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案例頻道 1. 項(xiàng)目背景介紹
建設(shè)數(shù)字化電廠需要大量的現(xiàn)場實(shí)時(shí)信息，傳統(tǒng)的DCS難以承受“信息爆炸”的重負(fù)。現(xiàn)場總線技術(shù)不僅能夠提供傳統(tǒng)I/O數(shù)據(jù)，而且能夠提供設(shè)備狀態(tài)、診斷以及歷史統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)借助通信線傳送到控制器、數(shù)據(jù)庫，不受電纜和距離的限制。在自動化系統(tǒng)的整個生命周期，現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)(FCS)能夠節(jié)省投資。目前國外新建火電機(jī)組多采用現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)，如德國德國尼德毫森電廠二期、美國波特蘭電廠、意大利燈塔聯(lián)合循環(huán)電廠等。國內(nèi)電力行業(yè)自2000年開始研究現(xiàn)場總線技術(shù)，2006年首套FCS在華能玉環(huán)電廠輔控系統(tǒng)成功運(yùn)行，2008年華能國際電力股份有限公司依托西安熱工研究院、華東電力設(shè)計(jì)院啟動了在大型火電機(jī)組主控系統(tǒng)應(yīng)用FCS的研究和工程示范。2009年和2010年華能金陵電廠2×1030MW超超臨界機(jī)組分別通過168h試運(yùn)行，主控系統(tǒng)和輔控系統(tǒng)的FCS成功投運(yùn)。
2. 項(xiàng)目目標(biāo)與原則
目標(biāo)：研究和驗(yàn)證600M～1000MW機(jī)組主控系統(tǒng)應(yīng)用現(xiàn)場總線技術(shù)的安全性、經(jīng)濟(jì)性，總結(jié)和掌握大型機(jī)組主控系統(tǒng)FCS的設(shè)計(jì)、選型、組態(tài)、安裝和調(diào)試投運(yùn)的關(guān)鍵技術(shù)，為在火電廠推廣應(yīng)用FCS積累經(jīng)驗(yàn)。
原則：兼顧技術(shù)創(chuàng)新與工程風(fēng)險(xiǎn)二者的矛盾和效益，盡可能發(fā)揮FCS的本質(zhì)優(yōu)越性，同時(shí)做到工程的務(wù)期必成。
3.項(xiàng)目實(shí)施與應(yīng)用情況詳細(xì)介紹
3.1 項(xiàng)目規(guī)劃
該項(xiàng)目由華能股份公司及華能金陵電廠作為業(yè)主，西安熱工院作為技術(shù)支持和總體設(shè)計(jì)方，華東電力設(shè)計(jì)院作為初步和施工設(shè)計(jì)方，聯(lián)合開展項(xiàng)目的技術(shù)、工程、調(diào)度攻關(guān)。
3.2 項(xiàng)目實(shí)施
(1) 現(xiàn)場總線技術(shù)應(yīng)用范圍的規(guī)劃
按照“兼顧技術(shù)創(chuàng)新與工程風(fēng)險(xiǎn)二者的矛盾和效益”原則，確定各系統(tǒng)采用現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)和設(shè)備的范圍，如對鍋爐、汽機(jī)安全運(yùn)行有重大影響系統(tǒng)等采用常規(guī)DCS。選取25個復(fù)雜工藝子系統(tǒng)設(shè)計(jì)現(xiàn)場總線設(shè)備。
(2) 現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)選型與網(wǎng)段設(shè)計(jì)
對國外多種品牌具有現(xiàn)場總線技術(shù)的DCS進(jìn)行調(diào)研、論證，通過招標(biāo)確定選用融合了Profibus標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)的DCS。研究和確定現(xiàn)場總線網(wǎng)段和設(shè)備設(shè)計(jì)原則，如按工藝系統(tǒng)區(qū)域自治原則、通信周期滿足控制實(shí)時(shí)性原則、主站和網(wǎng)絡(luò)冗余原則、網(wǎng)段風(fēng)險(xiǎn)控制原則等。完成了控制站、網(wǎng)段設(shè)計(jì)和設(shè)備分配設(shè)計(jì)。
(3) 現(xiàn)場總線設(shè)備兼容性測試
對備選的現(xiàn)場總線設(shè)備進(jìn)行嚴(yán)格的互聯(lián)、互操測試，通過測試的設(shè)備才獲得投標(biāo)資格。設(shè)備供貨的型號、固件版本均應(yīng)符合通過測試的樣品。這樣大大降低了工程風(fēng)險(xiǎn)，工程中沒有出現(xiàn)通信不兼容的現(xiàn)象。
