摘 要：本文主要描述了萊鋼集團大H型鋼生產線25MW抽汽凝汽式汽輪發(fā)電機的工藝流程，以及AC800F DCS控制系統(tǒng)的功能特點，組成結構與設計原理，該系統(tǒng)的實施提高了發(fā)電機的自動控制水平，保證了熱電廠生產工藝控制中各環(huán)節(jié)的穩(wěn)定、連續(xù)運轉。 關鍵詞：發(fā)電機生產工藝；ABB Industrial IT DCS系統(tǒng)；DEH數字電液調速控制 Development and Application of ABB DCS in industry desalinization water reforming Abstract： The article mianly introduce the production craft of the 25MW Steam extraction condensing steam turbine generator production electrical machinery project desalinization big H product line of Laigang and the AC800 F DCS control system of function characteristics, constitute structure and design principle, the implement of that system raised generator of automatic control level, promised a hot power station production the stability, continuous operation of each link in the craft control。 Keywords: Generator production craft; ABB Industrial IT DCS system ; DEH numeral electro-hydraulic velocity modulation control； 1 引言 現階段正是循環(huán)經濟蓬勃發(fā)展的關鍵時期，萊鋼集團積極圍繞循環(huán)經濟科技創(chuàng)新體系的總體目標，加大了循環(huán)經濟科技項目的實施力度。在不斷提高資源綜合利用率的基礎上，充分利用余熱余能發(fā)電。目前，萊鋼1#、2#1000m3高爐TRT（均為8000kW機組）工程分別進入生產運行。老區(qū)8#鍋爐發(fā)電（25000kW）項目進入軟件調試階段，機組設備安裝完畢。大H型25000kW蒸汽發(fā)電機組項目已經開始投產。據此測算，在2005年和2006年兩年內，萊鋼新增發(fā)電能力合計為87200kW，創(chuàng)造了可觀的經濟效益和社會效益。 2 發(fā)電機生產工藝 生產設備主要由130T蒸汽鍋爐、汽輪機和發(fā)電機等組成。工藝系統(tǒng)大體可以分為以下幾個子系統(tǒng)：蒸汽和汽輪機本體系統(tǒng)、發(fā)電機系統(tǒng)、凝結水系統(tǒng)、油系統(tǒng)、保安系統(tǒng)等。主要特點是節(jié)能、經濟效益高。 25MW發(fā)電機采用的是青島捷能汽輪機廠生產的C25-3.43/0.981型單缸、中溫中壓、抽汽凝汽式汽輪機，頻率50Hz；額定轉速為3000r/min，額定工業(yè)抽汽量為50t/h。利用鍋爐余熱產生的3.43MPa/435℃的過熱蒸汽進入汽輪機做功，驅動汽輪機膨脹做功帶動發(fā)電機并網發(fā)電、抽汽。汽輪機設有調整抽汽，由中壓油動機控制的調節(jié)汽門控制，引出壓力為0.981MPa蒸汽供工業(yè)用戶；設有非調節(jié)抽汽，直接由閥門控制，引出壓力為0.224-0.31Mpa的蒸汽，供除氧器用汽；低壓段設有低壓抽汽，供低壓加熱器用汽，加熱凝結水，低加疏水進入凝汽器。其他做完功的蒸汽排入凝結器與循環(huán)水進行熱交換變?yōu)槟Y水由凝結泵送入除氧器。 