122 燃气三联供自动控制系统.docx
《122 燃气三联供自动控制系统.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《122 燃气三联供自动控制系统.docx（14页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
122燃气三联供自动控制系统
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
12.1.
12.2.燃气三联供自动控制系统
12.2.1.
12.2.1.1.三联供系统分析
分布式供能系统主要涉及2台天然气内燃发电机组、2台余热溴化锂机组，以配套工艺设备（管线）为辅机，进行供热、供冷、供电系统（以下简称三联供系统）的分布式控制。
主要有并网控制、群控功能和集中控制等，本技术方案针对整个三联供控制系统而做。
根据整个三联供控制系统的功能要求，主要对2台康明斯自带并网控制功能的天然气内燃发电机组及相关配套的辅助设备（冷却水箱，水泵）控制、2台余热溴化锂机组及相关配套的辅助设备（水泵，冷却水箱）控制、三联供系统的探头（流量、压力、温度）、状态检测（压力开关和温度开关）、调节控制（阀门）等二次设仪表设备进行集中测控,以实现在控制室内对本期建设的整个三联供系统集中监控,并与上一级BA监控系统联网,同时也可以通过通讯在BA的后台进行远程操作，通过硬接线可以在BA的后台进行远程的紧急事件进行操作停机功能。
12.2.1.2.测控对象分析
根据工艺设备及集中监控的要求，三联供控制系统需对以下对象进行测控：
发电机组：
a:
发电机组的远程自动的启停控制。
（通过主控PLC柜及BA后台集中控制）
b:
发电机组的远程自动的并网和负荷分配控制。
（通过发电机自带的带并网功能的PCC3.3控制箱进行控制）。
c:
发电机组运行参数显示（通过发电机的RS485连接到主控PLC柜，再通过主控转换为工业以太网上传到BA）。
余热溴化锂机组
a:
溴化锂机组的远程自动的启停控制。
（通过主控PLC柜集中控制）
b:
溴化锂机组运行参数显示（通过溴化锂机组的RS485连接到主控PLC，再通过主控转换为工业以太网上传到BA）。
各子系统的电源及控制柜（比如MCC柜，GIB,风机水泵控制柜等）,通过IO干接点或通讯连接到主控柜并通过主控PLC进行远程控制，信号集成后上传到BA。
各管路上的温度传感器、压力等传感器、流量计和电动阀门等，通过模拟量或4-20ma连接到主控柜并通过主控PLC集成后上传到BA。
12.2.1.3.技术方案
本技术方案对整个三联供系统采用分布式控制系统，发电机组和溴化锂及相应辅机构成一个独立单元。
测控相对独立，分为三层，系统框图见图1，
低层为监测层，以仪表、传感器、电动阀门、流量计等为监测手段；
中层为执行层，以发电机组原厂PCC3.3为核心的全自动并网控制箱为核心，实现发电机组自身控制和并网控制、负载分配、电器保护等功能；以溴化锂自带控制器实现溴化锂自身控制、前后端工艺设备管理；以子系统的电源及控制柜来实现各子系统设备的具体运行控制，保证可靠性的同时，最大的降低运行能耗，同时满足各工况下的运行策略调整；
上层为操作层，以高性能的西门子S7300PLC和商用触摸平板电脑为硬件，配以应用软件，通过数模转换模块及通讯来实现对低、中层数据的采集、分析及管理。
实现对系统控制对象的集中监视（并网画面、运行曲线）、自动调参、数据记录、运行分析、以及与上级BA系统联网。
12.2.1.4.控制工艺流程
本技术方案依据控制工艺要求完成由发电机组和溴化锂机组组成的三联供系统实现供电供冷供热，在保证发电机组正常运行条件下使其余热得到有效利用，达到节能减排的目的。
系统工况
