发电厂1000MW机组DCS系统配置设计
一、 大型火电工艺流程介绍
燃煤用输煤皮带从煤场运至煤斗中。煤斗中的原煤要先送至磨煤机内磨成煤粉。磨碎的煤粉由热空气携带经排粉风机送入锅炉的炉膛内燃烧。煤粉燃烧后形成的热烟气沿锅炉的水平烟道和尾部烟道流动，放出热量，最后进入除尘器，将燃烧后的煤灰分离出来。洁净的烟气在引风机的作用下通过烟囱排入大气。助燃用的空气由送风机送入装设在尾部烟道上的空气预热器内，利用热烟气加热空气。从空气预热器排出的热空气分为两股：一股去磨煤机干燥和输送煤粉，另一股直接送入炉膛助燃。
在除氧器水箱内的水经过给水泵升压后，通过高压加热器送入省煤器，吸收着煤粉燃烧过程中放出的热量。水被加热沸腾后汽化成水蒸气，这些饱和蒸汽再进入过热器中，在过热器中继续吸热，成为过热蒸汽。过热蒸汽有很高的压力和温度，因此有很大的热势能。过热蒸汽引入汽轮机后，高速流动的蒸汽推动汽轮机转子转动，形成机械能。
汽轮机的转子与发电机的转子通过联轴器连在一起。当汽轮机转子转动时便带动发电机转子转动。这样，发电机便把汽轮机的机械能转变为电能。电能经变压器将电压升压后，由输电线送至电用户。
图1 火电厂生产工艺流程图
一、 硬件选型和I/O设计
本机组DCS系统设计采用美国西屋公司的OVATION系统，Ovation系统的设计具
有开放式的思路，它采用了奔腾处理器、模块化I／O和功能强大的工作站并且具有以下特点：高速、高容量的主干网络采用商业化的硬件、软件、网络和通信接口，以取代过去有专利性的DCS结构；基于开放式工业标准，Ovation能把第三方的产品很容易地集成在一起；分布式全局数据库将功能分散到每个站点，而不是集中在一个处理器中；电子装置具有低功耗可减少控制室通风和空调的费用；从Ovation网络一直到I／O插板的电源装置都可以用冗余组态方式提供，以获得最高的系统可靠性；直观的诊断方法使维护人员能很快地确定系统在哪里出现了问题；Ovation包括一套直观的编程工具，使用户组态控制系统安全、方便；整个系统采用了模块式部件，所有模块在线更换时不需要工具或特殊部件。
上位机站总共 10台，其中操作员站(OPS) 5 台、工程师站(ENG) 3 台、历史站(HSR) 1 台、大屏幕站 1 台，黑白打印机和彩色打印机各一台。本工程设计共有I/O信号点10000个，包括模拟量输入、输出信号和开关量输入、输出信号。I/O卡件设计如下：
1、 8路电流输入信号卡，用于测量外供电和内供电标准电流信号，如压力变送
器输出信号（测量流量、液位、风量等）。
2、 偶信号。
8路电压输入信号卡，测量Ⅱ型，Ⅲ型标准电压信号，以及各种型号的热电
3、 4路热电阻输入信号卡，将电阻式温度检测器（RTD）的输入转换成数字量数
据，可以测量PT100、Cu50热电阻信号。
4、 4路模拟量信号输出卡，用于控制调节阀的开度等。
5、 的输入。
16路数字量信号输入卡，用于接收各种保护干节点信号和开关状态触电信号
6、 16路数字量信号输出卡，用于输出开关量指令信号等。
I/O分配遵循以下要求：
（1）严格遵循机组重要保护和控制分开配置的性原则。
（2）主设备保护采用控制器，并按故障安全原则配置。
（3）FSS 控制器采用故障安全原则配置， 当 FSS控制器失电或故障时锅炉自动 MFT， 以保证机组安全。
（4）电气、MEH 和公用系立。
（5）循环水泵房通过远程 I/O 控制柜接入单元控制系统。
（6）锅炉系统和汽机系统分开，但根据超临界直流炉的特性，协制主控、给水主控和燃料主控调节放在同一控制器。
（7）多台冗余或多台组合的重要辅机设备分到不同控制器， 以确保一对控制器故障不会造成机组停运， 如 A 和 B 侧风烟设备、6 套制粉系统和对应的油燃烧器、2 台汽动给水泵、2 台凝结水泵、4 台循环水泵的每 2 台、3 台真空泵等。
（8）对于重要安全参数，在不同控制器中同时予以配置，确保其中一对控制器故障
后的恢复期间机组能安全运行，如主蒸汽压力、主蒸汽温度、再热蒸汽温度和炉膛压力等重要安全参数，在两对控制器中同时予以配置。
