OC 6000e控制解决方案综述 - gongkongftp.gongkong.com/UploadFile/datum/2010-1/2010012916415000001.… · Mark VI 2000 to Mark VI 和PLC 2003 专注于北美市场 2004 to 2006

OC 6000e控制解决方案综述

GE能源集团

GE Confidential & Proprietary2

目录

1. GE控制系统体系结构

2. OC6000e DCS网络

3. OC6000e DCS硬件

4. OC6000e DCS人机界面

5. 系统软件和组态工具

6. 仿真和过程模拟

7. 一体化汽轮机控制

8. 优化软件方案


GE控制系统体系结构


发展历程

1997 to 2000

一体化控制器发展始用于 Baglan Bay 9H燃机控制

Mark VI

2000 to 2003 专注于北美市场Mark VI 和PLC

2004 to 2006 全球扩展Mark VI 和Mark VIe

2007之后应用扩展OC 6000e

IGCC20,000+ I/O

ESBWR35,000+ I/O

海水淡化50,000+ I/O

~

燃煤10,000+ I/O

联合循环4,000+ I/O


GE控制系统体系结构

Small ST

Unit DCS Network

GPS

PASApplication MaintainLOD Simpanel

RTDB Server

XH Help Center

Large Screen

MicroNet

EX2100

3700Fanuc

Firewall

Atlas 505/505e

SIS/MISServer

EMapCoalogic CBO OPU ENG HSU

Modbus

Generator

Supervisory

HydroITCC

Plant SIS Network

System 1

Management Information System

Supervisory Information System

Operation MonitorInterface & Optimization

RealtimeControlProtection

SignalProcessing &LocalControl

Firewall InterfacePC Router

PC PC PC PC PC PC

CommuModule

Proficy

� Emerson Ovation� Emerson Delta V� ABB Symphony� Foxboro I/As� Honeywell Expron� Simens PLC� Rockwell AB DH+

Other DCS

CommuModule

Remote I/O

Industry

Com3

Com3

GT/ST

Com3

SpecialI/Os

TMR

MARK VIe

Com3

Com3

CCSDASSCSNCSFSSS

DEHMEHECSTSIETS

DMR

ST/Boiler/BOP

Com3

Com3 Com3

Existing XDPS

Simplex

Upgrade

Detecter DAQXducer

Video

AnalizerValve

Field Bus (Profibus, FF, Hart, and DeviceNet)

Wireless

Com3

Com3

IndustryProcess

Information Network


OC 6000e DCS 信息网 - Ethernet

操作员及工程师站

旋转机械控制

单元机组数据高速通道

历史记录

组态工具

状态监测

汽轮机 I/O 辅机 I/O

远程 I/O

分散处理站

优化

过程 I/O 过程 I/O

过程 I/O

控制器

IONet

控制器

IONet


OC 6000e DCS 网络


Distributed Processing StationsDPSI/O Module

IONet

Switch

Controller

OC 6000e DCS 网络Plant Data Highway (PDH)

Unit Data Highway (UDH)

Engineer’sWorkstation Historian

PerformanceCalculationsOperator Stations

Switch

Fiber

FCS

Field Control Station

DPS DPS分散处理站

DPSI/O 模块

IONet

网络交换机

控制器



OC 6000e DCS网络IONet Distances

控制器

网络交换机

IONet - Cat. 5100m / 328'

IONet - Cat. 5100m / 328'

I/O 模块

就地线

300m / 984'

现场设备

IONet - Cat. 5100m / 328'

IONet - Cat. 5100m / 328'

IONet - Cat. 5100m / 328'

就地线

300m / 984'

现场设备

Cat. 5 & 1 网络交换机

Cat. 5 & 2 网络交换机

IONet - Cat. 5100m / 328'

IONet –Fiber2,000m / 6,600'

IONet - Cat. 5100m / 328'

就地线

300m / 984'

现场设备

Cat. 5 & 光纤

I/O 模块

网络交换机网络交换机

网络交换机网络交换机

I/O 模块

控制器

控制器

IONet - Cat. 5

IONet - Cat. 5100m / 328'

IONet - Cat. 5100m / 328'

IONet - Cat. 5100m / 328'

IONet - Cat. 5100m / 328'

IONet - Fiber2,000m / 6,600'


OC 6000e DCS 控制网络网关

注释

• 用于大型控制网，以传输点数据，发出操作员命令以及报警信号。• 网关可以是 HMIs

DPS DPS DPS

#1机DCS

GTW

网关

DPS DPS DPS

公用 DCS系统

GTW

网关

DPS DPS DPS

#2机DCS


OC 6000e DCS 网络校时

工厂数据高速通道

操作员站

分散控制站


+/-2m 控制器间的时间相干性精密时间协议(PTP)