1：
供电工况
发电机组主要是与市电并网实现余电上网的供电模式。
也可以按照需要进行孤岛运行。
2：
制冷工况和制热工况
在发电机组运行在供电的条件下，利用发电机组的高温烟气和缸套热水，经电动阀和换热器后进入溴化锂进行制冷和制热。
备注：
溴化锂和相关电动蝶阀设置逻辑互锁，即任何时刻两个进口烟气阀门不会同时关闭，以保证在紧急工况下系统的安全与可靠。
12.2.2.系统配置
12.2.2.1.监测层（底层）
监测信号
主要监测对象有温度、流量、压力、流量、甲烷浓度等。
（1）发电机组信号：
（信号采用通讯形式提供到主控PLC柜）
缸套水进出温度（0~120℃）2个；中冷器进出温度（0~100℃）2个；箱体内温度1个；润滑油压力和温度等
（2）溴化锂机组：
（信号采用通讯形式提供到主控PLC柜）
冷却水：
进、出水温度（0~100℃）2个；冷温水：
进、出水温度（0~100℃）2个
烟气出口温度（0~500℃）1个；压差式水流开关信号2组；冷温水：
进、出口压力2个；冷却水：
进、出口压力2个；冷却泵：
进、出口压力2个；缸套水循环泵：
进、出口压力2个；
（3）管路系统：
（通过传感器及计量表计提供信号给主控PLC柜）
各换热器前后温度、压力信号；控制阀门的位置状态信号；系统各报警点信号等。
控制对象
控制对象主要以发电机及溴化锂机组为中心的相应配套的泵阀的控制
（1）主机设备
●燃气发电机组：
2台
●溴化锂：
2台
●冷却水箱：
2台
●离心冷水机组3组
●燃气真空锅炉3台
（2）辅肋系统
●冷温水泵：
4台（两用两备）
●冷却水泵：
4台（两用两备）
●缸套水循环冷却泵：
2台（一用一备）
●全程水处理器2台
●软化水设备1套
●空调/采暖系统分/集水器一组
（3）管路系统
●电动烟气调节阀4个
●电动烟气开关阀2个
●电动水系统三通阀4个
●远传表计、流量、温度、压力、甲烷浓度
●其他电动阀若干
12.2.2.2.执行层
本层以各核心设备自带控制器构成自身的闭环控制系统，以技术标内各设备技术资料内的为准，这里不做敷述。
发电机组的并网控制箱即PCC3300。
12.2.2.3.操作层（即HMC300主控柜）
操作层作为人机操作界面（或SCADA），主要实现集中监视（实时监视、报警处理、运行曲线）、参数调整、数据管理、运行分析以及通讯（含与上级监控系统联网）等。
以高性能的西门子S7300PLC和商用触摸平板电脑为硬件，配以应用软件，通过数模转换模块及通讯来实现对低、中层数据的采集、分析及管理。
实现对系统控制对象的集中监视（并网画面、运行曲线）、自动调参、数据记录、运行分析、以及与上级BA系统联网。
保证可靠性的同时，最大的降低运行能耗，同时满足各工况下的运行策略调整。
该套自控系统由康明斯和西门子工控联合研发，结合了两个原始设备制造商的知识和经验，在虹桥一期、南京凤凰数据中心、天津西站等三联供项目上均有实际运行经验和数据。
通过不同项目的实施和应用，该套HMC300系统均能完全满足不同业主不同项目不同环境的要求。
通过这些项目的实际运行，充分说明了HMC300这套自控系统是一个非常成熟可靠的。
考虑三联供系统的特殊性，整体采用由树形和星型构成的混合性拓扑结构来设计自控系统。
四个供能单元及两个供电单元内部采用树形结构，具有连结简单，维护方便，适用于汇集信息的应用要求，易于扩展，故障隔离较容易。
整个系统采用星型结构，具有集中控制且控制简单，故障诊断和隔离容易，网络延迟时间短，误码率低，结构简单、容易实现、便于管理与拓展。
两种拓扑结构取长补短，树形结构单节点故障易导致系统上下链路同时故障的问题被星型结构的放射式链路所解决；星型结构存在中央节点负担重、容易形成系统瓶颈的问题，树形结构的多节点分散式控制正好可以处理大量的数据，减少中央节点的负担，快速提升整个系统的响应和刷新速率。
