（江西赣能股份有限公司丰城二期发电厂 江西省丰城市 331100）
摘要：本文介绍了江西赣能股份有限公司丰城二期发电厂两台700MW超临界机组，MAXDNA控制系统在汽轮机DEH控制方面的应用；并针对应用过程中所遇到的问题，进行分析。通过优化汽轮机DEH控制使得问题到了有效的解决，保证了机组安全稳定运行，提高机组的控制性和经济性。
关键词：MAXDNA；汽轮机控制；优化
一、引言
MAXDNA分散控制系统是瑞典美卓公司于本世纪初推出的先进的DCS系统，其前身是美国L&N公司的MAX1000分散控制系统。美国L&N公司成立于1896年的美国老牌工业仪表和控制设备研究及生产公司。到了90年代，随着微电子技术、光纤通信等技术的发展，该公司将光纤高速数据通信技术引进了DCS分散控制系统。在1992年采用80486CPU（中央处理单元）又开发了新型的DPU、工作站等设备，正式推出新型分散控制系统MAXDNA。该公司对发电厂热力过程控制有着深刻的了解和成熟的经验，特别是在欧洲苏尔寿公司（Sulzer）于50年代首先提出对于机组实行电液协调控制后，该公司便采用它的控制设备在美国的电厂进行应用，并发展至今已形成了第四代方案DEB/400。由于电厂是一个大型的生产过程，在MAXDNA分散控制系统中拥有已组态好的电厂控制专用算法，如：能量需求、负荷返回等，这也为MAXDNA在电厂中的进一步应用创造了有利条件。
二、MAXDNA控制系统简介
丰电二期发电厂两台700MW机组主、辅机DCS系统均采用的MAXDNA分散控制系统，它有五个子系统，分别为：FSSS系统、MCS系统、SCS系统、DEH系统、MEH系统。MAXDNA 系统是集计算机集中控制、高速数据通信等先进技术为一体的计算机分散控制系统，其具有以下特点：具有完整功能的回路调节、逻辑控制、顺序控制、数据采集和管理。模块化的软、硬件结构，可使系统的扩展与更新非常方便。交互式的组态与图形编辑功能，使得工程师与操作人员非常容易设计、组态与维护。MAXDNA系统的最小系统由三个基本单元组成，一台双CRT的工作站、一个处理单元（RPU）和将两者连接在一起的高速数据公路。
（1）工作站
MAXDNA的工作站是一个多用途的工作站，实现所有的人—机联系功能，如监视、操作和编程。
（2）处理单元（DPU）
DPU其实就是一台微处理器。新版的Model4F型的DPU是一台多功能的带控制处理器（CP）和数据采集处理器（DAP）双重处理器的微型计算机，它可以执行各种控制运算法则，顺序控制逻辑，记录顺序事件，时间可以精确到1ms，还有数据采集功能等等。DPU内的核心数据库称为DPMS（Distributed Point Management System）。DPMS中包含了所有点的属性，包括点的位号（Tagname），层次位置（Hierarchy），以及有关该点的一些文字说明。DPMS可以被符合IEEC1131的标准组态软件Maxtools编辑和修改，并由符合相应权限的工作站下装到DPU中执行相关的控制运算和数据采集功能。DPU是直连在MaxNet网络上的，它不再需要通过服务器中转数据。它与同在一个网络上的其他DPU和工作站是平等的作用。
（3）数据高速公路
高速公路是实现分散控制系统各单元间数据传输的通道，MAXDNA采用了两条高性能的总线型以太网通信网络将所有的设备连接在一起。
三、MAXDNA在汽轮机控制方面的应用
1、汽轮机控制简介
汽轮发电机组的调节系统经历了机械式调速器、全液压调速器、模拟电液调节系统、数字电液控制系统（DEH）四个阶段。DEH是采用数字计算机作为控制器，电液转换机构、高压抗燃油系统和油动机作为执行器，来调节汽轮机高压主汽门（TV）、高压调门（GV）和中压调门（IV）的开度，以改变高中压缸进汽量，从而控制汽轮机的转速和功率，以及保护汽轮机的安全运行。