或者是网络时间协议 (NTP) +/-1ms 时间精度

网络时间服务器

DPS DPS DPS DPS


OC 6000e DCS 硬件


OC 6000e DCS标准机柜


OC 6000e DCS标准机柜

控制器交换机

电源


OC 6000e DCS操作员和工程师控制台

一个工作站的多重作用:• 操作员• 工程师• 维护


OC 6000e DCS操作员和工程师控制台

后视图


OC 6000e DCS 硬件

网络

控制器I/O


OC 6000e DCS 硬件

主要性能

• 高度灵活性 – I/O模块可以单独分布也可以按组分布

• 高性能 – 每个I/O模块上有本地处理器.计算能力随着系统升级而增强

• 短的维修时间 – 全面诊断及热插拔能力

• 控制器结构紧凑 – 有处理器和冗余通信控制装置的单板以及I/O 网络

• 硬件牢固耐用 – 额定温度在0至60°C的控制器不需要风扇; 额定温度在–30 到65°C的 I/O模块配备内置温度传感器

• 精确性 – 全范围精确运行

• 多功能网络 – 全面的100% 以太网

• 通信可靠 – 每个I/O模块上都有冗余网口

• 设计可靠 – 每个模块上都有标准的通道-通道隔离装置


OC 6000e DCS 硬件工作环境测试

R23R1

Q1 U2U1

R23R1

Q1 U2U1

高加速寿命试验 (HALT)应力

破坏界限

高

可操作界限

高

高

低

低

低

破坏界限

可操作界限

规格

规格

增强应力以:• 达到可操作界限

• 达到破坏界限

应力测试:• 热递增量: 在10°C步进下-100 ~ 200°C• 快速热变量: -60 ~ 90°C• 6轴随机振动：在 10Grms步进时振动10 ~ 50Grms• 综合环境: -60 ~ 100°C快速变量及10Grms步进

目标: 提高设计可靠性

• 应用于设计流程中，以确认设计限制因素

• 提高设计余量

• 成效: 提升了可靠性Thermal Imaging

通过GE及供应商设备验证

温度测试范围: -50 ~ +126°C


OC 6000e 的产品标准

正在认证中已获得证书

3701 ETS 适用

Federal Communication Commission

执行标准

http://img.cebiz.cn/Cn/tangyantoby/Dimg/A07659F9640FADC4EAD8D6DE15415131.jpg


OC 6000e DCS控制器

特点• 单板包括:

主处理器

控制器网络通信 – 以太网

IO 网络通信 – 以太网

USB及COM 接口

• 处理器: Freescale 8349, 667MHz• 操作系统: QNX RTOS• 底座装置• LEDs状态显示

环境要求• 操作温度保持在 0 ~ +60°C• 不需要风扇


OC 6000e DCS I/O 模块硬件• 1个cpu及2个数据采集板/模块

• (2) 100MB 以太网 / 模块 (IONet)精密时间协议IEEE-1588

• 热插拔功能• 模块电压: 24Vdc• 机柜电压: 90-240Vac 或 110/220Vdc

终端• 型号: 24-针(双排), 16-针 (单排)• 线规: 2.5mm2, 2条线

• 隔离: 2.21kV• 密度: 针与针之间5.08mm

包装• 机柜: NEMA 4 (IP56), NEMA 12 (IP52)• 机柜规格: 800 x 600 x 2000 mm

31.5 x 23.62 x 78.75 in• 28 个模块 / 电机壳

• 装置: DIN导轨式安装或是螺钉安装

• 模块规格: 175 x 127 x 154 mm6.89 x 5 x 6.06 in


OC 6000e DCS I/O 模块

环境条件• 操作温度: 保持在-30 ~ +65 °C• 湿度: 10 ~ 90%, 不结露

• 振幅:- 整个系统: 5-200Hz 加速度 < 5m/S2

- 零部件: 10-500Hz 加速度 < 10m/S2

• 高度: 可达2500m• 污染物: 尘粒 > 0.5uis 同时 <18K微粒/L

标准• 通信: IEEE802.3• EMC: IEC61000-4-2,3,4,5,6,8,9,10,12


OC 6000e DCS I/O模块状态LED显示

电源电源在线

运行处理器在线 (2/sec闪动)初始化 (1/sec闪动)