混合型的架构不但可靠、安全还具有强大的同类扩展能力。
进一步考虑自控系统的操作便利性、兼容性、安全性，我们将对客户开放自控系统的代码程序，提供客户需要的通讯接口和地址表以满足BA系统的要求，该系统在软硬件上充分考虑了上下级控制系统的兼容性，为了保证系统的安全操作，系统提供多级用户权限管理，不同权限的用户对应不同的操作范围。
提供日报、月报打印功能，可提供定时打印、事件驱动打印、召唤打印等。
通讯方式：
依据虹桥一期项目的经验，为了避免和BA系统存在通讯延时及错误而频繁导致误保护和误动作，自控系统我们采用双点通讯。
全双工并行通讯技术和交换技术后，使得网络的通讯能力得以充分地利用。
系统调节和控制：
系统内各传感器获得的数据以及各类自控执行器件状态信号接入HMC300，按PID设定好的工艺路线来实现系统的自动监控、运行以及调节。
以实现无人值守、一键启动、一键复位、上级指令调整、自动检测故障点等先进自动化功能。
来满足能源站对于减少系统维护工作的同时又保证系统可靠性的要求。
并网管理：
燃气机组并网上网的管理和保护功能由HMC300主控柜完成，并通过G59外同步模块来保持与市电同步工况，X2N-1模块可在市电故障等非标准工况下保护燃气发电机组并进行逆功率保护。
这些专用功能件的运用更增强了系统安全运行的能力。
在特殊情况下，机组自带PCC3300的控制箱也可以独立完成与市电并网上网的运行要求。
在虹桥一期工程中，我们通过大量的数据积累和故障分析，对整个并网上网系统所需要标定的几十个保护整定值有了更可靠的原始数据和排障方法，相信这方面的经验可以使西虹桥项目在并网上网调试过程中更加顺利。
友好的操作界面：
HMC300主控柜采用研华17寸触摸屏来完成人机界面功能的实现。
有高压一次（并网上网）子画面、脱硝子画面、溴化锂子画面、燃气机组子画面及辅助系统子华面和统PID主画面，各画面之间可以自由切换，并且通过该人机界面以图形方式监控顺序控制过程。
趋势控制：
通过HMC300自带的功率检测及变送器并通过数字和模拟输入输出模块对各个系统工艺撬块和自控阀门进行指令发送，通过传感器及各类信号的反馈，来判断系统是否运行在要求的状态。
并根据反馈的结果可以给出参考的调节参数供操作人员参考和借鉴。
多重报警:
依据虹桥一期项目的经验，报警类型、设备可通过不同的声音及灯光组合，在现场吵杂的环境下，方便操作人员快速判断故障。
人工智能AI：
依据虹桥一期项目的经验，按照事先设定的设备维保周期及实际运行工况，结合系统数据如天然气成分等，HMC300会自动提供系统内各设备的维保时间的画面提示。
通过上述的自控系统的描述，可以清晰的了解我们自控系统成熟的架构，双点通讯方式的可靠性，系统功能的全面性，人工智能的应用等等，通过HMC300的各项功能，可以实现整个三联供联供系统的无人值守。
如果业主有更高的要求，我们可以用WINCC开发软件对HMC300进行拓展，在PC侧实现HMC300的全部功能。
通过多模光纤进行数据传输将HMC300拓展到能源站任何一个地方，实现更进一步的分层管理。
S7-300PLC性能指标
◇运行速度高，执行一条二进制指令80nsec
◇存储器容量大，装载存储器可以扩展
◇I/O扩展功能强,可以扩展21个机架，最大262144个数字量，16384个模拟量I/O
◇具有极强的通讯能力，容易实现分布式结构控制系统，集成的MPI能建立最多32个站的简单网络
◇诊断缓冲区，最后的120个故障和中断事件保存在一个环形缓冲器中，用于进行诊断
◇具有高容错功能
◇主干网络100Mbps
◇标准工业通讯协议
操作层的主要功能有：
1、通讯管理
（1）系统内通讯
