燃气蒸汽联合循环机组全厂控制系统及方法
【专利摘要】本发明公开了一种燃气蒸汽联合循环机组全厂控制系统及方法，该控制系统包括至少一个采用分散控制系统控制的单元机组控制装置，单元机组控制装置包括燃机控制装置、汽机控制装置、余热锅炉控制装置以及厂用电气设备控制装置；还包括通过分散控制系统控制的各种辅助设备控制装置，以及连接单元机组控制装置和辅助设备控制装置的总控装置。本发明可大大减少工程造价，提高机组自动化水平，减少运行人员培训工作量及运行维护工作量。
【专利说明】燃气蒸汽联合循环机组全厂控制系统及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及电厂控制系统领域，特别涉及一种燃气蒸汽联合循环机组全厂控制系统及方法。
【背景技术】
[0002]随着国家能源政策的调整以及节能环保要求的进一步提高，大型燃气蒸汽联合循环机组在国内应用越来越多。而燃气蒸汽联合循环机组控制系统软件、硬件的选择，将直接影响整个工程的造价；控制系统的结构是否合理，也将决定机组的控制水平，影响机组的运行效果。
[0003]现有技术中，燃气蒸汽联合循环机组的单元机组主厂房设备采用分散控制系统DCS进行控制，辅助车间采用可编程逻辑控制器PLC进行控制，电气设置电气控制管理系统ECMS0全厂多个系统共存，软件、硬件种类繁多，备品备件种类繁多；多个控制系统协议不同，相互之间信息共享度不高；运行人员需要熟悉多种硬件，掌握多张软件的操作，培训工作量大；由于多种软硬件共存，需要的运行人员多，运行维护工作量大。从而造成燃气蒸汽联合循环机组全厂控制系统结构复杂、可靠性低、系统集成度低、维护和操作困难等种种问题。
【发明内容】
[0004]基于此，针对上述控制系统结构复杂、可靠性低、系统集成度低、维护和操作困难等问题，本发明提出一种燃气蒸汽联合循环机组全厂控制系统及方法。
[0005]本发明提出一种燃气蒸汽联合循环机组全厂控制系统，其技术方案如下:
[0006]一种燃气蒸汽联合循环机组全厂控制系统，包括至少一个采用分散控制系统控制的单元机组控制装置，该单元机组控制装置包括并联的燃机控制装置、汽机控制装置、余热锅炉控制装置以及厂用电气设备控制装置；还包括通过分散控制系统控制的各种辅助设备控制装置，以及连接单元机组控制装置和辅助设备控制装置的总控装置。
[0007]将单元机组控制装置下的各种控制装置如燃机控制装置、汽机控制装置、余热锅炉控制装置以及厂用电气设备控制装置等，利用具有相同硬件和软件的分散控制系统连接组成单元机组控制系统；将辅助设备控制装置下的各个控制装置，利用与单元机组控制系统具有相同硬件和软件分散控制系统连接组成辅助设备控制系统；将单元机组控制系统和辅助设备控制系统连接起来，并用操作员站进行总控，从而形成一个一体化的全厂控制系统。
[0008]下面对其进一步技术方案进行说明:
[0009]优选的是，还包括单元机组控制网络和辅助设备控制网络，燃机控制装置、汽机控制装置、余热锅炉控制装置以及厂用电气设备控制装置并联在单元机组控制网络上，各种辅助设备控制装置并联在另外的辅助设备控制网络上。这样能分别形成相对独立的单元机组控制系统和辅助设备控制系统，为每个单元机组设置单独的控制系统，如果该机组需要停下来检修，就能够不影响其他机组和系统的正常运行；辅助设备控制系统单独设置可使辅助设备不影响单元机组的运行。
[0010]优选的是，单元机组控制装置和辅助设备控制装置均与相应的操作员站、工程师站及历史站连接。为每个单元机组控制装置和辅助设备控制装置连接操作员站、工程师站是可以方便操作和维护，使得各个单元机组之间互不影响，历史站可以保存各个系统的运行数据。
[0011]优选的是，还包括交换机，以及与至少一个单元机组控制装置通过交换机连接的公用控制装置。通过交换机将公用控制装置与至少一个单元机组控制装置连接，则多个单元机组控制装置的操作员站都可以对公用控制装置进行操作控制，控制方便。