(4) 系統(tǒng)設(shè)計(jì)和應(yīng)用軟件開發(fā)
單元機(jī)組和公用系統(tǒng)包括25對控制器，其中21對控制器設(shè)計(jì)36個冗余Profibus-DP、11個非冗余Profibus-DP、83個Profibus-PA子網(wǎng)段，其中Profibus-DP連接358個現(xiàn)場總線設(shè)備、Profibus-PA連接629個現(xiàn)場總線設(shè)備，涵蓋了25個復(fù)雜工藝系統(tǒng)，采用了13種類型的現(xiàn)場總線設(shè)備，包括壓力、差壓、液位、流量變送器等儀表，控制對象有電機(jī)、
電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)和氣動閥門等, 基本包括了過程控制系統(tǒng)和順序控制系統(tǒng)中所有典型設(shè)備。
西安熱工研究院除了設(shè)計(jì)常規(guī)的控制邏輯和算法外，還針對現(xiàn)場總線設(shè)備的特點(diǎn)和FCS功能，開發(fā)了狀態(tài)、診斷信息集成，操作指導(dǎo)等應(yīng)用功能，發(fā)揮FCS的獨(dú)特的優(yōu)越性。下圖為電動門、電機(jī)、變送器的信息窗口：
(a) 電動門信息窗口
(b) 電動機(jī)信息窗口
(c) 變送器信息窗口
(5) 安裝、調(diào)試和投運(yùn)
在華能金陵電廠精心組織下，各技術(shù)支持和設(shè)計(jì)單位、電建公司通力合作，嚴(yán)格按Profibus規(guī)程進(jìn)行安裝，設(shè)備通信和單體調(diào)試順利，滿足設(shè)備、系統(tǒng)功能及工期要求。2009年12月#1機(jī)組通過了168h試運(yùn)行，2010年12月#2機(jī)組通過了168h試運(yùn)行。主控和輔控系統(tǒng)FCS也全部成功投運(yùn)，安全可靠。
3.3 項(xiàng)目創(chuàng)新
(1) 國內(nèi)1000MW等級火電機(jī)組首次在主控系統(tǒng)的工程應(yīng)用示范；
(2) 首次確定大型火電機(jī)組現(xiàn)場總線應(yīng)用于主控系統(tǒng)的范圍；
(3) 現(xiàn)場總線網(wǎng)段設(shè)計(jì)及拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；
(4) 實(shí)現(xiàn)了火電廠所有類型儀表及被控設(shè)備在總線系統(tǒng)中的備互聯(lián)、互操；
(5) 現(xiàn)場總線就地設(shè)備的調(diào)試及現(xiàn)場總線信息的綜合應(yīng)用。研發(fā)了實(shí)用的現(xiàn)場設(shè)備狀態(tài)維護(hù)管理軟件，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場設(shè)備可預(yù)見性維護(hù)；
(6) 證明了大型火電機(jī)組主控系統(tǒng)應(yīng)用FCS是安全、可行的，而且能夠節(jié)省投資、保證或縮短建設(shè)工期。
3.4 獲中國電力科學(xué)技術(shù)獎
本項(xiàng)目已經(jīng)獲得2010年度中國電力科學(xué)技術(shù)獎二等獎。
4 效益分析
由于采用了現(xiàn)場總線技術(shù)，單臺機(jī)組的DCS系統(tǒng)常規(guī)IO點(diǎn)減少約3500點(diǎn)，機(jī)柜數(shù)量減少了約12個，電子設(shè)備間面積也因此減小，單臺機(jī)組節(jié)省的熱控常規(guī)電纜約300km，從而間接帶來電纜橋架使用量減少、控制系統(tǒng)接線調(diào)試工作量下降；初步統(tǒng)計(jì)，就設(shè)備的安裝及調(diào)試來說，除去項(xiàng)目開始總線調(diào)試階段，總線設(shè)備的調(diào)試速度大大加快，就地現(xiàn)場總線設(shè)備的單體調(diào)試節(jié)省了1/3的工作量。雖然FCS增加了通信組件、通信電纜，而且現(xiàn)場總線設(shè)備價(jià)格高于同類常規(guī)設(shè)備，但綜合比較FCS與常規(guī)DCS的投資，F(xiàn)CS節(jié)省費(fèi)用1320萬元，增加費(fèi)用1020萬元，因而總費(fèi)用FCS比常規(guī)DCS節(jié)省300萬元。FCS節(jié)省調(diào)試工作量、縮短建設(shè)工期的效益尚未計(jì)算在內(nèi)。
5 工程現(xiàn)場照片
北京市公安局海淀分局備案號：11010802023656號