引言：

生物質(zhì)電站采用 LN2000 DCS控制系統(tǒng)。LN2000 DCS體現(xiàn)的是集中管理與分散的控制方案。但是通信系統(tǒng)是由封閉的分散式網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)的，因此帶來了其在控制方面的局限性。隨著國內(nèi)運(yùn)行的全秸稈燃料電廠數(shù)量穩(wěn)步增加，從主廠房布置、燃料輸送系統(tǒng)設(shè)計(jì)、熱力系統(tǒng)配置及機(jī)組自動(dòng)化控制水平等方面都取得了長足發(fā)展和進(jìn)步?，F(xiàn)場總線控制系統(tǒng)將控制功能徹底向下分散到現(xiàn)場，依靠現(xiàn)場高速通訊模塊實(shí)現(xiàn)通信的基本控制功能。這種總線型分布式I/O在國能臨沂生物發(fā)電工程（以下簡稱臨沂工程）中得到了充分的規(guī)?；瘧?yīng)用及推廣，實(shí)現(xiàn)了工藝系統(tǒng)的分布式控制并使得系統(tǒng)總體造價(jià)降低。

「1.工程概況」

    臨沂工程采用的是LN2000 DCS系統(tǒng),建設(shè)規(guī)模為1×30MW高溫高壓、非調(diào)整抽汽、單缸單軸、凝汽式汽輪發(fā)電機(jī)組，配一臺(tái)130t/h引進(jìn)技術(shù)水冷振動(dòng)爐排高溫高壓生物質(zhì)燃料鍋爐，主要燃料為樹皮枝椏，板材企業(yè)加工下腳料等灰色燃料。工程采用爐、機(jī)、電集中控制方式，設(shè)置一個(gè)集中控制室。發(fā)電主要流程包括上料系統(tǒng)、給料系統(tǒng)、煙氣系統(tǒng)、主蒸汽系統(tǒng)、高/低壓給水系統(tǒng)、給水除氧系統(tǒng)、加熱器疏水系統(tǒng)、凝結(jié)水系統(tǒng)、補(bǔ)給水系統(tǒng)等主要系統(tǒng)組成。

上料系統(tǒng)儲(chǔ)料倉內(nèi)的秸稈通過1號(hào)和2號(hào)倉底直線螺旋給料機(jī)給至1號(hào)和2號(hào)皮帶輸送機(jī)上，而3號(hào)倉底直線螺旋給料機(jī)給至2號(hào)皮帶輸送機(jī)，秸稈經(jīng)1號(hào)和2號(hào)皮帶輸送機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)后，送至主廠房爐前料倉。

給料系統(tǒng)通過收集到電廠的秸稈由上料系統(tǒng)運(yùn)輸至位于爐前的秸稈料倉中。通過取料機(jī)、落料管電機(jī)，由爐前料倉底取料分配至給料機(jī)送入爐膛燃燒。

 煙氣系統(tǒng)由一臺(tái)100%容量的送風(fēng)機(jī)和空預(yù)器組成，空氣的預(yù)熱由給水加熱實(shí)現(xiàn)?？諝忸A(yù)熱器由兩部分組成，分別為低壓給水加熱低壓空氣預(yù)熱器和高壓給水加熱高壓空氣預(yù)熱器，經(jīng)爐膛燃燒后產(chǎn)生的高溫?zé)煔夂惋w灰，流過過熱器和省煤器，再流經(jīng)高壓煙氣冷卻器和低壓煙氣冷卻器，由一臺(tái)100%容量引風(fēng)機(jī)將煙氣吸入布袋除塵器凈化，最后經(jīng)煙囪排向大氣。

主蒸汽系統(tǒng)采用單管制，過熱器聯(lián)箱出口蒸汽經(jīng)一根φ219×16的管道送至汽輪機(jī)主汽門。主蒸汽管道考慮有適當(dāng)?shù)氖杷c(diǎn)和相應(yīng)的疏水閥以保證機(jī)組在起動(dòng)暖管和低負(fù)荷或故障條件下能及時(shí)疏盡管道中的冷凝水，防止汽輪機(jī)進(jìn)水事故的發(fā)生。每一根疏水管道都單獨(dú)接到凝汽器。

