火電廠脫硫脫硝改造中控制系統(tǒng)選型分析

關(guān)于火電廠脫硫脫硝改造中控制系統(tǒng)選型做如下分析：

    1.前言

隨著控制技術(shù)的不斷發(fā)展，燃煤電站的控制系統(tǒng)大都已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化控制。新建設(shè)機(jī)組全部采用先進(jìn)的控制技術(shù)，老機(jī)組的控制系統(tǒng)也相繼進(jìn)行了改造，大部分機(jī)組已經(jīng)改造完畢。燃煤電站的控制系統(tǒng)基本都采用了目前較流行的分散控制系統(tǒng)即DCS系統(tǒng)，保證發(fā)電生產(chǎn)系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。目前由于人類環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)及人類生存發(fā)展的需要，國(guó)內(nèi)外都在積極注重環(huán)境保護(hù)技術(shù)的發(fā)展及環(huán)保工程的實(shí)施，新建大型燃煤機(jī)組都設(shè)計(jì)有脫硫及脫硝系統(tǒng)。以前的老機(jī)組都沒(méi)有脫硫(SO2、SO3)及脫硝(NO、NO2等)裝置，以及未來(lái)的CO2的減排控制等，根據(jù)國(guó)家對(duì)環(huán)保的要求必須對(duì)現(xiàn)有的發(fā)電機(jī)組進(jìn)行污染物的排放控制，達(dá)到國(guó)家環(huán)保要求?；痣姀S鍋爐在增加脫硫及脫硝裝置進(jìn)行改造時(shí)，其控制系統(tǒng)要根據(jù)具體電廠及具體機(jī)組的特殊情況進(jìn)行設(shè)計(jì)?，F(xiàn)在隨著控制技術(shù)的不斷發(fā)展，在控制領(lǐng)域出現(xiàn)了幾大主要控制系統(tǒng)。那末在改造設(shè)計(jì)當(dāng)中采用什么樣的控制系統(tǒng)是目前我們?cè)O(shè)計(jì)人員要認(rèn)真面對(duì)的。即要保證系統(tǒng)的安全穩(wěn)定，又要考慮客觀實(shí)際又要節(jié)約資金。本文簡(jiǎn)單介紹了現(xiàn)場(chǎng)脫硫及脫硝改造機(jī)組現(xiàn)狀，介紹一下幾個(gè)控制系統(tǒng)各自的特點(diǎn)，根據(jù)不同的機(jī)組及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，為控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供一些參

2.火電廠改造機(jī)組現(xiàn)狀

由于目前改造機(jī)組增加脫硫、脫硝系統(tǒng)的工藝大都趨于簡(jiǎn)單化，尤其是200MW及以下機(jī)組，主要考慮成本及系統(tǒng)占地面積等因素。目前在改造機(jī)組中脫硫系統(tǒng)的技術(shù)一般采用簡(jiǎn)易濕法脫硫技術(shù)、干法和半干法脫硫技術(shù)。脫硝技術(shù)有采用SCR、SNCR和燃燒調(diào)整方式等，其中在改造機(jī)組中主要采用降低氮氧化物的生成技術(shù)，采用低氮燃燒器及調(diào)整二次風(fēng)等方法降低氮氧化物。從目前國(guó)內(nèi)應(yīng)用的脫硫及脫硝技術(shù)上看，其工藝系統(tǒng)相對(duì)比較簡(jiǎn)單，控制回路也比較少。根據(jù)目前對(duì)改造機(jī)組的設(shè)計(jì)情況來(lái)看，對(duì)控制系統(tǒng)的要求大致分為以下兩種情況。一種情況是將脫硫、脫硝的控制系統(tǒng)并入到電廠相應(yīng)機(jī)組的主控制系統(tǒng)當(dāng)中，與原主系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)集中控制。另一種情況是將脫硫、脫硝的控制系統(tǒng)獨(dú)立設(shè)計(jì)，使脫硫、脫硝的操作控制在主系統(tǒng)之外。在系統(tǒng)停運(yùn)及檢修時(shí)，不影響主系統(tǒng)的正常運(yùn)行。根據(jù)以上不同種情況，控制系統(tǒng)可以有不同的設(shè)計(jì)原則及不同的控制實(shí)現(xiàn)方式。第一種情況設(shè)計(jì)可以選用與主系統(tǒng)一致的DCS系統(tǒng)設(shè)備，使之與其實(shí)現(xiàn)方便的通訊連接。如考慮價(jià)格及其它因素亦可設(shè)計(jì)采用PLC及FCS總線技術(shù)，通過(guò)其它通訊方式與主系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)連接。在該方案設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮主系統(tǒng)的兼容性，調(diào)研原系統(tǒng)的設(shè)計(jì)容余及備用空間情況。更重要的是原主系統(tǒng)與新設(shè)計(jì)系統(tǒng)的通訊協(xié)議是否兼容等。第二種情況控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)比第一種情況要靈活得多，可選的控制系統(tǒng)與原主控制系統(tǒng)沒(méi)有聯(lián)系，是一個(gè)獨(dú)立的控制系統(tǒng)。該獨(dú)立的控制系統(tǒng)可以根據(jù)用戶的要求設(shè)計(jì)為DCS、PLC、FCS任意一種形式，也可以設(shè)計(jì)成三個(gè)系統(tǒng)技術(shù)的綜合控制系統(tǒng)。選型主要根據(jù)以下幾種情況而定：該系統(tǒng)的運(yùn)行方式;控制系統(tǒng)的資金投入;現(xiàn)場(chǎng)與控制室的距離;系統(tǒng)中模擬控制回路的數(shù)量;系統(tǒng)中開關(guān)量的數(shù)量;現(xiàn)場(chǎng)一次儀表智能化的程度等。三個(gè)控制系統(tǒng)各具有優(yōu)缺點(diǎn)，如條件許可也可以設(shè)計(jì)成綜合的控制系統(tǒng)。它們都在許多電廠中得到了廣泛的應(yīng)用。