[0012]优选的是，辅助设备控制装置包括公用控制装置。直接将公用控制装置与辅助设备控制装置设置在一起，利用辅助设备控制装置的操作员站来进行操作控制，不影响单元机组控制装置。
[0013]优选的是，总控装置包括数据服务器和操作员站。单元机组控制系统和辅助设备控制系统连接到厂级控制系统网络上，在与厂级控制系统网络连接的总控装置中设置操作员站可以操作全厂各台单元机组，当全厂的设备比较可靠并且操作人员控制能力很强时，可以在厂级控制系统网络上连接的操作员站实现对全厂设备的控制，减少操作人员的数量，提高了自动化水平；设置实时数据库可在厂级控制网络上实现运行优化指导的功能，实时数据库可对全厂的运行数据进行分析计算，并对实际的运行进行指导。
[0014]本发明还提出一种燃气蒸汽联合循环机组全厂控制方法，包括如下步骤:
[0015]各单元机组控制装置中的燃机控制装置、汽机控制装置、余热锅炉控制装置以及电气设备控制装置分别与单元机组中的燃机系统、汽机系统、余热锅炉系统及厂用电气设备连接通讯；辅助设备控制装置中的各控制装置与相应的各辅助设备连接通讯；
[0016]单元机组控制装置中的各控制装置通过分散控制系统连接通讯，辅助设备控制装置中的各控制装置通过分散控制系统连接通讯；
[0017]各单元机组控制装置和辅助设备控制装置与总控装置连接通讯。
[0018]下面对其进一步技术方案进行说明:
[0019]优选的是，单元机组控制装置与公用控制装置连接通讯。二者可通过交换机直接连接通讯，也可以通过总控装置进行间接通讯。
[0020]优选的是，单元机组控制装置和辅助设备控制装置均与相应的操作员站、工程师站及历史站连接通讯。
[0021]优选的是，单元机组控制装置和辅助设备控制装置均与总控装置的数据服务器和操作员站连接通讯。
[0022]本发明具有如下突出的优点:
[0023]1、全厂控制系统软件、硬件统一，采用通用的配置工具和诊断工具，减少了检修维护的工作量，可以简化对运行、维护人员的培训，减少了培训工作量；
[0024]2、全厂控制系统软件、硬件统一，减少了备品备件的种类，降低了控制系统造价；
[0025]3、减少了各系统件的硬接线和通讯接口，简化了系统结构。例如机组自启停功能的实施过程中，由于很多逻辑和相关信号在调试期间才能最终确定，而此时控制系统硬件和电缆均已安装完毕，要增加硬接线信号非常困难。采用一体化的控制系统后，信息高度共享，这类问题就可以得到很好的解决；
[0026]4、提高了全厂自动化水平，全厂一点监控，减少运行人员，降低运行维护费用。通用操作员站画面整合了全厂设备信息，信息量丰富，在逻辑自动化程度较高的情况下，通过I个操作员即可监控整台机组，可大大减少机组运行人员的数量；
[0027]5、全厂报警信息和SOE信息可以集中显示，所有控制设备的时间标签一致，在出现事故时，可以迅速准确地调用报警和SOE数据进行事故分析。
【专利附图】
【附图说明】
[0028]图1是本发明实施例中燃气蒸汽联合循环机组全厂控制系统示意图；
[0029]图2是本发明实施例中燃气蒸汽联合循环机组全厂控制系统示意图。
[0030]附图标记说明:
[0031]100-单元机组控制系统，110-单元机组，120-单元机组控制装置，130-单元机组控制网络，(140、240)_操作员站、工程师站及历史站，200-辅助设备控制系统，210-辅助设备，220-辅助设备控制装置，230-辅助设备控制网络，250-公用控制系统，252-公用设备，254-公用控制装置，256-公用控制网络，258-交换机，300-厂级控制系统网络，400-总控装置，410-数据服务器，420-操作员站。
【具体实施方式】
