脱硫DCS控制系统改造及功能完善

摘要：本文通过论述沙角A电厂#5脱硫DCS控制系统改造过程，并对其中一些功能进行完善，通过阐述脱硫DCS控制系统改造的过程和方法，以及后续运行中因就地设备改造而进行DCS系统逻辑修改的内容，供大家参考交流。
关键词：脱硫DCS、改造、功能完善
沙角A电厂#5机组脱硫系统于2004年投产，当时由美国XX公司总承包，脱硫DCS系统原是北京和利时SmartProV3.1.3分散控制系统，由于该系统软件设计落后，使用不安全、不方便，经过7年多的运行，设备老化，故障较多，备件不再生产，同时因为人机接口不是十分合理，处理缺陷调用逻辑及修改逻辑非常不方便，无法实现在线逻辑仿真及修改参数的功能，急需升级改造。
1改造思路
通过对和利时公司介绍的升级产品分析，结合#1～4脱硫DCS系统的使用情况，决定整套DCS系统改造为GE新华的XDPS-400e系统。为了节约改造费用，决定只改造DCS控制机柜，而继电器柜及接线转接柜仍然保留不动，这样从DCS电子间到就地设备的所有电缆都不用重新敷设更换，既节约了材料，也节约了人工成本及检修的工作量。
2改造情况
2.1脱硫DCS系统设备和机柜安装。
本次改造DCS系统共有操作员站4个，工程师站1个，历史站1个，打印机2台，远程网络设备一套，控制机柜共计8个。按照DCS系统机柜安装要求进行安装：从牢固性、平整性、垂直度等方面一一调整，底座用偏铁或圆钢与地网相连，底座与机柜绝缘(大于100MΩ)。设备一次性安装到位，符合验收标准。
2.2电缆敷设和接线。
因为在脱硫码头有一套远程控制机柜，因此需要敷设光缆2500米，其余各种规格跨盘电缆及部分新改造设备电缆铺设了322条,长度共约20000米，系统时钟GPS和天线50米。
2.3系统上电。
根据原和利时导出的控制逻辑图，结合运行人员的要求，重新设计完善了系统控制逻辑图，现场在DCS系统做逻辑组态、控制画面等。完成逻辑组态后进行I/O通道校验，一一仿真各项控制功能，进行校对控制逻辑，最后进行系统功能及性能测试。
2.4现场设备调试。
当逻辑功能测试完成后，开始按照运行部的试验要求，配合运行人员进行所有设备的投运和跳闸、保护和联锁、顺序控制等试验，进一步完善控制逻辑和控制画面。基本完善控制逻辑后，对DCS系统组态逻辑图及画面做了系统的全面备份，使用光盘刻录一式两份，以便存放。
3系统功能完善
在改造完成并且设备投入使用后，针对零零星星、陆陆续续的系统维护及改造项目，对DCS系统的逻辑组态及卡件分配，进行了系统功能完善。
3.1取消脱硫旁路挡板的逻辑优化
由于脱硫系统取消了旁路挡板，运行方式有了很大的变化，需要进行相应的热工保护及逻辑控制方改进，以保证锅炉和FGD系统的安全稳定运行。根据“沙角A电厂5号机组脱硫系统取消旁路逻辑修改施工方案”的要求，取消烟气旁路，涉及设备有：旁路挡板、入口挡板、出口挡板及相应的密封风机，并且完成了逻辑组态、操作画面的修改。旁路挡板取消的设备的控制逻辑和相关画面、报警信息全部取消。
锅炉MFT跳闸后，不联动跳闸脱硫系统的设备。脱硫烟道建立为一综合信号，以硬接线方式送到机组DCS，包括以下信号(与的关系)：
(1)任一浆液循环泵已启动；
(2)原烟气烟尘浓度小于200mg/Nm3；
(3)GGH主或辅电机已启动。
在FGD系统取消旁路后，锅炉启动时，按先启动FGD烟风系统，再启动主机烟风系统原则。在锅炉启动初期，电除尘器先行投运，然后脱硫系统再投运，FGD系统应先于引风机启动，同时建议浆液循环泵投运2台。锅炉停止时，按先停主机烟风系统，再停脱硫烟风系统、吸收塔系统的次序停机。在锅炉停运冷炉过程，为防止由于浆液循环泵过早停运导致对吸收塔防腐层产生破坏，应至少保留一台浆液循环泵运行，以吸收塔入口烟气温度为监测标准(入口烟温低于75℃)，决定循环泵的停运时间。
3.2GGH吹灰控制回路改造
原#5GGH吹灰原来由就地PLC控制，由于运行了近十年，整体设备的健康状态不佳。而且该吹灰系统上下两支吹灰器的控制回路由同一个PLC控制，两支吹灰器的进退经过同一个变频器进行换向切换功能，并且所有状态只有两支吹灰器的运行状态和吹灰故障共三个信号返回DCS系统，一旦发生吹灰器故障报警，运行人员无法快速判断故障原因，并且无法得知吹灰器的具体位置。因此必须通知热控人员和脱硫机械检修人员同时到场，由热控人员检查PLC才能够判断故障原因，增加检修时间，浪费人力和检修成本。除此以外，不论是机械原因还是控制回路故障，都会导致PLC报错，进而使上下两支吹灰器都无法工作，严重影响#5脱硫GGH的吹灰效果。