3.PLC控制系統(tǒng)

可編程控制器即簡(jiǎn)稱PLC(PROGRAMMABLE LOGIC CONTROLLER)，雖然現(xiàn)在仍然稱PLC，但已經(jīng)與原來(lái)的實(shí)際意義不相符合，并不是最初簡(jiǎn)單的可編程控制器。PLC的最初定義是一種數(shù)字控制專用電子計(jì)算機(jī)，它使用了可編程序存儲(chǔ)器儲(chǔ)存指令，執(zhí)行諸如邏輯、順序、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)與演算等功能，并通過(guò)模擬和數(shù)字輸入、輸出等組件，控制各種機(jī)械或工作程序。經(jīng)過(guò)30多年的發(fā)展，PLC已十分成熟與完善，并開發(fā)了模擬量閉環(huán)控制功能。長(zhǎng)期以來(lái)，PLC始終在各行各業(yè)自動(dòng)化控制領(lǐng)域得到廣泛的使用，為各種各樣的自動(dòng)化設(shè)備提供了非常可靠的控制應(yīng)用。主要原因在于它能夠?yàn)樽詣?dòng)化控制應(yīng)用提供安全可靠和比較完善的解決方案，適合當(dāng)前工業(yè)企業(yè)對(duì)自動(dòng)化的需要。目前的PLC已經(jīng)不僅具有早期的邏輯運(yùn)算功能，而且已經(jīng)向綜合控制方向發(fā)展。新型PLC也在不斷完善PID閉環(huán)控制功能，其他各種功能也在不斷得到改進(jìn)。PLC已被廣泛應(yīng)用于連續(xù)過(guò)程的控制領(lǐng)域，而且基于連續(xù)過(guò)程控制技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)正在進(jìn)一步得到增長(zhǎng)。通訊是PLC廣泛應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)，這種技術(shù)在PLC領(lǐng)域已經(jīng)得到擴(kuò)展。同系統(tǒng)一樣，對(duì)PLC進(jìn)行分散化處理已經(jīng)成為可能，更容易進(jìn)行管理，以便能夠更好地集成在一起。