高/低壓給水系統(tǒng)設(shè)置兩臺(tái)150t/h的電動(dòng)調(diào)速給水泵，一臺(tái)運(yùn)行，一臺(tái)備用。系統(tǒng)采用單管制，給水操作平臺(tái)布置在鍋爐運(yùn)轉(zhuǎn)層。高加采用大旁路，任何一臺(tái)高加事故，則高加系統(tǒng)解列。高壓給水依次經(jīng)2號(hào)高壓加熱器、1號(hào)高壓加熱器、給水操作臺(tái)、高壓空氣預(yù)熱器、高壓煙氣冷卻器進(jìn)入省煤器。低壓給水采用單管制，分別接到給水泵入口。

給水除氧系統(tǒng)是汽輪機(jī)的6級(jí)非調(diào)整抽汽分別供給2臺(tái)高加、3臺(tái)低加和1臺(tái)高壓除氧器。除氧器正常運(yùn)行用汽由三級(jí)抽汽提供，同時(shí)三抽也作為廠用汽汽源。

加熱器疏水系統(tǒng)是高壓加熱器正常疏水為逐級(jí)回流，最后一級(jí)疏入高壓除氧器，當(dāng)運(yùn)行中工況變化不能疏入除氧器時(shí)，亦可疏入4號(hào)低壓加熱器。高加的事故放水各自先疏放到高加危急疏水?dāng)U容器中，擴(kuò)容后再排放到凝汽器熱水井。低壓加熱器疏水為逐級(jí)回流，6號(hào)低壓加熱器的疏水通過疏水泵打入主凝結(jié)水系統(tǒng)。

凝結(jié)水系統(tǒng)本臺(tái)機(jī)組設(shè)置兩臺(tái)容量100%的臥式電動(dòng)凝結(jié)水泵，一臺(tái)運(yùn)行、一臺(tái)備用。

補(bǔ)給水系統(tǒng)通過低溫的化學(xué)除鹽水直接補(bǔ)入凝汽器，正常補(bǔ)水管路上設(shè)有電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，可自動(dòng)調(diào)節(jié)適應(yīng)不同工況下不同負(fù)荷所需的凝結(jié)水補(bǔ)水量。凝汽器啟動(dòng)補(bǔ)水亦直接補(bǔ)自化學(xué)除鹽水，化學(xué)除鹽水泵連續(xù)運(yùn)行。暖通換熱站回水至除氧器。

生物質(zhì)發(fā)電廠機(jī)組主要工藝流程圖如下圖1所示：

電廠工藝流程圖

「2.LN2000控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案」

    采用爐、機(jī)、電、輔助系統(tǒng)集中控制方式，全廠主輔系統(tǒng)均納入機(jī)組分散控制系統(tǒng)（DCS）實(shí)現(xiàn)機(jī)組的過程監(jiān)控。生物質(zhì)發(fā)電機(jī)組外圍輔助系統(tǒng)與常規(guī)火力發(fā)電機(jī)組相比系統(tǒng)數(shù)量相差不大，但規(guī)模小、系統(tǒng)簡單，因此其外圍系統(tǒng)的控制方式需要切合機(jī)組特點(diǎn)選擇最佳方案，本工程將循環(huán)水系統(tǒng)、公用水泵房、氣力輸灰、除塵系統(tǒng)、燃料輸送檢測(cè)系統(tǒng)及化學(xué)水處理等輔助控制系統(tǒng)(車間)通過總線型分布式I/O納入全廠LN2000 DCS，，實(shí)現(xiàn)工藝流程分布式監(jiān)測(cè)。

2.1  LN2000 DCS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

分散控制系統(tǒng)采用LN2000系統(tǒng)，由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（DAS）、模擬量控制系統(tǒng)（MCS）、順序控制系統(tǒng)（SCS）、爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)（FSSS）、電氣控制系統(tǒng)（ECS）及汽輪機(jī)控制系統(tǒng)（DEH）等子系統(tǒng)構(gòu)成?？刂葡到y(tǒng)網(wǎng)絡(luò)如圖2所示。

控制系統(tǒng)各操作員站、控制器通過冗余多口交換機(jī)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)連接，網(wǎng)絡(luò)互為備用并能實(shí)現(xiàn)無擾切換，可以完成節(jié)點(diǎn)間所有數(shù)據(jù)通信傳輸，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)便于擴(kuò)展。本工程共設(shè)置5套操作員站，1套值長站和1套工程師站。