[0032]下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。
[0033]如图1、图2所示，本发明提出一种燃气蒸汽联合循环机组全厂控制系统，包括至少一个采用分散控制系统控制的单元机组控制装置120，该单元机组控制装置120包括并联的燃机控制装置、汽机控制装置、余热锅炉控制装置以及厂用电气设备控制装置；还包括通过分散控制系统控制的各种辅助设备控制装置220，以及连接单元机组控制装置120和辅助设备控制装置220的总控装置400。
[0034]将单元机组控制装置120下的各种控制装置如燃机控制装置、汽机控制装置、余热锅炉控制装置以及厂用电气设备控制装置等，利用具有相同硬件和软件的分散控制系统连接组成单元机组控制系统100 ;将辅助设备控制装置220下的各个控制装置，利用与单元机组控制系统100具有相同硬件和软件的分散控制系统连接组成辅助设备控制系统200 ；将单元机组控制系统100和辅助设备控制系统200连接起来，并用总控装置400的操作员站420进行总控，从而形成一个一体化的全厂控制系统。
[0035]该控制系统还包括单元机组控制网络130和辅助设备控制网络230 (可为电缆或双绞线或光纤等连接形成)，单元机组控制装置120中的燃机控制装置、汽机控制装置、余热锅炉控制装置以及厂用电气设备控制装置等等并联在单元机组控制网络130上，形成相对独立的单元机组控制系统100 ;各种辅助设备控制装置220并联在另外辅助设备控制网络230上，形成相对独立的辅助设备控制系统200。每个单元机组设置单独的DCS控制系统，如果该机组需要停下来检修，就能够不影响其他机组和系统的正常运行；辅助设备控制系统200单独设置可使辅助设备210不影响单元机组110的运行。
[0036]本控制系统中汽机控制装置又包括汽轮发电机组控制装置、汽机数字电液控制装置、汽机紧急停机控制系统，以及汽水系统控制装置、旁路系统控制装置、真空系统控制装置等等，这些控制装置均采用分散控制系统DCS对单元机组110的各种相应的设备进行控制，各个控制装置通过采用相同的DCS硬件来实现控制。燃机控制装置一般由燃机系统自带，如其硬件与单元机组DCS相同，就可以直接形成一体化系统，如不一样，可通过通讯接口(如OPC通讯接口)与单元机组DCS相连。单元机组控制装置120还包括循环冷却水控制装置、循环水加药控制装置，以及厂用电气设备控制装置等等。上述各种控制装置通过DCS连接到单元机组控制网络130上，形成单元机组控制系统100。这里的厂用电气设备控制装置在传统技术中是单独设置的一个控制系统，现在直接将其纳入单元机组控制装置120中，因为燃气蒸汽联合循环机组的电气设备较少，单独设置厂用电气设备控制装置很浪费而且使得全厂控制系统结构复杂，所以纳入单元机组控制装置中会更好，只需要在设计单元机组控制装置120时，预留好相关的I/O点及控制器等设备即可。
[0037]同理，辅助设备控制装置220包括取水泵房控制装置、净水站控制装置、锅炉补给水处理控制装置、废水处理站控制装置、仪用压缩空气系统控制装置、制氢站控制装置、启动锅炉控制装置等等控制装置，它们通过DCS并行连接在辅助设备控制网络230上，形成辅助设备控制系统200。辅助设备控制装置220中的各控制装置采用与单元机组控制装置120相同的软件、硬件，以方便对它们进行统一连接控制，以方便形成全厂一体化的控制系统。
[0038]在单元机组控制系统100和辅助设备控制系统200中，单元机组控制装置120和辅助设备控制装置220分别与各自对应的操作员站、工程师站及历史站(140、240)连接。为每个单元机组控制装置120和辅助设备控制装置220设置操作员站、工程师站是可以方便操作和维护，使得各个单元机组之间互不影响，设置历史站可以保存各个系统的运行数据。