丰城二期发电厂两台700MW超临界汽轮机组均为上海汽轮机厂生产的超临界、一次中间再热、单轴、三缸、四排汽凝汽式汽轮机组。汽轮机DEH控制采用美卓自动化公司MAXDNA系统。汽轮机控制采用了美卓公司自行研制开发的转速卡（SS卡IOP345）及调门卡（VP卡IOP341）。
2、MAXPAC 汽机控制模块（IOP345、IOP341）介绍
IOP345是汽轮机超速遮断模块，是专用的转速测量智能I/O模件，每块IOP345可以接受三路转速脉冲信号。它可以将无源磁电转速传感器或有源磁电转速传感器测量出来的脉冲信号调制、整形、采样后变换成电信号，通过与DPU4F控制器在软件背板总线上（SBP）快速交换数据，同时，其内置处理器独立于DPU4F控制器运算，响应时间只有5ms，通过对转速信号分析、处理，在其内置的处理器内可以进行三取中和103%、110%的判断，快速准确地发出OPC、中调门快关等指令。即使操作员站（maxSTATION）与控制器（DPU4F）间通讯故障，由IOP345模件提供的保护也会动作。
下图为汽机测速遮断模件的工作原理图：
图2.1 汽机测速遮断模件工作原理图
另外，汽机测速遮断模件能够独立编程，我们在编程中进行了分段一阶惯性滤波，一阶惯性滤波的算法公式为：
Y（n）=Y（n-1）*（1-α）+αX（n）
式中：α=滤波系数；X（n）=本次采样值；Y（n-1）=上次滤波输出值；Y（n）= 本次滤波输出值
固定滤波系数的一阶惯性滤波无法完美地兼顾灵敏度和平稳度。有时，我们只能寻找一个平衡，在可接受的灵敏度范围内取得尽可能好的平稳度。而在一些场合，我们希望拥有这样一种接近理想状态的滤波算法，即：当数据快速变化时，滤波结果能及时跟进（灵敏度优先）；而当数据趋于稳定，在一个固定的点上下振荡时，滤波结果能趋于平稳（平稳度优先）。
于是，我们就想到用动态调整一阶滤波系数的算法应该实现以下功能：
a）当数据快速变化时，滤波结果能及时跟进（灵敏度优先）；并且数据变化越快，灵敏度应该越高。
b）当数据趋于稳定，并在一个固定的点上下振荡时，滤波结果能趋于平稳（平稳度优先）；
c）当数据稳定后，滤波结果能逼近并最终等于采样数据。
具体实现的程序如下图所示，下图也是maxDNA的maxPAC 汽机控制模块用户编程界面，直观且通俗易懂。
图2.2 汽机测速遮断模件转速分段一阶惯性滤波程序
这样在转速突变时保证了了转速的跟随性，平稳时保证了转速的稳定性，极大的提高了转速测量的精度，为稳定的转速控制提供了必要条件，也避免了日后因为转速干扰造成的不必要的停机事故。
IOP341是汽机阀门位置定位模件，通过模件的内置处理器以5ms的运算周期独立运算PI程序，完成蒸汽阀门的精确定位控制（PI调节），使阀门管理得到快速响应。PI参数可以通过maxDNA的在线调试工具直接调整，可以灵活方便的整定出最佳的PI参数。每块IOP341控制一个可调蒸汽阀门（Modulated Steam Valve）。同时具有一路转速采集通道，可以快速采集汽轮机的转速信号。
maxDNA的汽机阀门定位模件还提供了方便、开放的独立编程功能，可根据不同工况，在阀门位置反馈变送器LVDT故障时，自动选择阀门全关还是全开。同时实现了智能LVDT大选功能，与其他厂家阀门卡不同的是，maxDNA的汽机阀门定位模件不仅仅是两只LVDT高选，而且LVDT还要综合阀位指令、断线判断等一系列信息，最终实现智能大选的功能，极大地增加了系统的可靠性，避免了因LVDT故障而引起错误高选造成不必要的停机事故。
下图为汽机阀门定位模件的工作原理图：
图2.3 汽机阀门定位模件工作原理图