PLC系統(tǒng)的價(jià)格也在逐漸降低。由于PLC系統(tǒng)最小模件單元的價(jià)格只在千元左右，甚至更低所以大部分用戶已經(jīng)不再對(duì)已損壞的模件修理而是直接更換新的模件，因?yàn)樾蘩磉@樣的故障模件也許會(huì)花費(fèi)同樣甚至更多的費(fèi)用?，F(xiàn)在一些小型甚至超小型PLC系統(tǒng)已經(jīng)向工業(yè)用戶提供了模擬量I/O、PID控制回路、通訊接口，甚至與企業(yè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)相連接的現(xiàn)場(chǎng)總線。具有14個(gè)通道的I/O和4個(gè)PID控制回路的PLC系統(tǒng)，其價(jià)格也只有千元左右，這種產(chǎn)品非常適合小系統(tǒng)控制應(yīng)用的需要。一些PLC供應(yīng)商依托強(qiáng)大的應(yīng)用市場(chǎng)發(fā)展小型PLC產(chǎn)品，甚至大量的工業(yè)用戶已經(jīng)將其看作是低端應(yīng)用市場(chǎng)上的日用品。

在PLC硬件不斷發(fā)展的同時(shí)，PLC的編程軟件也在向前發(fā)展。因?yàn)樽鳛檎麄€(gè)系統(tǒng)不但要充分考慮硬件產(chǎn)品的性能，還必須采取相應(yīng)的措施為工業(yè)用戶解決工程師可用的組態(tài)軟件工具、故障診斷技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通訊能力以及除基本自動(dòng)化硬件以外的附加軟件包的適用性能。目前不但PLC廠家在不斷努力開發(fā)適合于PLC系統(tǒng)的編程軟件，其他軟件開發(fā)商也在不斷推出與之相配套的組態(tài)軟件，而且每種軟件都適合于多種品牌的PLC產(chǎn)品，為用戶編程提供了極大的方便。

PLC的基本特點(diǎn)是構(gòu)成系統(tǒng)比較靈活。在一些小型的系統(tǒng)中即控制和監(jiān)視點(diǎn)數(shù)較少時(shí)，可以采用小型PLC控制系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)工藝過(guò)程的監(jiān)視及控制。小型系統(tǒng)采用一臺(tái)PC機(jī)為主站，多臺(tái)同型號(hào)PLC為從站，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的監(jiān)視及控制。現(xiàn)在隨著PLC網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，多臺(tái)PLC組成的大型控制系統(tǒng)也不斷被采用，功能已經(jīng)越來(lái)越接近于DCS系統(tǒng)。系統(tǒng)可由多臺(tái)PLC組成，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)將多臺(tái)PLC相連接，PLC可作為底層數(shù)據(jù)采集和實(shí)現(xiàn)就地控制。比較大的控制系統(tǒng)可以用一臺(tái)PLC為主站，多臺(tái)同型號(hào)PLC為從站，構(gòu)成PLC網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)比較復(fù)雜系統(tǒng)的綜合監(jiān)視及控制功能。PLC也可以作為DCS的一個(gè)子系統(tǒng)存在于DCS系統(tǒng)之中。

4.DCS控制系統(tǒng)

分散控制系統(tǒng)DCS(DISTRIBUTED CONTROL SYSTEM)含義是控制危險(xiǎn)分散集中顯示。分散控制系統(tǒng)DCS是集4C(COMMUNICATION，COMPUTER，CONTROL，CRT)技術(shù)于一身的監(jiān)控技術(shù)。他的特點(diǎn)是從上到下的樹狀拓?fù)浯笙到y(tǒng)，其中通訊是其關(guān)鍵技術(shù)。DCS由四部份組成：I/O板、控制器、操作站、通訊網(wǎng)絡(luò)。I/O板和控制器國(guó)際上各DCS廠家的技術(shù)水平都相差不遠(yuǎn)，如果說(shuō)有些差別的話是控制器內(nèi)的算法有多有少，算法的組合有些不一樣，I/O板的差別在于有的有智能，有些沒(méi)有，但是控制器讀取所有I/O數(shù)據(jù)必須在一秒鐘內(nèi)完成一個(gè)循環(huán);操作站差別比較大，主要差別是選用PC機(jī)還是選用小型機(jī)、采用UNIX還是采用NT操作系統(tǒng)、采用專用的還是通用的監(jiān)視軟件,操作系統(tǒng)和監(jiān)視軟件配合比較好時(shí)可以減少死機(jī)現(xiàn)象;差別最大的是通訊網(wǎng)絡(luò)，最差的是輪詢方式，最好的是例外報(bào)告方式，其速度要相差很多?？刂破鱅/O部件和生產(chǎn)過(guò)程相聯(lián)接，操作站和人相聯(lián)系，通訊網(wǎng)絡(luò)把這兩部分聯(lián)成系統(tǒng)。所以操作站是DCS的重要組成部分，工程師站給控制站和操作站組態(tài)，歷史站記錄生產(chǎn)過(guò)程的歷史數(shù)據(jù)。