具体改造内容如下：取消就地PLC控制，对就地原控制柜内设备进行拆除，并在合适位置安装新控制柜，所有电缆重新铺设，对柜内设备进行安装接线，敷设从DCS系统到就地柜的电缆并进行接线；逻辑改入DCS系统控制，控制逻辑在#5脱硫DCS系统工程师站进行编辑，组态画面状态。这样就把GGH吹灰器所有状态及蒸汽参数反馈到#5脱硫DCS系统，整个吹灰控制过程由DCS完成，同时运行人员可以在DCS系统看到吹灰器的状态及蒸汽参数。
改造后的控制逻辑由DCS完成，现场控制柜内只有简单的控制继电器、接触器、热继电器和接线端子组成，接线非常简洁明了。就地控制柜内设备减少了很多，因此接线故障发生的几率大大下降，检查起来也非常简单明了。由于取消就地PLC回路，这样一来两支吹灰器就变成独立的控制回路，互相之间没有任何联系，不会因为一支吹灰器的某个故障而导致另外一支吹灰器无法运行，提高了GGH的吹灰效率。
3.3石膏脱水皮带转速控制回路完善
原#5脱硫脱水皮带调速装置采用测厚装置加就地PLC控制，就地测量石膏厚度信号送到PLC，PLC通过与DCS系统运行人员设定值比较，输出电流信号到变频器，变频器再来控制脱水皮带电机转速，以达到调节石膏厚度的目的。每当发生测厚设备测量不准的故障，运行人员就无法控制皮带运行，需要热控人员到场维修，处理好厚度测量仪才能够启动皮带运行。
经过分析讨论后，决定取消就地PLC装置，把调节回路改入DCS系统，原来DCS系统供运行人员设定输出的厚度信号，改为DCS输出皮带转速控制信号，在就地控制柜里，用接线端子跳过PLC设备，直接送入变频器。在DCS系统增加PID调节回路逻辑，就地测厚信号返回DCS系统，与DCS系统运行人员设定厚度比较，自动调节皮带转速的快慢。一旦测厚设备故障时，运行人员可以在DCS系统把控制方式切为手动，直接手动调节皮带转速，满足石膏厚度调节的需要，不需要等待热控人员相处故障后才能够投入皮带运行的缺点，大大提高了设备的运行效率。
这个改造的所有物资成本就是一对就地接线端子，完全没有其它的任何材料消耗，改造成本低廉，既减少了就地PLC设备的备品采购，又避免了因PLC故障而引起的其它问题，对就地石膏厚度测量装置的依赖性也大大降低。
3.4A、C氧化风机控制逻辑及状态完善
由于原#5脱硫氧化风机是进口设备，使用年限长久，机械故障非常多，风机振动大的问题非常严重，严重无法彻底解决，维护成本非常高，因此机械专业决定先由C氧化风机开始，对#5脱硫氧化风机逐步进行国产化改造。
原氧化风机在就地有一套控制装置，风机启停控制均可以在就地完成，DCS系统对风机的控制信号也是进入就地控制箱。本次改造则取消了就地控制回路，DCS系统的控制指令到达电气配电室的配电控制箱，由配电箱内的电气回路完成控制盒和状态返回，并且就地设备增加了六个温度测点和一个出口排气电动阀的控制需求。
因为C氧化风机改造时#5机组已经在运行状态，脱硫DCS系统无法新增测温卡件，而且任何一块温度卡已经没有六个备用通道，因此利用把增加的六个温度测点分散到两个控制DPU的三块温度卡上，通过上网通讯的方式送到C氧化风机的控制保护逻辑。在DCS系统增加出口排气电动阀的控制逻辑，并且与C氧化风机的启动逻辑一起组态，同时完成控制及监视画面的修改，最终完善了C氧化风机控制逻辑及状态监视系统。
3.5日粉仓螺旋给粉机保护逻辑完善
由于#5脱硫日粉仓螺旋输送机会发生堵塞现象，导致电机处于过流发热的状态，进而导致电机烧毁，因此通过与电气专业人员及运行脱硫主管人员讨论，决定在#5脱硫DCS增加#5脱硫日粉仓螺旋输送机电机过流保护回路，具体运行情况如下(A、B逻辑一样)：
对控制逻辑进行了二次优化处理：无论自动还是手动，在每次启动下料系统时，先开螺旋给料机一段时间，以便把螺旋给料机里面可能存在的石灰石粉先清理干净，下料阀才具备打开条件，打开进行落粉；无论何种运行方式下，当螺旋给料机跳闸时，立刻联锁关闭下料阀，避免有大量的粉积压在给料机里面。增加保护回路：#5脱硫日粉仓螺旋输送机启动后，无论是处于手动还是自动模式，当电机电流超过5.6A(1.1倍电机额定电流)时，DCS保护回路动作，把螺旋输送机跳闸，同时延时10分钟后方允许进行下一次合闸启动。
4结束语
随着科技的不断发展，国家对机组自动化控制和环保排放的要求也越来越高。国内很多机组脱硫的DCS系统已安装运行多年，同样存在需要升级或者改造方面的一些问题，在确保安全和费用的前提下，通过改造DCS系统机柜，彻底解决了DCS控制系统硬件故障及提高控制品质，并且在运行的过程中能够逐步完善各项子系统的控制功能，为其它类似的改造提供一定的经验和参考。