FSSS）、顺序控制系统（SCS）、旁路控制系统（BPC）、给水泵控制系统（MEH）、电气控制系统（ECS）等各项控制功能，是集软硬件于一体的能够完成全套机组启、停、正常运行、变工况等各项功能的控制系统。DCS公用系统分别接入两台单元机组的DCS网络。

    3.2 设计特点

   3.2.1 多重冗余配置，全面提高系统稳定性、可靠性在本工程中设计了多重冗余配置结构，主要体现在：

    （1）管理网、控制网两级网络均实现双冗余。采用两层网络均冗余的方法可以保证在任一网络出现问题的情况下，整个DCS控制系统能正常工作；

    （2）主控单元实现双冗余，正常工作时一主一从。当主主控单元故障时自动切换到从主控单元，两个主控单元间程序使用ProfiBus DP总线保持同步；

    （3）控制系统电源及电源模块均实现双冗余。控制站、各服务器直接双路电源接入，有任一路接通即可正常工作；工程师站、操作员站等采用两路电源通过切换装置后接入的方式实现有任一路接通即可正常工作；

    （4）I/O服务器实现四冗余。可以在MACS V6系统中对四台I/O服务器分别进行配置，使其在正常状态下各自优先处理分配的控制站信号，当有任一台出现故障时，均可由其它服务器接管其工作，最恶劣的情况下只要有一台I/O服务器能正常工作也可完成全部的I/O处理功能；

    （5）历史/实时服务器实现双冗余，正常工作时一主一从。当主历史/实时服务器故障时自动切换到从历史/实时服务器，两个历史/实时服务器间程序使用TCP/IP协议保持数据同步；

    3.2.2 分站分域管理，提高系统可用率，最大程度分散风险本着风险最小化的理念，本工程在设计初期就确定了分站分域管理的方法，提高系统可用率，最大程度分散风险。主要体现在：

    （1）将整个工程分为3个域(公用、单元机组、脱硫)，每个域相互独立，各自使用自有的服务器、控制站、网络等；

    （2）将同一系统的多个设备划分到不同的控制站，如制粉系统，A～F给煤机、磨煤机等分别划分在#11～16号控制站；

    （3）将重要保护、跳闸信号划分到不同控制站内的不同卡件上，保证信号采集的准确性。

    3.3 系统特点

    (1) MACS V6考虑了现代电力企业的发展需求，按大型系统进行设计创新，在体系结构上引入域的概念，从根本上解决了大型装置既可实现几个分装置的信息联合，又可以保持各分装置的相对独立运行和操作，系统支持16个域，每个域可以支持6万5千个物理点。

   (2) 过去我们区分DCS和PLC主要通过被控对象的特点（过程控制和逻辑控制）来进行划分。MACS V6系统包容了过程控制、逻辑控制和批处理控制，实现了混合控制。

    (3) 在现代化电厂有两个趋势，一个是控制范围的不断扩大，设备厂家众多；另一个是管理和控制上的一体化需求不断加强，为实现数字化工厂打下一个好的基础。和利时公司MACS V6正是这样一个系统平台，它除了自身控制功能非常强大之外，其开发性非常好，可用连接300多种不同的通讯方式的设备，从而可以把不同的设备厂家整合到一个统一监控平台之上，为下一步数字化工厂提供了一种实现模式。

   (4) MACS V6采用了海量实时数据访问的技术：大容量DTDB ，单域 65535 点× 16 个域，近 105 万点自主研制的改进型 HASH 算法，大幅度提高 RTDB 访问速度，并具备全历史库功能，所有的物理点、中间量点和通讯点，都可以以最小1秒的分别率记录储存（SOE是小于1毫秒），可以实现工艺画面的回放功能，为设备故障原因的分析、查找带来很大方便。

   (5) 国内首次提出了“确定性DCS系统”技术，并在1000MW机组的DCS系统中应用，即：实现了高可靠、高精度、快速的控制作用系统。主要包括三方面：

    机组级网络的确定性通讯技术：国内首次研究、开发完成了基于Ethernet网络硬件平台环境，具有“令牌网络”规则的实时以太网通讯协议（DNet）技术的大型DCS，并应用于1000MW火电机组控制中。