2.1 汽輪機本體系統(tǒng)工藝 中溫、中壓的蒸汽進入汽輪機做功后，從一級后抽出的蒸汽為工業(yè)抽汽并入工業(yè)蒸汽管網，同時分出一路接往除氧器用汽母管；非調節(jié)抽汽直接供除氧用汽；低壓抽汽進入低加，對凝結水進行加熱，其疏水進入凝汽器。機組產生的乏汽與凝汽器銅管內循環(huán)水進行熱交換生成凝結水，通過凝結泵升壓、經軸封冷卻器、水位自動裝置的調整、低壓加熱器，送往除氧器，再經給水泵升壓送往鍋爐轉換成新的中溫、中壓蒸汽。 抽氣器將凝汽器中的空氣抽走，建立和保持真空，確保凝汽器正常工作。 2.2 發(fā)電機系統(tǒng)工藝 發(fā)電機主軸與汽輪機主軸通過連軸器連接，由汽輪機帶動同步轉動，切割磁力線發(fā)電。發(fā)電機額定轉速3000r/min，頻率50Hz。采用封閉循環(huán)通風系統(tǒng)，并裝有空氣冷卻器來冷卻空氣，空氣冷卻器工作介質為循環(huán)水。發(fā)電機并網后，在電網的牽制下汽輪機可以穩(wěn)定的工作在3000r/min上，不需要調整進汽來調節(jié)轉速。 2.3凝結水系統(tǒng) 汽輪機做功后的尾氣大部分被循環(huán)冷卻水冷凝成水，凝結水進入熱井中，由凝結泵（兩用一備）抽出，經汽封加熱器后，一部分通過低壓加熱器經過加熱后送至除氧器；另一部分通過再循環(huán)調節(jié)閥回到熱井中，保證熱井液位。為保證凝結器的真空度，在冷凝器兩側裝有抽汽管，合并后接到射水抽汽器進汽口，由射水抽汽器將空氣吸出排出大氣。 2.4油系統(tǒng)工藝 機組正常運行時，主油泵工作。透平油一路經過控制油壓調整裝置的調整后，為保安裝置提供一定壓力的保安油。另一路經過射油器Ⅱ、冷油器的冷卻、潤滑油濾油器過濾和潤滑油調整裝置的調整，為潤滑系統(tǒng)提供潤滑油。射油器Ⅰ為主油泵提供具有一定壓力的油源。開機時高壓啟動油泵工作。停機時交流潤滑油泵工作，交流潤滑油泵故障時直流油泵工作。 2.5保安系統(tǒng) 本系統(tǒng)包括機械液壓保安裝置和電氣保護裝置二部分，機組設置三套遮斷裝置：手動緊急脫扣危機遮斷裝置、超速脫扣危急遮斷器、電動脫扣電磁保護裝置。主要保護項目有超速、軸位移、潤滑油壓低、軸承回油溫度高、冷凝器真空度低及油開關跳閘、DEH保護停機等。 當出現停機信號時，立即主汽門、調節(jié)汽門關閉。當出現報警信號時，聲光報警。油開關跳閘時，可根據具體情況確定關閉調節(jié)汽閥，或者同時關閉主汽門。 主汽門的關閉是通過保安油的泄放達到的。調節(jié)汽閥關閉是通過建立事故油來實現的。抽汽閥的關閉既可以通過主汽門關閉信號，又可通過電氣保護信號直接控制。保安油的泄放通過保護部套的動作實現。事故油的建立一方面通過保安油泄放使危急繼動器動作，電磁保護裝置動作，也可直接建立事故油。 3 系統(tǒng)組成結構及設計 根據工藝要求，25MW發(fā)電機自控系統(tǒng)采用ABB公司的AC800FR Industrial IT DCS系統(tǒng)，過程站采用冗余的PM802總線控制器和分布式S800I/O，一個工程師站，一個操作員站，軟件的設計采用工程師站軟件CBF6.2、監(jiān)控軟件DIGIVIS6.2。該系統(tǒng)可具備設備的自動啟停，數據的自動采集和顯示，數據歸檔和報警提示、PID回路的自動調節(jié)等功能。 3.1系統(tǒng)硬件配置結構 控制系統(tǒng)采用ABB公司的AC800FR組成的 Industrial IT DCS控制系統(tǒng)，過程站采用冗余的PM802總線控制器和分布式S800I/O，系統(tǒng)軟件包括工程師站軟件CBF6.2、監(jiān)控軟件DIGIVIS6.2。系統(tǒng)配置圖： 從圖2可以看出系統(tǒng)設計分為兩級網絡結構，控制器與I/O模塊采用Profibus現場總線。 第一級——現場設備控制級。PROFIBUS-DP網絡是網絡集成的最底層，主要是連接現場設備。主要包括低壓加熱器/汽機調整抽汽/汽機進口主蒸汽裝置上的各種電動調節(jié)閥、切斷閥﹑差壓變送器等，以及定子繞組、鐵芯、汽輪機前、后軸承軸瓦的熱電阻和熱電偶，二次脈沖油和保安油油壓，凝結水泵、射水泵、交流調速油泵、潤滑油泵和頂軸油泵裝置等等。