圖2 LN2000 DCS全廠控制系統(tǒng)

2.2  LN2000 DCS總線型分布式I/O配置

2.2.1  LN2000 DCS總線型分布式I/O特點(diǎn)

 在生產(chǎn)過程中，一般在當(dāng)測(cè)點(diǎn)位置集中且距離控制柜遠(yuǎn)時(shí)，可選擇設(shè)置高速遠(yuǎn)程I/O柜，其優(yōu)點(diǎn)有三個(gè)：1）消除因距離遠(yuǎn)信號(hào)傳輸受限問題；2）如是硬接線連接，還可以省一大部分材料和施工費(fèi)；3）測(cè)點(diǎn)所在位置環(huán)境比較惡劣，如火力發(fā)電廠灰?guī)?、輸煤等，不適合放置控制器的地方。而傳統(tǒng)意義上的遠(yuǎn)程I/O通信已犧牲通信速率為代價(jià)，距離越遠(yuǎn)，通信速率越低，在自動(dòng)化程度越來越高的今天，遠(yuǎn)程I/O的通信速率的問題，也就越來越突出。而總線型分布式I/O是通過利用高速通信模塊建立的CAN總線型網(wǎng)絡(luò)。一對(duì)過程控制站可以控制多個(gè)現(xiàn)場總線控制柜，且遠(yuǎn)程I/O模塊不會(huì)影響過程控制站機(jī)柜中的模塊速率。

高速通信遠(yuǎn)傳模塊是通過CAN通信接口與過程控制站（LN-PU）遠(yuǎn)程I/O進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。模塊化結(jié)構(gòu)，安裝方便，串口下裝配置文件，使用靈活。

模塊工作則是通過安裝在本地的高速遠(yuǎn)程模塊，在Local模式與過程控制站通信，上傳遠(yuǎn)程IO模塊輸入采集數(shù)據(jù)和接收過程控制站輸出指令；安裝在遠(yuǎn)程的高速遠(yuǎn)程模塊工作在Remote模式，與遠(yuǎn)程I/O模塊通信，讀取輸入采集數(shù)據(jù)并下發(fā)輸出指令；高速遠(yuǎn)程模塊之間可以根據(jù)距離設(shè)置不同的通信速率，配置模塊地址，模塊類型，例外報(bào)告等參數(shù)。

LN2000 DCS總線型分布式I/O配置如圖3所示。

圖3 LN2000 DCS總線型分布式I/O配置

    電子間機(jī)柜和現(xiàn)場分布式I/O機(jī)柜間通過兩條冗余雙絞線通信，電子間一個(gè)機(jī)柜可帶多個(gè)分布式I/O機(jī)柜。而且現(xiàn)場分布式I/O機(jī)柜可根據(jù)需要壁掛于墻壁上。現(xiàn)場分布式I/O機(jī)柜可放置于就地控制柜附近，極大地節(jié)省了信號(hào)電纜長度。

高速遠(yuǎn)程分布式I/O方式有別于傳統(tǒng)的FCS。1）現(xiàn)場變送器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)等無需智能化，I/O信號(hào)還是通過硬接線連接至現(xiàn)場分布式I/O機(jī)柜，而智能化就地設(shè)備成本較高。2）國內(nèi)應(yīng)用現(xiàn)場總線通信的通信速率多為500kbit/s,高速通信模塊遠(yuǎn)程I/O的通信速率也為500 kbit/s，國內(nèi)應(yīng)用的DCS系統(tǒng)CAN通信的速率多為500 kbit/s，完全滿足火力發(fā)電廠的生產(chǎn)要求。3）現(xiàn)場總線多為協(xié)議通信，對(duì)維護(hù)人員素質(zhì)要求較高，且維護(hù)量較大,而遠(yuǎn)程I/O硬接線連接，更易于維護(hù)人員接受和理解。

2.2.2  LN2000 DCS總線型分布式I/O控制箱技術(shù)要求

I/O容量需滿足對(duì)應(yīng)工藝系統(tǒng)接入測(cè)點(diǎn)數(shù)量及類型要求，便于現(xiàn)場安裝和卡件、設(shè)備的更換，并且具有足夠的防護(hù)等級(jí)和保護(hù)措施，以保障設(shè)備正常的工作。