系统内通讯是指在集中监控系统内，PLC与监视主机间的通讯，服务器与客户端间的数据通讯，数据交换信息；服务端实时有效的检测到系统与分散于不同区域的网络数据采集单元的网络连接状态，系统与各个网络数据采集单元之间的通讯是否正常及数据交换情况。
系统与所有监测设备的通讯状态及通讯原始数据等。
根据所连接的设备情况，远程配置各个网络数据采集单元的每个通讯端口的通讯参数。
（2）系统间通讯
通过网络与系统间的其它设备，如发电机控制器、溴化锂机组控制器等设备以及上一级SCADA系统进行数据通讯。
2、数据管理
（1）实时数据：
监控中心服务端可通过TCP/IP网络实时向各远程监控站中的网络数据采集单元和各个监控设备发送采集各种数据的指令，同是自动实时监测所有来自不同设备的数据，对所采取数据进行分析、计算，从而获取各个设备的运行状态、运行参数及各种故障参数等，并对各种运行数据有效存储。
系统采用多线程并发计算技术可同时处理来自不同网络单元和不同设备的数据，进行并行分析和并行计算。
亦可实时的查询各个设备的所有数据，用户可以根据需要自由选定设备、选定设备参数、选定时间段来查询数据。
中心服务端自动把所有实时数据通过TCP/IP网络传送给本机客户端监控程序和远程的客户端监控程序。
各个客户端程序自动接收和处理来自服务端的数据，通过友好的人机界面通过文字、图形、表格、动画等多样的形式实时显示各个设备的运行参数、运行状态和报警参数。
（2）历史数据：
监控中心服务端自动将所有有效的监控数据存储在SQLSEVER服务器中，操作人员可以随时在服务端程序和客户端程序的查询检测的所有设备的任意参数的历史数据，可查询任一天、任一时间段的历史数据，并且自动生成历史曲线图，将查询结果以列表方式显示或打印，以供分析之用。
系统保存历史数据不受时间限制。
（3）备份数据：
监控系统提供多备份功能，可以将一份数据做几个备份以防止重要数据丢失，同时对事件日志的记录多少也可以根据实际情况而设定，备份的路径也可以随便设定。
（4）历史数据库维护：
系统具有历数史数据库完全备份功能；系统提供数据库工具可以帮助用户在历史数据库异常时重建历史数据库，并把数据恢复到最近保存的备份状态。
对于历史数据记录的删除， 系统提供了两种方式：
用户选择删除按时间段删除；系统根据用户定义时间自动删除指定时间以前的记录，以保持历史数据不会太过于庞大。
3、安全管理：
（１）用户操作权限：
无论是客户端和服务端，系统都提供了有效用户分级管理机制。
系统根据不同的操作者划分了多级操作权限，最低级操作权限只能查看监控数据、无法对系统进行调整、无法对设备进行控制操作，无法退出系统。
具有控制权限的操作者可以进行对监控对象发送控制指令，例如：
开、关空调；开、关照明系统等；具有系统修改权限的操作者可以对系统所有控件进行属性、参数的修改；最高级的操作权限可以对用户授权，可以修改系统的所有参数，包括系统的运行参数，及对系统数据库进行维护。
系统具有非常完善的权限分级管理功能，亦可根据用户实际需求，可对操作者划分不同的操作权限等级划分操作权限，不同的用户只能在自己的操作权限内进行系统的操作。
（2）用户操作记录：
系统的服务端和客户端都提供了完善的用户操作记录功能，实现对用户操作的跟踪记录，所有操作记录都存储在ＳＱＬsever数据库服务器中；客户端和服务端的操作记录分别存储于不同的数据表。
系统对所有操作者所进行的系统操作均作详细的操作记录，包括操作用户ＩＤ、操作用户名称、操作内容、操作时间和操作者所用主机的ＩＰ地址。
A服务端操作记录：
服务端操作记录主要包括对用户对以下操作内容的跟踪：
系统启动、系统退出、用户登录、用户管理、密码修改、系统参数修改、系统数据表修改、设备数据表修改、控制参数数据表修改、时间段参数数据表修改、报警参数数据表修改、串口参数表修改、网络采集单元参数表修改、历史数据查询、报警记录查询、历史数据维护、报警记录维护、用户操作记录维护等等。
