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Micronet控制系統

PHD實時歷史數據庫

鍋爐優化控制系統

冷機站優化控制系統

空分優化控制系統

MicroNet控制系統

MicroNet控制系統是目前數字式可編程控制器中的高端產品,可適用于多種控制應用:

應用

● 燃氣輪機

● 蒸汽輪機

● 水輪機

● 柴油機

● 氣體發動機

MicroNet控制系統能提供靈活的控制平臺,來控制各種原動機及其相關的過程, 如高速控制功能、順序控制、輔助系統控制、喘振控制、監控報警和測站控制等。數字式MicroNet控制器可配置為單點或三冗余(TMR)結構。如有需要,這兩種結構均可進行多機箱擴展,并均可支持多類型的I/O點,包括網絡離散I/O。

編程：

MicroNet控制器為編程提供了IEC1131-3 環境。

● 功能塊圖—采用Woodward GAPTM圖形化應用編程平臺

● 順序功能圖— 用Woodward GAP語言

MICRONET TMR描述：

MicroNet TMR? 控制系統最主要的特點為采用三冗余 (TMR)結構。MicroNet TMR采用Motorola CPU (Pentium/NT CPU不支持TMR)進行雙向數據交換表決和程序同步功能。MicroNet TMR包括三個隔離的單元部分, 每個部分包含自己的CPU, CPU電源和4個I/O模板。I/O模板可以為單點、雙冗余、三冗余或其組合方式。每個單元的I/O部分可擴展到一個或多個MicroNet機箱, 接口模板使它們內部相互通訊。每個單元均可獨立監視所有的輸入數據, 執行所有的應用計算, 產生所有的輸出值和響應。輸出采用3選2邏輯。采用這種結構, 某一單元發生的故障將被允許。

三重化結構相對于雙冗余結構的優點:

● 3選2結構對于所有的I/O、硬件和控制算法,提供了更好的錯誤檢測

● 消除了單點故障問題 ??可靠性提升至將近100% ??更加靈活地實現多種容錯配置 ??更好的潛在故障檢測

● 更高的在線使用可靠性

高密度MicroNet板卡為監控系統事件提供了首出指示, 以縮短故障排除時間。這些板卡對于開關量的采樣時間為1ms, 對于模擬量的采樣時間為5ms。
MicroNet TMR采用雙電源,分別來自不同的源頭。每個電源模板均含有三個獨立的轉換器, 這三個轉換器分別對應一組CPU和I/O。三冗余電源結構為硬件故障提供了最大限度的保護。
Woodward為關鍵的開關量輸出提供完全的三冗余 (TMR)繼電器模塊。6個繼電器組合完成這種功能, 當常開配置時某一個繼電器故障, 或當常閉配置時某兩個繼電器故障, 其接通路徑不受影響, 故障將不會影響正常操作。潛在錯誤檢測用于監測繼電器故障。
MicroNet TMR控制器支持單個、兩個或三個線圈的執行器。

MicroNet TMR? 實物圖

概述：

PHD實時歷史數據庫是霍尼韋爾公司推出的生產信息集成平臺，為流程工業提供了一個用于生產實時過程管理的統一的實時數據庫平臺。作為信息化的基礎結構，它可以實施生產執行系統，與ERP的集成，先進和優化控制及設備管理等應用。

PHD不僅僅是一個實時歷史數據解決方案，還是可與各流程行業用戶共同成長的實時／歷史業務信息平臺！

特點：

● 分布式的冗余數據采集方案，確保數據的不間斷歸檔

● 毫秒及數據精度，優化的歷史數據存儲策略極大的擴展了數據存儲量

● 可靠的多線程數據庫內核設計，確保對重要生產過程數據的可靠管理

● 獨特的數據庫自動診斷功能，及獨立于數據采集時間的數據自恢復

● 專用的產品化實時數據庫接口RDI，使其像DCS一樣長期穩定運行

● Workcenter最新的實時數據網絡展示發布技術，采用.NET網頁服務和B／S解決方案。

數據庫整體結構：

PHD一體化數據庫平臺包含實時數據庫、事件數據庫、事務性數據庫和應用數據庫，可以存放不同類型的數據，支持不同的上層高級應用。

● 實時數據庫用于保存和管理過程的實時數據，如測量值等。

● 事件數據庫用于保存過程報操作信過程變化信息和SOE事件等

● 事務性數據庫用于保存實驗室分析結果，物料移動數據，設備產品信息等

● 應用數據庫用于支持一些特殊應用，如物料平衡、操作管理、績效管理和先進控制等

PHD數據庫整體結構圖：

PHD作為SIS系統數據平臺系統圖：

PHD 組件和數據流圖：

鍋爐優化控制系統

概述：隨著機組容量、運行參數的提高、負荷需求, 迫使參與調頻的機組負荷頻繁波動, 導致運行過程中過程變量產生較大的偏差, 需要運行人員手動干預才能保證生產過程的正常運行, 原有的PID控制系統已難以滿足電力生產的要求。同時由于近年燃料價格的逐節攀升, 以及電力行業減排的繁重任務, 尋求電力機組的節能減排措施已成為電力生產企業所面臨的問題。