    控制器I/O总线的确定性数据交换技术。

    (6) 为了更好地控制超超临界机组，和利时原在DCS焓熵计算模块上做了改进

   开发模块采用IAPWS-IF97公式代替原有IFC-67公式模块：IAPWS-IF97是水和蒸汽性质国际学会1997年发布，并取代了IFC-67公式，相比IFC-67，前者公式模型的适用范围扩大、分区更趋于简化、计算结果更具有一致性，同时计算精度速度都得到了提高。

    密度计算优化和指数优化：3区密度计算一般采用牛顿法和弦截法计算得到，两种方法均为迭代法，需要大量迭代计算，并且在临界区附近计算误差较大。优化后，采用26子区法代替上述两种方法并采用系统指数代替自开发指数。

    根据现场需求，修改输出模式：功能块作了优化，避免水/汽焓值切换时对系统造成扰动。

    (7) 系统既可以实现全汉化，也可以实现全英文，并提供快速一键切换。

    (8) 提供了虚拟DPU技术，从而使仿真和控制完全一致并同步更新，可以在仿真上实现逻辑验证。

    ４ 对国产DCS在大型火电机组应用的经验建议

    随着国产DCS系统控制技术的不断发展，国产DCS系统在国内大型火电机组的应用已经占有了一定的份额，本文根据国华台电2×1000MW发电机组DCS控制系统项目实施过程中的一些问题，总结出以下几点经验建议，供大家参考：

    (1) 为了保证DCS系统的可靠性和稳定性，在合同实施前，尽量去相同系统使用的单位进行针对性调研，了解系统在安装、调试和运行中出现的问题和解决方法，借鉴兄弟电厂的成功经验，为我所用。

    (2) 为了保证逻辑的正确性，针对主机相同的单位和有相关经验的调试单位进行考察，收集以往工程实施的技术方案和工程经验文献，缩短调试期由于逻辑问题影响设备安全稳定运行。

    (3) 做好设计院、调试所、监理、施工单位、厂家之间的协调工作；另外同时强调厂家及时提交设计院资料，业主负有督促作用；最后每项监督检查工作必须到位，树立业主服务意识，每位职工必须要有高度责任感，发扬团队精神，遇到困难大家必须齐心协力，共同完成。

    (4) 根据进度的需要在不同阶段，召开由业主、设计院、调试单位、主设备厂、DCS厂家等相关单位共同参加的设计联络会，对进行的系统组态进行全过程分阶段总结和解决期间出现的问题。

    (5) 根据DCS系统工作现场的使用环境，合理选择适合的计算机种类与型号，建议各计算机选用工业用的产品型号，避免因长周期运行或环境因素导致出现硬件故障。

    ５ 结束语

    国产DCS在1000MW超超临界大型燃煤机组的成功应用将会是国产DCS品牌全面发展历史中具有划时代意义的里程碑，展示了国产DCS在大型火电机组行业的优势和实力，该项目的实施对国产DCS控制系统进入火电机组高端领域具有重大意义，对我国自主知识产权DCS系统在大型火电机组的推广应用具有重要的示范意义和推动作用。

    参考文献：

    [1] 谢林,李耀和,罗建平.国产DCS在国华锦界电厂600MW机组上的应用[J].热力发电，2007,(4):85-87.

    [2] 李京文. 国产与进口DCS进入竞争时代：国产DCS系统发展的新阶段[J].世界仪表与自动化，2007,(3):16-20.

    肖光华（1974-）

    男，黑龙江鸡西人，本科，现就职于广东国华粤电台山发电有限公司，主要从事火电厂热控技术管理和维护方面的研究。

    蒙磊（1984-）

    男，陕西蒲城人，本科，现就职于广东国华粤电台山发电有限公司，主要从事火电厂热控技术管理和维护方面的研究。

    李今朝（1975-）

    男，河北张家口人，本科，现就职于广东国华粤电台山发电有限公司，主要从事火电厂热控技术管理和维护方面的研究。

    摘自《自动化博览》2011年第十一期