MaxDNA集散控制系统在火力发电厂中的应用|火力发电厂五大系统
时间：2019-04-21 03:19:39 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
该文根据MaxDNA集散控制系统在某火力发电厂的应用，从系统配置、硬件、软件、通信等几个方面对系统进行阐述，对MaxDNA集散控制系统在该电厂中实现的主要功能进行了研究、概括，研究对MaxDNA系统在同行业生产过程中的应用具有一定参考价值。
MaxDNA；集散控制系统；火力发电
某发电有限公司规划建设4�?00MW燃煤发电机组，一期工程建设2�?00MW机组，#1机组、#2机组已投入运行。该厂使用的锅炉是由东方锅炉厂生产的DG1025/18.2-Ⅱ13型亚临界、一次中间再热、自然循环、全钢悬吊结构、单炉膛、兀型布置、平衡通风、燃煤固态排渣炉。汽轮机为东方汽轮机厂生产的N300—16.7/537/537—8型亚临界一次中间再热凝汽式汽轮机组。发电机为东方电机厂生产的QFSN-300-2-20B型三相二极式汽轮同步发电机。除了三大主机等主工艺系统外，还有一些辅助工艺系统，其中除灰脱硫系统也采用了MaxDNA集散控制。
1.MaxDNA系统介绍
MaxDNA集散控制系统是由上海仪表自动化有限公司引进美国MCS自动化公司研发的MAXDNA控制系统消化吸收国产化后的产品，功能强大，高效稳定，并且该系统拥有多项世界领先的专利技术，在火电控制领域有很好的应用。该套系统以自动控制为核心，实现了机组的数据采集、处理运算、监视控制、连锁保护等多项功能，包括：数据采集功能（DAS）、模拟量控制功能（MCS）、旁路控制功能（BPS）、锅炉炉膛安全监控功能（FSSS）、顺序控制功能（SCS）、汽轮机数字电液控制功能（DEH）、汽动给水泵小汽轮机数字电液控制及保护功能（MEH、METS）、汽机主保护功能（ETS）、电气监控功能（ECS）、锅炉定期排污程序控制功能系统。
系统配置。操作员站MaxSTATION、工程师站MaxSTATION、历史纪录站MaxSTORIAN、值长操作台、标准的液晶显示器LCD21、特制的操作员键盘和球标、网络彩色屏幕打印机、网络黑白点阵式连续形式的打印机、锅炉系统RPU机柜组、汽机系统RPU机柜组、DEH&MEH机柜组、公用系统机柜组、配电机柜组、继电器机柜组、工作站机柜组。
机组网络源。MaxDNA采用工业以太网为构架的网络拓扑特性，采用星形的网络拓扑结构。多重系统下实现工作站与现场处理单元（RPU）的互为通讯，并允许全局访问实时数据。双重以太网（Network A和Network B）提供通讯网络的冗余，提供超过100Mbps全双工的通讯带宽，最大带宽甚至可以达到1Gbps，保证了最大限度的系统可用性和数据容错功能。如图1所示。
MaxDNA硬件部分。分散处理单元DPU（Distributed Processing Unit）：DPU直连与MaxNet网络连接，不需通过服务器中转数据。该电厂使用的DPU是新版的Model4E型的DPU，可以执行各种控制运算法则，顺序控制逻辑，记录顺序事件，精确到1ms。
I/O模件包括：开关量输入卡、开关量输出卡、高电平模拟量输入卡件、热电偶模拟量输入卡件、热电阻输入卡件、模拟量输出卡件、计数/时间（脉冲）卡件、I/O总线扩展卡件。各种卡件有不同的容量和适配电源以及工作特性。
MaxDNA的通讯网络MaxNet采用符合IEEE802.3规约的双层以太网介质，物理星型，逻辑环型拓扑。具有通讯冗余功能，网络带宽可以高达1Gbps，工作站和DPU4F直连MaxNet网络，它们之间的数据通讯不需服务器中转。
系统电源和接地：MaxDNA系统中的每一个RPU柜中有系统电源、变送器电源、逻辑电源。变送器电源提供24VDC给现场变送器，这些变送器发送4~20mA电流信号到的AI模件。逻辑电源一般可以是24VDC、48VDC或110VDC，主要是为提供干接点的开关量输入输出模件提供电源。而MaxDNA系统的接地也是按照上述三种电源的方式区分接地的。一般分为系统接地，变送器电源接地和逻辑电源接地。
与外系统接口服务器：允许其他控制系统通过MaxLINK接口实现外围设备并入DCS系统。MaxLINKS接口服务器的功能使得一切符合标准工业通讯协议的一些工业子系统的设备，如对一些特殊的大设备进行汽机控制的DEH系统和进行化水处理的分析仪器仪表，都能与DCS系统间进行数据通讯。
电气控制系统接入DCS：电气监控系统（ECS）采用开放式、分层分布式网络结构，整个系统分为站控层和间隔层。电气监控设备分为两个部分配置：发—变组、厂用电系统设备控制通过通讯处理机接入电气监控系统100M以太网，电气数据网通过网桥与DCS 100M以太网数据网络通讯联接。辅机系统电动机设备通过串口通讯（RS232C、MODBUS协议）至电气的通讯管理机，再通过现场总线至电气测控单元，监控相应的设备。
SIS系统接入DCS：MaxDNA系统与SIS（厂级监控信息系统）的接口配置单独接口服务器，每一套DCS提供一套SIS接口机，以满足SIS对实时数据的大量需求。SIS接口服务器通过100M以太网与DCS相连。通讯接口为冗余配置，DCS能在进行数据转换的同时与SIS系统双向交换传输数据。