[0039]另外，在一种情况下，如图1所示，该控制系统还包括交换机258，以及与至少一个单元机组控制装置120通过交换机258连接的公用控制装置254，该公用控制装置254与公用设备252连接，公用控制装置254中的各种控制装置连接到公用控制网络256上，形成公用控制系统250。通过交换机258将公用装置控制系统250与至少一个单元机组控制装置120连接，则可利用多个单元机组控制装置120的操作员站都可以对公用控制装置254进行操作控制，控制独立方便；在另一种情况下，如图2所示，辅助设备控制装置220包括公用控制装置254。直接将公用控制装置254与辅助设备控制装置220设置在一起，利用辅助设备控制装置220的操作员站来进行操作控制，不影响单元机组控制装置120的正常运行，也能简化控制系统，减少软硬件。公用控制装置254包括调压站控制装置、炉水加药控制装置、空调控制装置、公用电气控制装置等等，它们或通过DCS并联到公用控制网络256形成独立的公用控制系统250，或与辅助设备控制装置220设置在一起并联到辅助设备控制网络230上形成辅助设备控制系统200的一部分。
[0040]总控装置400包括数据服务器410和操作员站420。通过将各个单元机组控制系统100和辅助设备控制系统200通过DCS连接到厂级控制系统网络300上，形成最终的燃气蒸汽联合循环机组全厂控制系统，并设置总控装置400通过此厂级控制系统网络300对全厂控制系统进行统一控制。该总控装置400中设置操作员站420可以操作全厂各个单元机组110、辅助设备210 (也包括公用设备252)，当全厂的设备比较可靠并且操作人员控制能力很强时，可以通过与厂级控制系统网络300连接的操作员站420实现对全厂设备的控制，减少操作人员的数量，提高了自动化水平；设置实时数据服务器410可在全厂控制系统上实现运行优化指导的功能，实时数据服务器410可对全厂的运行数据进行分析计算，并对实际的运行进行指导。
[0041]本发明还提出一种燃气蒸汽联合循环机组全厂控制方法，包括如下步骤:
[0042]单元机组控制装置120中的燃机控制装置、汽机控制装置、余热锅炉控制装置以及电气设备控制装置分别与单元机组110中的燃机系统、汽机系统、余热锅炉系统及厂用电气设备连接通讯；辅助设备控制装置220中的各控制装置与相应的各辅助设备210连接通讯。各控制装置与对应的被控设备连接通讯，实时将检测数据传输出去并能将控制命令传递下来；
[0043]单元机组控制装置120中的各控制装置通过分散控制系统连接通讯，辅助设备控制装置220中的各控制装置通过分散控制系统连接通讯。单元机组110中的各个设备的控制装置通过DCS连接到单元机组控制网络130上形成一个单元机组控制系统100，单元机组控制装置120向单元机组控制网络130接收控制信息和发送监控数据；各个辅助设备210的控制装置也通过DCS连接到辅助设备控制网络230上形成一个辅助设备控制系统200，各个辅助设备控制装置220与辅助设备控制网络230相互传递数据和信息。单元机组控制装置120和辅助设备控制装置220均通过控制网络与相应的操作员站、工程师站及历史站(140、240 )连接通讯，通过各自的操作员站、工程师站对各个控制装置进行监控操作，通过各自的历史站记录各个控制装置的运行数据。
[0044]其中，单元机组控制装置120与公用控制装置254连接通讯。在公用控制装置254独立设置时，二者可通过交互机258直接连接通讯；在公用控制装置254设置在辅助设备控制装置220中时，也可以通过总控装置400对其通过厂级控制系统网络300进行间接连接通讯。