丰城二期发电厂两台700MW机组每台机组共配置了10块IOP341（TV×2、GV×4、IV×4）。下图为江西丰城二期电厂目前的系统配置简图。
图2.4 江西丰城二期发电厂maxDNA汽轮机控制系统配置图
四、MAXDNA在汽轮机控制优化
1、MAXDNA在汽轮机控制方面存在问题
丰城二期发电厂两台机组DCS自上电运行以来一直存在转速测量波动缺陷，影响大、小机转速调节品质和机组一次调频功能的正常投入。大机DEH分别有三个转速信号分别是OPSA、OPSB、OPSC，每个转速信号对应一块转速卡。小机MEH有5个转速信号，前三个转速信号接入一块转速卡，后两个信号分别对应接入两块转速卡。
在机组中修期间对转速卡件进行测试，用标准的转速校验仪发转速信号，在3000转时发现DCS上3000~3003转速波动。用精密万用表测量终端卡输出为3000HZ没有波动。更换美卓新版本SS卡转速显示正常，最大只有0.5转波动。现在#6机用转速SS卡型号：IOP345；PART NO：181560；REV：C/D1；美卓转速卡型号：IOP345；PART NO：181560；REV：B1/C1。经过测试结果，我们将#5、#6机转速OPSB通道对应的转速卡更换为美卓转速卡，并将OPSB转速信号作为一次调频的实际转速信号，减少了因转速测量不准确而引起的一次调频误动或拒动的情况
在进行DEH柜VP卡和SS卡更换时，在插入VP卡和SS卡的过程中，时常会出现DEH柜内其它卡件通讯报警，其中包括DEH柜内SS卡、VP卡、DI卡等。虽未因此引起设备误动和其他事故，但仍存在较大隐患。
2、对转速卡芯片进行升级和DEH系统总线优化
根据上述转速卡出现波动，对转速卡件进行测量，用标准转速校验仪发转速信号，将同一转速探头输出信号分别接入DEH柜中OPSA和OPSB转速信号的转速卡，升速至3000转，观察转速波动情况，在DCS时实组态中OPSA转速信号在里显示2994~3010转波动通过滤波后仍然有3转左右的波动。
通过观察决定对SS卡中芯片程序进行升级。将工控机并口与OPSA转速信号对应SS卡尾部针脚连接，打开相关程序对SS卡件转速程序进行上传，并对SS卡中芯片程序进行升级至K版本。重新用标准转速校验仪进行测试，观察升级后转速波动情况，OPSA和OPSB转速信号均正常，转速最大只有0.5转波动。通过对SS卡芯片程序进行升级，解决了转速信号大幅波动。随即对其它转速卡和备用转速卡芯片程序进行升级。
针对卡件插拔异常报警，通过专业技术人员共同探讨研究发现DEH的I/O总线连接方式不符合规范，对DEH系统I/O总线进行完善。DEH系统在安装机柜内不同机笼（IOP382）之间的I/O总线电缆都在右侧连接，使用CPO304连接，此连接方法不符合maxDNA系统的I/O总线连接规范，存在着安全隐患。针对该情况我们推荐修改I/O总线连接，采用CPO324和CPO304进行串行连接，以使I/O总线的电气连接符合符合规范，消除总线的安全隐患。I/O总线的连接方案见图4-1
在重新配置好I/O总线后对转速卡和调门卡件进行插拔测试，未出现上诉卡件异常报警现象。
通过对转速卡芯片的升级和DEH系统总线的优化，有效的解决了转速波动问题，提高了DEH控制性能和一次调频的正确动作率，保证了机组的安全稳定运行。
参考文献：
[1]南自美卓MAXDNA控制系统说明，上海发电设备成套设计研究院，中国华电工程（集团）有限公司.大型火电设备手册 汽轮机.中国电力出版社2009
作者简介：
付锐 工程师 热工室副主任 江西赣能股份有限公司丰城二期发电厂
论文作者:付锐
论文发表刊物:《电力设备》2017年第36期
论文发表时间:2018/5/11
标签：转速论文; 汽轮机论文; 丰城论文; 汽机论文; 信号论文; 机组论文; 控制系统论文; 《电力设备》2017年第36期论文;