DCS系統(tǒng)的數(shù)據(jù)主要來(lái)自現(xiàn)場(chǎng)的信號(hào)和各種變量，在控制站中表現(xiàn)為與工位號(hào)對(duì)應(yīng)的相關(guān)測(cè)量值(PV)、設(shè)定值(SV)、操作輸出值(MV)及回路狀態(tài)等。這些數(shù)據(jù)被采集到DCS控制站相應(yīng)的存儲(chǔ)器里，構(gòu)成實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。其他屬于與工位號(hào)有關(guān)的組態(tài)信息，如量程、工程單位、回路連接信息、順序控制信息等，也在控制站中存儲(chǔ)，但同時(shí)必須在操作站或工程師站中存儲(chǔ)，而且有映像關(guān)系。中小型DCS控制站，以控制16-32回路為限、分散性較易為人們所接受。目前小型DCS所占有的市場(chǎng)，已逐步與PLC、FCS共享，今后小型DCS可能首先與這2種系統(tǒng)融合，而且“軟DCS”技術(shù)將首先在小型DCS中得到發(fā)展?？刂普臼钦麄€(gè)DCS的基礎(chǔ)，它的可靠性和安全性最為重要，死機(jī)和控制失靈的現(xiàn)象是絕對(duì)不允許的，而且冗余、掉電保護(hù)、抗干擾、構(gòu)成防爆系統(tǒng)等方面都應(yīng)很有效而可靠，才能滿足用戶要求。多年的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)證明，絕大多數(shù)廠家的DCS控制站是能夠勝任用戶要求的。

DCS系統(tǒng)價(jià)格相對(duì)PLC系統(tǒng)較高，當(dāng)然應(yīng)從性能價(jià)格比、產(chǎn)品生命周期及用戶根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)裝置的自控要求對(duì)DCS進(jìn)行選型、工程費(fèi)用、維修費(fèi)用等方面綜合考慮。更重要的是目前PLC系統(tǒng)、工控機(jī)系統(tǒng)(IPC)的價(jià)格都是以廉價(jià)著稱，所以DCS廠商在這方面面臨的形勢(shì)很嚴(yán)峻，今后5年雖然DCS可以生存，但應(yīng)在降低成本、減少維修費(fèi)用、發(fā)展遠(yuǎn)程診斷和維護(hù)及完善服務(wù)體系等方面多下功夫，應(yīng)對(duì)以直銷為主的方式進(jìn)行修正，即讓更多的同行能參加到DCS應(yīng)用的行列中來(lái)。

DCS的發(fā)展初衷主要是解決系統(tǒng)中的控制回路的控制算法。70年代中期，過(guò)程工業(yè)發(fā)展很快，但由于設(shè)備大型化、工藝流程連續(xù)性要求高、要控制的工藝參數(shù)增多，而且條件苛刻，要求顯示操作集中等，使已經(jīng)普及的電動(dòng)單元組合儀表不能完全滿足要求，在此情況下，業(yè)內(nèi)廠商經(jīng)過(guò)市場(chǎng)調(diào)查，確定開發(fā)的DCS產(chǎn)品應(yīng)以模擬量反饋控制為主，輔以開關(guān)量的順序控制和模擬量開關(guān)量混合型的批量控制。所以今天DCS的優(yōu)勢(shì)仍然是實(shí)現(xiàn)模擬量控制，模擬量控制及其算法是DCS的核心技術(shù)。

從目前的DCS來(lái)看，一個(gè)控制器完成幾十個(gè)回路的運(yùn)算和幾百點(diǎn)的采集、再加適量的邏輯運(yùn)算，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)使用，效果是比較好的。這就產(chǎn)生控制器升級(jí)的問(wèn)題了。有時(shí)控制器和檢測(cè)元件的距離還是[工業(yè)電器網(wǎng)-cnelc]比較遠(yuǎn)，這就促進(jìn)現(xiàn)場(chǎng)總線的發(fā)展。