[0045]各个单元机组控制装置120和辅助设备控制装置220与总控装置400连接通讯。各个单元机组控制装置120和辅助设备控制装置220均通过各自的控制网络连接到厂级控制系统网络300，再由厂级控制系统网络300与总控装置400的数据服务器410和操作员站420连接通讯。各个单元机组控制系统100和辅助设备控制系统200通过DCS连接到厂级控制系统网络300上，使单元机组控制装置120和辅助设备控制装置220与厂级控制系统网络300连接通讯，再通过与厂级控制系统网络300连接通讯的总控装置400对此全厂控制系统进行监控。数据服务器410收集各个控制装置的运行数据进行分析计算，对实际运行状态进行指导。
[0046]本发明通过统一全厂控制系统的软件、硬件，减少了检修维护的工作量，减少了培训工作量；减少了备品备件的种类，降低了控制系统造价；减少了各系统件的硬接线和通讯接口，简化了系统结构；提高了全厂自动化水平，全厂一点监控，减少运行人员，降低运行维护费用；使全厂报警信息和SOE信息可以集中显示，便于进行事故分析。
[0047]以上所述实施例仅表达了本发明的【具体实施方式】，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。
【权利要求】
1.一种燃气蒸汽联合循环机组全厂控制系统，其特征在于，包括至少一个采用分散控制系统控制的单元机组控制装置，所述单元机组控制装置包括燃机控制装置、汽机控制装置、余热锅炉控制装置以及厂用电气设备控制装置；还包括通过分散控制系统控制的各种辅助设备控制装置，以及连接所述单元机组控制装置和辅助设备控制装置的总控装置。
2.根据权利要求1所述的燃气蒸汽联合循环机组全厂控制系统，其特征在于，还包括单元机组控制网络和辅助设备控制网络，所述燃机控制装置、汽机控制装置以及厂用电气设备控制装置并联在单元机组控制网络上，各种所述辅助设备控制装置并联在另外的辅助设备控制网络上。
3.根据权利要求1所述的燃气蒸汽联合循环机组全厂控制系统，其特征在于，所述单元机组控制装置和辅助设备控制装置均与相应的操作员站、工程师站及历史站连接。
4.根据权利要求3所述的燃气蒸汽联合循环机组全厂控制系统，其特征在于，还包括交换机，以及与至少一个所述单元机组控制装置通过交换机连接的公用控制装置。
5.根据权利要求3所述的燃气蒸汽联合循环机组全厂控制系统，其特征在于，所述辅助设备控制装置包括公用控制装置。
6.根据权利要求1-5任意一项所述的燃气蒸汽联合循环机组全厂控制系统，其特征在于，所述总控装置包括数据服务器和操作员站。
7.一种燃气蒸汽联合循环机组全厂控制方法，其特征在于，包括如下步骤: 单元机组控制装置中的燃机控制装置、汽机控制装置、余热锅炉控制装置以及电气设备控制装置分别与单元机组中的燃机系统、汽机系统、余热锅炉系统及厂用电气设备连接通讯；辅助设备控制装置中的各控制装置与相应的各辅助设备连接通讯； 单元机组控制装置中的各控制装置通过分散控制系统连接通讯，辅助设备控制装置中的各控制装置通过分散控制系统连接通讯； 各单元机组控制装置和辅助设备控制装置与总控装置连接通讯。
8.根据权利要求7所述的燃气蒸汽联合循环机组全厂控制方法，其特征在于，所述单元机组控制装置与公用控制装置连接通讯。
9.根据权利要求7所述的燃气蒸汽联合循环机组全厂控制方法，其特征在于，所述单元机组控制装置和辅助设备控制装置均与相应的操作员站、工程师站及历史站连接通讯。
10.根据权利要求7所述的燃气蒸汽联合循环机组全厂控制方法，其特征在于，所述单元机组控制装置和辅助设备控制装置均与总控装置的数据服务器和操作员站连接通讯。
【文档编号】G05B19/418GK103676848SQ201310611310
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2013年11月26日 优先权日:2013年11月26日
【发明者】黄冬兰, 吴国瑛, 庄续奎, 梁石, 贾震江, 杨桂, 刘宇穗, 胡波, 李煜东, 谭江平, 王昊 申请人:中国能源建设集团广东省电力设计研究院