與這些現場設備相關的各種檢測或控制信號，以不同形式接至ABB DCS系統(tǒng)的S800系列的各種AI﹑AO﹑DI或DO模塊。這些模塊都帶有通道隔離功能，安全可靠，可由有效的保護模塊。Profibus-DP主要用于工業(yè)自動化系統(tǒng)的高速數據傳送，實現調節(jié)和控制功能，是一種高速低成本通訊，用于設備級控制系統(tǒng)與分散式I/O的通訊，是計算機網絡通訊向現場級的延伸。 第二級——過程處理控制級。主要由工程師站﹑操作員站和工業(yè)以太網交換機組成。以工程師站作為主要控制核心,由兩臺上位機、PLC控制單元加以太網卡等組成工業(yè)以太網，監(jiān)控站利用DIGIVIS6.2監(jiān)控軟件實現對工作現場進行監(jiān)督控制，PM802總線控制器，I/O系統(tǒng)采用分布式S800I/O系列，通過分布式S800I/O系列模塊通訊對轉速、油壓、軸振、排氣壓力等參數進行采集，上位機將實時數據庫的數據送到服務器的關系數據庫中，進行保存和數據處理。過程控制級通過工業(yè)以太網將上位機系統(tǒng)和現場監(jiān)測與控制點緊密的結合為一個整體，從而實現對整個控制系統(tǒng)的計算機在線遠程診斷功能。 3.1.1 系統(tǒng)I/O點數 3.1.2 過程站配置 工程師站安裝ABB Control Builder F6.2，操作員站安裝Industrial IT Digivis 6.2版中文軟件，上位機監(jiān)控軟件采用DIGIVIS6.2來實現。 3.2.1 操作系統(tǒng)軟件Windows 2000 Professional中文版提供了一個快速、高效的多用戶、多任務操作系統(tǒng)環(huán)境，是目前使用廣泛的工控系統(tǒng)。 3.2.2 DIGIVIS6.2監(jiān)控軟件實現了對整個系統(tǒng)的開關量、模擬量的采集和處理，并顯示在監(jiān)控畫面上，在對多臺重要水泵、油泵及調節(jié)閥的控制中的物理量如電流、主回路運行、頻率設定，有無故障等都實時顯示在系統(tǒng)畫面上，方便操作人員及時掌握系統(tǒng)的運行情況。 3.2.3運行在Windows 2000 Professional操作系統(tǒng)下，工程師站可在不進行組態(tài)時可兼作操作員站使用。工程師站可以實現硬件編輯、過程站編程、操作員站組態(tài)等一體化編程及調試功能。CBF軟件支持現場總線設備的數據讀取與編程功能。該軟件也提供用戶自定義接口，根據用戶要求開發(fā)自定義專用功能塊。系統(tǒng)采用全局數據庫，變量實現共享，該全局數據庫完全下裝到過程站；該軟件可以離線編程，在線修改參數，被修改的參數具備自動備份功能，可以恢復；該軟件還可以在線調試，可以單步運行、跟蹤、仿真調試。 操作員站安裝Industrial IT Digivis 6．2版中文軟件，該軟件顯示功能支持標準預定義顯示。此系統(tǒng)可實時診測顯示系統(tǒng)總體結構、系統(tǒng)過程站和系統(tǒng)模件三大部分，診斷狀態(tài)信息在畫面上以圖形方式顯示及文字詳細提示；Digivis軟件趨勢顯示功能支持趨勢組態(tài)，趨勢點數量無軟件限制，同時支持FTP協議數據遠傳功能；Digivis還可以記錄現場各種設備的報警信息，在操作員站畫面上進行顯示，并在報警記錄表中記錄，可以很方便地進行故障查詢。 4 系統(tǒng)的功能實現 主要實現數據的采集、顯示，并對一些重要參數進行PID調節(jié)，調節(jié)回路有兩種工作方式：自動、軟手動 4.1生產過程參數的采集與記錄 所有參數在經數據采集站送入上位機進行保存與處理。同時根據實際需要，分別對一些重要參數進行實時趨勢和歷史趨勢顯示。操作員可通過趨勢畫面觀察參數的動態(tài)情況，了解發(fā)電機工況。 4.2工藝監(jiān)控畫面顯示 在工藝流程圖上實時顯示所有工藝參數，不同的流程畫面可通過切換按鈕進行切換。汽輪發(fā)電機DCS系統(tǒng)畫面大體可以分為以下幾個畫面： 系統(tǒng)流程畫面、機組軸系畫面、保安油畫面、凝結水系統(tǒng)畫面、潤滑油畫面、啟動畫面、停機畫面、報警畫面、參數畫面和累計畫面。 