B客户端操作记录：
客户端操作记录项的内容还包括操作者所用主机的ＩＰ地址，并且所有客户端的的操作记录是集中存储在中心的ＳＱＬ ＳＥＶＥＲ数据库服务器中，有利于集中管理。
主要包括对用户对以下操作内容的跟踪：
系统启动、系统退出、用户登录、用户管理、密码修改、系统参数修改、连接服务端、断开服务端、查看历史数据、查看报警数据、查看短信记录、查看电话报警记录、设置服务端参数、修改当前服务端的ＩＰ参数、服务端数据维护、客户端数据库维护。
C无论是客户端还是服务端操作记录都可以在远程服务端查询，用户可以自由选择要查询的时间段；并提供操作记录报表打印功能。
（3）软件安全
只有获得我公司的正确许可权后才能将软件程序拷贝到其他监控主机上运行，否则所拷贝的软件程序将不能正常运行，其目的保障用户使用该系统时应具有的软件安全性。
4、配置管理
（１）系统参数配置：
只有在具有系统参数修改操作权限的操作者才能对整个系统软件的运行参数、数据管理参数、报警参数等进行配置、修改，如配置或修改不当，系统参数可以设定系统的登录方式、报警方式、客户端和服务端的连接参数。
（2）监控参数配置：
同样只有在具有权限的操作者才能修改监控对象的监控参数，包括新增、删除、修改监控对象的监控参数。
。
（3）远程管理：
只要具有权限，用户既可以在监控中心也可在远程对系统进行修改和维护，如远程修改用户操作界面，远程设置报警参数、远程维护系统数据库、远程维护历史数据库
在线升级维护：
用户可以在系统在线工作时，对系统的操作界面进行升级和维护。
线时对远程监控站的监控参数进行修改，功能如同上所述。
（4）系统数据库配置及备份恢复：
当系统的数据库由于操作系统故障、病毒或误操作导致系统数据库异常时，用户可以通过系统提供的数据库工具快速、简便的把系统数据库恢复到正常状态，恢复上次备份的数据。
系统提供数据库配置工具可以帮助用户配置客户端、服务端与系统库的连接参数。
系统数据库工具可以帮助用户在系统库异常时重建客户端、服务端数据库，并把客户端、服务端恢复到上次的正确备份中。
系统数据库工具可以帮助用户快速、完整的备份系统客户端、服务端数据库
5、报警报表管理
在窗口中可以查询指定时间范围内的报警记录，可以查看到报警发生的时间、等级、名称、编号、及发生报警时的变量值及原因分和处理方法等信息，系统将所保存的历史数据、操作记录、事件日志生成各种报表进行管理，可针对监控对象形成独立的报表，亦可对所有的监控对象生成整体的统计报表，并具有打印功能。
12.2.3.系统执行的技术标准及国标规范
本工程所提供的设备、器件都符合下列最新版本的标准和规程。
IEEE802.3网络技术标准
GB/T8566-95信息技术软件生存期过程
GBJ42-81工业企业通信设计规范
GBJ63-90电力装置的电测量仪表装置设计规范
GBJ42-81工业企业通信接地设计规范
GB4208-93外壳防护等级
IEC1158现场总线标准
IEC1000-1995电磁兼容性
GB50168-92电气装置安装工程电缆线路施工及验收规范
GBJ131-90自动化仪表安装工程质量检验评定标准
GB/T3797-89装有电子器件的电控设备
GBJ300-88电气装置安装工程施工及验收规范
GB/T17212-1998工业过程测量控制装置工作条件
GB4720－84低压电器电控设备
JB616－84电力系统二次电路用屏（台）通用技术条件
IEC－144低压开关和控制设备的外壳防护等级
ANSI488可编程仪器的数字接口
ISA－55.2过程运算的二进制逻辑图
ISA－55.3过程操作的二进制逻辑图
TCP/IP网络通讯协议
IEEE802局域网标准
升级会员 