（9）控制器测点分配考虑负荷均衡性。 在控制器测点分配时，同时考虑测点分配和控制逻辑数量的均衡性，尽量使得控制器负荷水平接近，各控制器 I/O 测点数量在 300～400 点之间， 控制器负荷基本在 10％～20％之间。
（10） 同类系统测点在不同控制器分配时讲求对称性、一致性，提高维护检修方便性。
（11）6 套制粉系统和对应油燃烧器分配到 6 对控制器中时， 做到同样测点位置完全一致，AB 风烟、2台汽动给水泵等在不同控制器中相同测点尽量做到位置一致，给检修维护带来较大方便，也有助于系统的安全。
二、网络结构设计方案
Ovation网络设计由数据高速公路和站点两大部分组成。站点包括两大类，即：与生产过程接口的Ovation控制器；人机接口装置，包括操作员站(OPS)、工程师站(ENG)、历史数据站(HSR)、SIS接口站等。Ovation网络基于先进的交换技术，采用冗余交换机作为网络拓扑设备；通信速率为100Mbps的快速局域网；电缆可采用光纤和铜质电缆组合方式；站点容错组合能力，可以检测和诊断出错信息。Ovation站点直接和高速公路通信，以便发送和接收实时数据和控制指令。
图2 DCS网络配置图
三、DCS供电方案
本机组设计以蓄电池为后备的不间断电源UPS作为一路电源，而以柴油发电机作为后备的保安电源作为另一路电源，这样既保证了两路电源具有一次的性，又降低了两路电源同时发生故障的概率。
图3 DCS供电配置图
四、控制器分配方案
DCS控制器采用工艺系统结合控制功能的分配方式，以“控制器故障时对系统功能影响最小”、“重要辅机或系统按A侧和B侧分设不同的控制器”和“控制器输入输出（IO）点数量相对均衡”为原则。单元机组配备有28对控制器，分配方式如下：
模拟量控制MCS：6对DPU1/51~DPU6/56
1、 协制，包括燃烧部分
2、 风烟系统
3、 机组自启停逻辑
4、 给水、气温控制系统
5、 旁路及部分单回路控制系统
6、 汽机侧单回路控制
锅炉炉膛安全监控FSSS：7对DPU7/57~DPU13/63
1、 A磨煤机及相关设备
2、 B磨煤机及相关设备
3、 C磨煤机及相关设备
4、 D磨煤机及相关设备
5、 E磨煤机及相关设备
6、 F磨煤机及相关设备
7、 公用部分
顺序控制系统SCS：11对DPU14/~DPU25/75
1、 A一次风机等设备
2、 B一次风机等设备
3、 A侧送引风机和空预期
4、 B侧送引风机和空预期
5、 主蒸汽、再热蒸汽、抽气和高低加系统
6、 凝结水、除氧器和真空泵等系统
7、 汽动给水泵A及相关设备
8、 汽动给水泵B及相关设备
9、 电动给水泵及相关设备
10、 汽轮机油系统等
11、 密封油泵、定子冷却水系统等
电气控制系统：2对DPU26/76~DPU28/78
1、 发变组，除尘变等
2、 直流段等。
五、I/O卡件和通道分配
每个OVATION 机柜的正面为A 分支（BRANCH）和B分支，反面为C分支和D分支，每个分支最多可放8 块卡件。卡件和通道分配时以“IO卡件故障和分支故障影响相对最
小”为原则，防止保护的拒动、误动和自动调节装置失灵。
（1）冗余信号分配到不同的IO 卡件上，主保护（如MFT）、重要辅机(如汽泵)保护和重要模拟量调节回路（如炉膛负压）的冗余信号分配在不同的分支。
（2）纵向组合设备的IO布置在同一块IO卡件上。
（3）控制内容一样的控制器（A侧和B侧）的通道分配尽量一致。
（4）备用通道均匀分布在每一卡件上，便于今后加点和更换通道
六、DCS系统接地设计
整个 DCS 控制系统在主厂房电子间安装的部分 采用一点接地方式，所有机柜分为多个组布置，各组机柜的安全地和屏蔽地连接在一起，分别由一根接地线连接至接地汇流铜牌，汇流铜牌再引出一根接地线接入电气接地网。控制系统内部接地线应大于4平方毫米，控制系统予接地桩之间的接地线大于18平方毫米，确保接地线连接可靠牢固。 远程 I/O 柜就近接入电气接地网。 操作员站和工程师站在本地就近接地。现场安装完毕后对接地系统进行严格测试，确保接地满足上述接地要求， 并且接地电阻不大于 2Ω。