4.2.1系統(tǒng)流程畫面 該畫面用于監(jiān)視蒸汽流量、壓力、溫度；主汽門狀態(tài)；操作電動主汽門、工業(yè)調整抽汽閥門、去除氧抽汽閥門及閥門狀態(tài)。 4.2.2機組軸系系統(tǒng)畫面 該畫面用于監(jiān)視軸振動，軸位移、及潤滑油壓力，溫度，回油溫度。 4.2.3保安油系統(tǒng)畫面 該畫面用于監(jiān)視保安油壓力，一次、二次脈沖、調節(jié)油壓力及報警。二次脈沖油壓低于0.70MPa停機。 4.2.4凝結水系統(tǒng) 本系統(tǒng)包括兩臺凝結水泵控制，兩臺射水泵控制，熱井水位監(jiān)視，循環(huán)水壓力、溫度監(jiān)視。循環(huán)水進出口電動閥控制及狀態(tài)監(jiān)視。 4.2.5潤滑油畫面 該畫面包括交流潤滑油、交流調速油泵、直流潤滑油泵和頂軸油泵控制。監(jiān)視潤滑油壓力、溫度。 4.2.6 啟動及停機畫面： 在啟動畫面中，在汽機啟動前，應使停機電磁閥先失電，現場才能掛閘。戴啟動條件滿足后，點擊存儲器復位按鈕，然后再對DEH系統(tǒng)（505E）進行復位。啟動待命后，再點啟動按鈕。汽輪機閉鎖解除。 在停機畫面中，汽輪機發(fā)生停機畫面監(jiān)視參數中的任何一種超過規(guī)定值時，均應使電磁閥動作而使機組緊急停機。 3 參數報警及軟硬件故障診斷 所有過程參數均可設定多種報警功能，以使參數越過報警值時，提醒操作人員進行及時處理。另外，如果系統(tǒng)硬件出現故障及上位機的程序與過程站相沖突時，系統(tǒng)均以醒目的方式提示維護人員去處理。而且，報警一覽畫面還詳細記錄報警時間、報警位號、報警確認時間和故障消除時間，方便事后分析。 4.4登錄功能 ABB Industrial IT DCS系統(tǒng)有兩種操作級別——工程師級、操作員級。操作員級可以對控制方式、閥位值、設定值進行修改，并可觀察所有畫面及參數；工程師級除操作員的功能外，還可修改所有的控制參數及系統(tǒng)參數。 4.5報表功能與歷史趨勢功能 生產中的一些參數，需要及時打印，可形成報表。報表分為班報、日報、月報，可定時打印，也可手動任意時間打印。一些重要參數，我們對其進行歷史數據存儲，形成歷史趨勢，可以隨時進行查看。 5 典型控制技術方案 5.1熱井液位自動調節(jié)控制 通過調節(jié)疏水閥和回水閥來控制熱井液位，用一個PID回路控制兩個閥門，PID的輸出直接控制回水閥，PID的輸出經取反后控制疏水閥，控制框圖見圖二： 5.2汽封壓力自動調節(jié) 通過調節(jié)汽封壓力閥來控制均壓箱壓力，控制框圖見圖三： 5.3 DEH數字電液調節(jié)控制： 抽汽式汽輪機調節(jié)系統(tǒng)采用數字電液調節(jié)系統(tǒng)（簡稱DEH），DEH系統(tǒng)控制精度高，自動化水平高，熱電負荷自整性高，它采用美國伍德沃德公司的————WOODWARD 505E控制器，505E控制器內有三個相互獨立的控制器通道：轉速/負荷控制PID回路，輔助控制PID回路和抽汽控制PID回路。在發(fā)電機運行過程中可以控制調汽門和抽汽門，能使汽輪機適應各種工況并長期安全運行。 并網前在升速過程中，轉速閉環(huán)為無差控制，505E控制器將測量的機組實際轉速和給定轉速的偏差信號經軟件分析處理及PID運算后作為給定輸入到閥位控制器并與油動機反饋信號比較后將其偏差放大成電流信號來控制電液驅動器及調節(jié)閥門開度，從而減少轉速偏差，達到轉速無差控制，當轉速達到3000/min時，機組可根據需要定速運行，此時DEH可接受自動準同期裝置發(fā)出的或運行人員手動操作指令，調整機組實現同步，以便并網。 機組并網后， DEH使機組立即帶上初負荷，DEH實測機組功率和機組轉速作為反饋信號，轉速偏差作為一次調頻信號對給定功率進行修正，功率給定與功率反饋比較后，經PID運算和功率放大后，通過電液驅動器和油動機控制調節(jié)閥門開度來消除偏差信號，對機組功率實現無差調節(jié)。若以閥位控制方式運行，即通過增加轉速設定，開大調節(jié)汽閥，增加進汽量達到增加負荷的目的。在甩負荷時，DEH自動將負荷調節(jié)切換到轉速調節(jié)方式。 