MaxDNA软件部分。MaxVUE：操作员可完成监视工厂过程状态功能、开始控制动作功能、对报警做出响应并开始纠正动作、监视系统状态、使用按钮或热点启动、停止、切换至其它Windows应用程序、使用目标的连接和嵌人（OLE）与其它Windows应用程序交换数据。
MaxTOOLS包括功能块图、阶梯图、顺序功能框图、指令表、结构文本等各种工具。MaxSTORIAN允许MCS公司的用户采集、管理和重新获得有关他们的过程运行中的历史信息。Software Backplane实现了系统内部数据的连接与访问，可以让操作管理人机交互的上层采用的Windows 2000平台与DPU4F采用的嵌入式操作系统Windows CE平台之间进行通讯。 2.MaxDNA分散控制系统实现的主要功能
该电厂MaxDNA分散控制系统以热工自动化为核心，实现了机组的数据采集、处理运算、监视控制、连锁保护等重要功能。它实现了如下控制功能：数据采集功能（DAS）、模拟量控制功能（MCS）、旁路控制功能（BPS）、锅炉炉膛安全监控功能（FSSS）、顺序控制功能（SCS）、汽轮机数字电液控制功能（DEH）、汽动给水泵小汽轮机数字电液控制及保护功能（MEH、METS）、汽机主保护功能（ETS）、电气监控功能（ECS）、锅炉定期排污程序控制功能。MaxDNA实现机组生产运行的基本功能框架如图2所示。
模拟量控制系统MCS。该系统的基本控制策略采用美国MCS公司的专利技术DEB/ 400直接能量平衡策略。DEB利用汽机和锅炉固有的物理特性，实现了机、炉并列系统交叉作用的解耦，采用了这种技术的MCS系统运行稳定，操作简单，调试容易，提高了协调控制的投入率。该系统具有无扰动切换特点，不需要编程或组态。在重新加载或启动时能与执行结构的位置自动平衡。无扰动切换的特性是MaxDNA 特有的。
数据采集功能DAS。据采集系统(DAS)主要负责连续采集和处理与机组有关的测量信号及状态信号，同时以多种形式提供给操作和
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管理人员，以便操作人员及时了解有关的运行信息，包括：操作显示、成组显示、棒状图显示、趋势显示、报警显示、模拟图显示等。
顺序控制系统（SCS）。该系统主要功能是实现单元机组的主要设备功能组在启动、停运及事故状态下的顺序控制，通过连锁、联跳和保护跳闸功能可保证机组的主要设备的安全运行，在炉启停时减少机组运行人员的常规操作。在MaxDNA系统中，采用了专用的软件模块对应顺序控制系统（SCS）的子组级和设备级。
炉膛安全监控系统（FSSS）。包括锅炉点火准备、点火枪点火、油枪点火、煤燃烧、炉膛吹扫、油燃料系统泄漏试验、燃料跳闸MFT等功能。系统内部结合该厂自身特点设有大量的逻辑严格控制操作的进行条件，保证了操作人员每一步操作的科学性与合理性。系统中的MFT功能能快速切断所有进入炉膛的燃料，确保在非安全情况下快速停运燃料设备，减少不安全因素或锅炉炉膛长生的不安全工况。
电气监控系统（ECS）。该厂电气监控系统的设计利用了MaxDNA的EDPU具有直接串行接口特性，将电动机测控单元视为DCS的电气专用远程I/O模件，电气系统分散接入相应DCS控制站，通过DCS控制单元分散接入。锅炉汽机系统和电气监控系统的信息在控制层集中，联锁逻辑由DPU完成，不需硬接线，监控实现一体化，统一的通讯网络及数据库。这个特点利用了MAXDNA强大的网络接入功能，提高了整个系统的效率，一定程度上降低了造价昂贵的设备使用量。
汽机数字电液控制系统（DEH）。由计算机控制部分和EH液压执行机构组成。采用DEH控制可以提高高、中压调门的控制精度，主要功能：汽轮机转数控制、自动同期控制、负荷控制、参与一次调頻、机、炉协调控制、快速减负荷、主汽压控制、单阀多阀控制、阀门试验、汽轮机程控启动、OPC控制、与DCS系统实现数据共享、手动控制。
其他主要功能。除去上述功能外，还包括下面几个主要功能：给水泵汽轮机（小汽轮机）数字电液控制系统MEH、汽机旁路控制系统BPS、汽轮机危急遮断系统ETS、吹灰及定排程控、锅炉快冷、汽机瞬态数据管理功能（TDM）。整个MaxDNA系统庞大复杂，软硬件结合，自动化计算机通讯设备紧密结合成为一个整体。
DCS系统解决了现代化大生产中过程控制传统的仪表控制系统难以胜任的问题，而相对计算机集中控制来说故障还是分散的，在许多方面有其独特的优点，是传统的仪表控制系统和计算机集中控制系统所无法比拟的。自MaxDNA系统在该电厂投入运行多年以来，极大地减少了维护工作量，方便运行人员操作，能够保证发电机组及辅助系统的安全、稳定运行。
[1]刘新亮. MAXDNA分散控制系统在徐塘电厂的应用方案设计[J].计算机控制、检测与管理，2006.04
[2]郑明川.浅议DCS系统在火电厂电气专业的应用[J].湖南水利水电，2011.03
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