先進優化控制技術具有優化、自適應、自學習等功能,在現代電廠的控制與優化運行中逐漸顯露優勢。

鍋爐優化控制系統是在機組原有的 DCS上層增設裝有先進控制器軟件的上位機, 通過 Modbus/OPC 接口與 DCS 系統連接。先進控制器從DCS中采集相關的運行數據, 計算出當前時刻的控制指令最優值, 通過 Modbus/OPC 接口發送到 DCS 系統, 由 DCS 送到現場執行裝置執行。

鍋爐優化控制系統采用多變量模型預測控制(簡稱 MPC) 算法。 MPC 是一種基于模型、滾動優化并結合反饋校正的優化控制算法。模型預測控制綜合利用實時信息和模型信息, 對目標函數不斷進行滾動優化, 并根據實際測得的對象輸出修正或補償預測模型, 具有自適應功能。它可以有效地抑制各種擾動因素對被控變量的影響, 使機組在受到頻繁和大幅度擾動的情況下仍能保持良好的控制品質。同時它還考慮機組運行中包括設備安全在內的各種約束條件, 能在嚴格滿足約束的情況下使設備運行在最佳工作點附近, 實現“卡邊”控制。

一、先進優化控制技術在電力機組主、再熱蒸汽溫度控制中的應用

1、主蒸汽溫度先進控制系統標

基于多變量模型預測控制技術的主蒸汽溫度先進控制可以改善蒸汽溫度控制系統的動態特性,提高鍋爐出口過熱蒸汽溫度的穩定性,減小過熱蒸汽的溫度變化范圍, 進而允許過熱器在更高溫度上運行, 獲得更高的熱效率。

主蒸汽溫度先進控制系統在 300MW 機組上的投運效果如下表所示:

2、再熱蒸汽溫度先進控制系統

基于多變量模型預測控制技術的再熱汽溫先進控制可以有效地克服主汽溫系統和再熱汽溫系統相互之間的耦合。系統投運后,可在變負荷工況下將再熱蒸汽溫度控制在±4°C之內。

二、先進優化控制技術在電力機組燃燒控制系統中的應用

我國燃煤機組鍋爐燃用的煤普遍存在著煤種多變, 偏離設計、煤質劣化、著火困難和燃燼差等問題, 因此煤質的變化成為機組運行過程中一個重要干擾因素。煤質的在線監測和識別已成為燃燒先進控制系統中非常必要的一個技術內容和手段。

燃燒先進控制系統的結構主要包括煤質實時在線檢測和燃燒控制優化系統兩部分。

煤質在線檢測裝置采用火焰閃爍特性、光譜特性、燃燒后煙氣組分、爐膛溫度特性等多源數據融合的手段, 實現機組當前燃用煤質的在線檢測和辨識。燃燒控制優化系統包括靜態和動態兩層優化。靜態優化是利用建模技術結合當前行數據, 給出在機組當前運行工況下最佳燃燒靜態參數,作為設定值提供了實時優化的目標。動態優化是采用多變量模型預測控制算法, 根據機組當前工況在多目標多約束條件下實時在線尋優, 實現在保證機組鍋爐安全運行和污染物氣體排放達標的前提下, 鍋爐的效率接近最優。

燃燒先進控制系統投運后可達到的技術指標如下表所示。

三、先進控制系統投運后的經濟效益分析

在電力機組上應用先進控制技術實現機組的優化運行, 不僅可以有效地提高機組運行的安全性,還能很好地提高機組運行效率, 減小機組氮氧化物的排放量,對實現電力機組的節能減排目標有重要意義。

以 300MW 機組為例,主、再熱蒸汽溫度先進優化控制系統投運后的直接經濟效益為人民幣 500 萬元/年左右(按汽溫平均運行值提高 3°C計算), 鍋爐燃燒先進控制系統投運后的直接經濟效益一般為人民幣 300~600 萬元/年以上。

概述：

冷機站是中央空調的冷熱源，它消耗建筑物日常能耗的30％－50％。通過我們的優化控制系統，能幫助冷機站在常規控制基礎上節約15％－30％的能耗。它采用了自適應的仿真技術在計算機上建立虛擬的冷機站模擬當前空調方案的運行，并在作出控制決策前，使用優化模型來預測控制結果，選擇最優的控制方案輸出到冷機系統。這個最佳方案能夠利用冷機站的各項潛力，在一段時間內協同各部分以最高的方案效率提供所需制冷／熱量。

優化控制系統特點：

空分優化控制系統

概述：采用基于模型預測（MPC）的優化控制技術實現空分裝置的優化目標。

空分裝置的優化控制目標主要有：

● 空分裝置的變負荷控制，即根據氧的需求量，并據此控制裝置的負荷變化

● 實現各產品質量的卡邊控制，提高最有價值產品的收率（氧、氮、氬）

● 降低空分裝置的總體能耗，包括提高壓縮膨脹機和冷箱系統的能量使用率等

并兼顧其它基本控制要求：：

● 實現空分裝置的安全平穩操作

● 保護裝置各工藝設備的約束

● 在氧的需求發生改變時，快速準確地平穩裝置的操作

● 控制各產品（氧、氮、氬）的純度

空分裝置的優化控制系統的效益有：

● 自動變負荷 – 能降低約25％氧氣放散量

● 提高產品收率 – 能降低產品質量的標準偏差50％左右

● 降低總體能耗2％左右

● 延長設備使用壽命

優化控制原理圖：縮小偏差，提高收率

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