在機組帶上一定電負荷后可根據需要帶熱負荷時可以投入抽汽控制。DEH控制器根據機組工況圖對機組電負荷及抽汽壓力或流量進行自整控制。 5.4主要水泵及油箱加熱器的聯鎖控制 工藝中主要控制的水泵設備有1#/2#/3#凝結水泵、1#/2#射水泵、交流調速油泵、交流潤滑油泵、直流潤滑油泵等，主要控制的油箱加熱器包括潤滑油油箱加熱器和電控油箱加熱器，通過監(jiān)控畫面、程序控制可以實現這些設備的自動啟停、故障報警以及緊急停機等功能。 5.5主體設備的啟動、停機的聯鎖控制 5.5.1啟動聯鎖條件包括： 只有當以上所有條件均滿足時，生成“啟動條件滿足”信號并在畫面顯示，然后點擊畫面“存儲器復位”按鈕，生成“啟動待命”信號，打開自動主汽門，505復位，設定轉速，沖轉。 5.5.2停機聯鎖當汽機發(fā)生下列監(jiān)視參數中的任何一種超過規(guī)定值時，均應使電磁閥動作而使機組緊急停機。機組聯鎖停機條件包括： 當以上條件中的任何一個滿足時，則機組將立即停車。 如果機組發(fā)生其他故障，運行人員認為必須停機，或正常情況下需停機就地用手拍裝在前軸承底座端面的危急遮斷面的危急遮斷裝置或在集控室手動按鈕，泄去安全油建立事故油，使機組停機。 當機組所有的停機條件均沒有滿足時，在“停機條件一覽”中的各欄為空。且在“機組狀態(tài)一覽”中會有“機組正常”的綠色文字。當停機條件到來時，則會在“停機條件一覽”中會有文字提示（如：潤滑油壓過低），且在且在“機組狀況一覽”中會有“聯鎖停機”的紅色文字提示 5.6 電動閥門的控制： 主要包括主蒸汽隔離電動閥、1#/2#凝汽器冷卻水進、出口電動閥，汽機調整抽汽電動閥門，低壓加熱器進汽電動閥門，其控制方式為開、關、停三種. 以主蒸汽隔離電動閥為例,閥開的控制條件是①汽機進口主蒸汽隔離電動閥門自動位；②非開到位。然后點擊開按鈕，每點擊一次，發(fā)出3秒的脈沖。閥關的控制條件是①汽機進口主蒸汽隔離電動閥門自動位；②非關到位。然后點擊開按鈕，每點擊一次，發(fā)出3秒的脈沖。開過程中的停止控制為:①開到位；②脈沖時間到；③關按鈕或者關輸出或者關運行置ON；停止按鈕置ON;④開輸出延時2秒輸出。關過程中的停止控制為: ①關到位; ②開按鈕、開輸出、開運行置ON；③停止按鈕置on；④開輸出延時2秒輸出 5.7汽輪機TSI監(jiān)測保護系統(tǒng)控制 TSI系統(tǒng)選用美國本特利內華達的———BENTLY 3500系統(tǒng)，在全過程中可以連續(xù)顯示和記錄汽輪機和汽缸機械狀態(tài)參數。并在超出預置的運行極限時發(fā)出報警，當超出預置的危險值時發(fā)出停機信號. 5.8 盤車控制 5.8.1啟動控制： 上述條件滿足按下“盤車啟動按鈕”或者檢測到汽機零轉速信號后盤車自動啟動，使盤車潤滑電磁閥SV-13305和盤車投入電磁閥SV-13306得電，（點燈式控制，得電15秒，失電12秒），啟動盤車電機 上述條件任何一個滿足，即可停止盤車，停掉盤車電機，斷掉盤車投入電磁閥SV-13306，延時斷掉潤滑電磁閥SV-13305的電。 6 結束語 　　　　 采用ABB公司的Industrial IT DCS汽掄發(fā)電機控制系統(tǒng)，具有藝術化的人機接口、開放式的控制方式，高度冗余處理、I/O模塊熱插拔等優(yōu)異的特點，尤其在現場控制單元與其他設備間的通信中實現了全過程抗干擾通訊，大幅度提高了生產設備的綜合自動控制程度。控制系統(tǒng)自2007年2月投入運行以來，一直穩(wěn)產。DCS控制系統(tǒng)為實現熱電廠新的生產目標奠定提供了充足的數據參考依據，同時提供了有效的控制手段，實踐證明該系統(tǒng)為用戶提高勞動生產力，提高經濟效益作出了貢獻，達到了用戶滿意的效果。 參考文獻： [1]《ABB AC800F Training》說明書,2003.9 [2]黃寧. 《ABB Industrial_IT自動化系統(tǒng)在阿鳩田水電站的應用》.云南水力發(fā)電.1998 [3]《型鋼25MW汽輪發(fā)電機控制功能說明書》.2006.12 [4]《型鋼熱電廠汽機車間25MW汽輪發(fā)電機工藝技術規(guī)程》2006.10