功能應(yīng)滿足遠(yuǎn)方監(jiān)視、操作就地設(shè)備的要求。DPU和總線型分布式I/O控制箱之間通信距離應(yīng)不大于1km。

接地應(yīng)滿足相關(guān)技術(shù)規(guī)范接地標(biāo)準(zhǔn)要求,采用雙路供電冗余配置, 采用雙網(wǎng)冗余配置, I/O模塊采用與DCS控制系統(tǒng)相同的硬件配置。

LN2000 DCS總線型分布式I/O應(yīng)用配置見表1，控制器配置見表2。

表 1 總線型分布式I/O應(yīng)用配置

表 2 控制器配置

「3.LN2000DCS分布式IO在生物質(zhì)直燃發(fā)電工程應(yīng)用」

臨沂工程作為國內(nèi)新一代生物質(zhì)直燃發(fā)電工程的示范代表項(xiàng)目，通過在全廠規(guī)?；瘧?yīng)用總線型分布式I/O控制柜，實(shí)現(xiàn)了多個(gè)輔助系統(tǒng)（車間）工藝系統(tǒng)就近納入DCS控制系統(tǒng)監(jiān)測(cè)，以通信電纜實(shí)現(xiàn)與主控系統(tǒng)的信息傳輸。采用總線型分布式I/O的工藝系統(tǒng)主要應(yīng)用于主機(jī)和重要輔機(jī)以外的系統(tǒng)，如公用水泵房、凈水泵房、上料輸送系統(tǒng)、化水處理系統(tǒng)、除塵系統(tǒng)、氣力輸灰系統(tǒng)、電氣輔助變等系統(tǒng)。通過在上述系統(tǒng)規(guī)?；瘧?yīng)用，臨沂工程與同類型機(jī)組相比具有優(yōu)勢(shì)。

（1）使用LN2000 DCS總線型分布式I/O后，與同類型機(jī)組工程相比，全廠節(jié)省控制電纜25%，較大的降低了工程造價(jià)，節(jié)省建設(shè)投資，降低了生物質(zhì)直燃發(fā)電建設(shè)成本；

（2）采用LN2000 DCS分布式I/O控制系統(tǒng)，電子間盤柜布置占用空間減少，通過配合建筑專業(yè)優(yōu)化控制室和電子設(shè)備間布置，使設(shè)計(jì)方案更人性化、合理化；

（3）分布式LN2000 DCSI/O柜至控制機(jī)柜接線可提前完成，加快了施工進(jìn)度，節(jié)省工期；

（4）使用LN2000 DCS總線型分布式I/O的系統(tǒng)，在系統(tǒng)調(diào)整或檢修階段，更改方便快捷，且便于現(xiàn)場調(diào)試和檢修維護(hù)；

 LN2000 DCS分布式I/O控制系統(tǒng)應(yīng)用是在充分總結(jié)生物質(zhì)直燃發(fā)電工程工藝裝機(jī)特點(diǎn)，積極探索清潔能源發(fā)電與傳統(tǒng)火力發(fā)電控制技術(shù)方面的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，不斷創(chuàng)新性采用新技術(shù)以提升其自動(dòng)化控制水平、降低工程造價(jià)的結(jié)果。臨沂工程在72+24小時(shí)試運(yùn)階段，鍋爐、汽機(jī)主保護(hù)44項(xiàng)，保護(hù)投入率100%，自動(dòng)投入率100%，與以往相同規(guī)模機(jī)組相比機(jī)組整體控制性能得到了大幅提高。自2011年底投產(chǎn)以來穩(wěn)定運(yùn)行至今，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。

「4.結(jié)語」

生物質(zhì)發(fā)電等清潔能源目前發(fā)展越來越受到社會(huì)各界的重視，降低工程應(yīng)用造價(jià)和研發(fā)新型應(yīng)用技術(shù)是其快速大規(guī)模發(fā)展的最大瓶頸。結(jié)合臨沂工程，就LN2000 DCS總線型分布式I/O技術(shù)在工程中的應(yīng)用情況予以總結(jié)和介紹，該技術(shù)通過臨沂工程以及后續(xù)多項(xiàng)工程推廣應(yīng)用和檢驗(yàn)，證明此技術(shù)的可靠性高，實(shí)用性強(qiáng)且經(jīng)濟(jì)效益明顯。