内在错误 RAM瘫痪, EEPROM, Flash, RAM给定值, EEPROM给定值, 内部高温, 主板错配

外在错误通道畅通或短路

Tx/Rx A 通过通信口A传输/接受信号

Tx/Rx B 通过通信口B传输/接受信号


OC 6000e DCS模拟输入模块 (AI)规格

• 两种模块:- 电流&电压输入模块

0-20mA, 0-5V, 1-5V, +/-5V, +/-10V精度:全范围运作精度 0.1%

- 温度输入模块

热电偶: J, S, R, B, T, E, K, NRTDs: Pt100/Cu50精度:全范围运作精度0.2%

• A/D 转换器: 每点1个• 通道: 16通道

• 分辨率: 24-bit• 绝缘: 点绝缘, 通道之间以及输入与接地之间为 500Vac


OC 6000e DCS模拟输出组件 (AO)规格

• D/A转换器: 每点1个D/A转换器

• 通道数: 8通道

• 分辨率: 12-bit• 信号: 0-20mA, 0-10V

精度: 全范围运作精度 0.2%• 绝缘: 点绝缘, 通道之间以及输入与接地之间为 500Vac


OC 6000e DCS数字输入模块 (DI)规格


• 信号: 24V, 正极/负极,(sink/source) logic, 1ms SOE• 绝缘: 机组之间为1000Vac, 输入和接地之间为500Vac


OC 6000e DCS数字输出模块 (DO)规格


• 信号: AC 继电器

• 类别: 继电器

• 组态: 1 NO• 额定: 250Vac, 10A• 绝缘：触点至线圈间为5000Vac• 响应: 跳闸时间 = 15ms, 释放时间 = AC-10ms, DC-5ms• 替换: 密封的插拔式接口继电器


OC 6000e DCS阀位置控制模块 (VPC)规格• 输入功率: 24VDC• 控制周期: < 10ms• 控制信号: 0 - +/- 10, 40, 80, 250mA• 反馈信号: 0-20mA, 0-400mA• 安全模式: 卡故障, 关闭电源, 看门狗重启, 通信错误

• 冗余模式: 冗余

• 输出模块: 模块 A• 输入模块: 模块 B• DI:

通道数: 2通道

运行中: 15-30V/2-5.5mA停机状态: 0-5V/0-0.5mA绝缘 (opto): 1500VDC

• D0:通道数: 1通道

继电器输出状态: NO继电器功率: 220VAC/VDC触点类型: 干/湿

• AI:通道数: 2通道

信号: +/- 10VDC, 0-20mA• AO:

通道数: 2通道

输出: 0-5VDC•LVDT:

通道数: 2通道

精度: 0.25%•Servo out:

通道数: 2通道

精度: 0.2%电流: +/- 400mA


OC 6000e DCS速度检测及保护模块

SDP 模块规格• 输入功率: 24VDC• 控制周期: < 10ms• SDP 继电器模块: TMR 继电器 I/O 模块

• TMR SDP模块: 一次进行一个热交换

• 每个 SDP 模块: I/O 模块 A: DI/DO/WSI/O 模块 B: AI

• DI:每个 SDP 模块的DI数 (终端 ): 7个运行中: 15-30V/2-5.5mA停机状态: 0-5V/0-0.5mA绝缘(opto): 1500VDC每个SDP模块的从SIMU输入的DI数(D-SUB) : 6个

• DO:每个SDP模块的DO数(终端l): 1, AST 信号 NC 继电器

继电器功率: 220AC/0-2A



速度输入• 每个 SDP模块的模块数(终端): 1, 典型三冗余配置

• 可用传感器

接近式探针输入

磁性传感器输入

霍耳效应探针输入

• 信号类型

电厂: 40mV RMS ~ 110V RMS范围: 1 ~ 20KHz分辨率: 0.1Hz



SDP 继电器模块规格• 输入功率: 24VDC• DO:

每个 SDP继电器模块的DO数(终端) 3 OPC及3 AST: 6使用2oo3 电压的DO 输出

每个DO 的开关容量220VDC/AC, 0-1A• 输入功率, 高电压

1-4个220/110 VDC/AC伏的可选通道与DO串联，以提供螺线管电源

• DI:每个 SDP继电器模块的DI数(D-SUB): 6个



速度采集规格• 周期:

从速度输入到继电器触点输出(2K~10K)的时间间隔 : 1-10ms• 速度采集

低速采集时间 (<10rpm): 1ms – 5S小和大速度测量范围: 0.1 - 20K Hz

速度采集精度 (2K~4K ): 0.1HZ• 速度显示器

屏幕显示的速度值低至 0.1• 加速度

加速精确度: 0.1%


OC 6000e DCS人机界面


OC 6000e DCS操作员图形

离子点火


OC 6000e DCS操作员图形

给水


OC 6000e DCS报警管理及图表


OC 6000e DCS报警管理及图表


OC 6000e DCS系统软件和组态工具


OC 6000e DCS 系统软件和工具控制与监测

• 图表显示

• 控制面板

• 趋势图显示

• 报警管理

• 组图显示

• 条形统计图显示

• 点状态显示

数据资料记录

• 报告

• 事故追踪记录

• 操作员动作记录

• 事件顺序记录

• 报警记录

• 系统状态记录

• 维护记录

• 历史数据记录

电厂运行• 启动/停机图表

• 性能计算

• 持续运行时间计算

• 应力计算

• 用户自定义计算

• 设备管理

工程应用工具

• 创建图表

• 创建数据库

• 创建控制逻辑

• 创建报表

• 系统状态显示

• 电子指导

• 其它应用


OC 6000e DCS控制逻辑工具


OC 6000e DCS软件文档


OC 6000e DCS系统数据库


OC 6000e DCS图形工具－全新的工具


OC 6000e DCS图形工具－图库

色彩库


OC 6000e DCS系统安全组态


OC 6000e DCS系统安全组态


OC 6000e DCS

仿真与过程模拟


OC 6000e仿真器系统体系结构


OC 6000e仿真器

解决方案• 操作员培训• 过程建模• 控制优化• 控制系统故障排除• 根本原因分析• 提高运行效率• 新控制策略试验


OC 6000e一体化汽轮机控制


OC 6000e一体化汽轮机控制厂级数据高速通道

操作员及工程师站

UDH

主机给水泵汽轮机

转速电压 PLU TSI 辅机伺服系统转速伺服系统 TSI

紧急停机紧急停机系统I/O Net


OC 6000e一体化汽轮机控制

特点• 多种汽轮机: 再热、非再热和锅炉给水泵• 全面解决方案: 控制、保护和监测

• 蒸汽旁路控制• 转子应力控制• 汽轮机自动启动• 独立的三冗余(TMR)紧急停机系统• 有效的操作: 与BCS和BOP相同的控制平台• 厂级SOE

优势• 领先技术• 降低产品生命周期成本• 一体化的控制平台• 增强可靠性和可用性• 提高操作效率


BTC

Front View Rear ViewBasic Turbine Control

G E E n e r g y

R

S

T

P W RON L

COM

1

U C S A

2

D IA G D C

USB

B o o t

F L S H

G E E n e r g y

R

S

T

P W RO N L

COM

1

U C S A

2

D IA G D C

USB

B o o t

F L S H

基本硬件

•一个标准机柜

•冗余UCSA控制器

•冗余供电

•MSP卡×3

•AI卡×3

•阀门控制卡

- 2 高压主汽门

- 4 高压调门

- 2 中压调门

•DI卡

•DO卡×2

•继电器扩展


ATC

Front View Rear ViewAdvanced Turbine Control

G E E n e r g y

R

S

T

P W RON L

COM

1

U C S A

2

D IA G D C

USB

B o o t

F L S H

G E E n e r g y

R

S

T

P W RO N L

COM

1

U C S A

2

D IA G D C

USB

B o o t

F L S H

基本硬件


•冗余UCSA控制器

•冗余供电

•AI卡×1

•DI卡×6

•DO卡×5

•继电器扩展


系统功能

基本功能

•机组启动并网

•转速控制

•功率控制

•一次调频

•CCS接口/RB

•负荷快减

•阀门管理

•阀门活动试验

•汽机保护在线试验

•OPC和功率不平衡(硬件)

•AST超速保护(硬件)

•加速度监视

ATC功能

•转子应力计算

•机组升速率限制

•汽机顺序启动

•汽机本体温度监视

ETS功能

•汽轮机超速保护

•开关量逻辑保护

•SOE功能

•在线监视功能

•转速信号在线试验

•AST电磁阀在线试验

•与OC6000e无缝集成


OC 6000e紧急停机系统(ETS)


OC 6000e紧急停机系统整合

System 1EngineeringHMI

ETS汽轮机保护Turbine ControlDCS


I/O Net I/O Net


OC 6000e紧急停机系统

此独立的紧急停机系统能监测关键汽轮机参数, 并在系统监测到紧急停机情况发生时

阻断蒸气流。

保护功能包括:• 超速• 低真空• 低油压• 过高的(轴向) 推力振动

• 润滑油高温• 推力轴承高温• 径向轴承高温• 差胀过高• 壳胀过高• 偏心率过高• 汽轮机控制系统失电

• 发电机系统故障• 锅炉燃料跳闸


ETS

Front View Rear ViewETS

基本硬件


•冗余供电

•三重冗余3701保护模块

每个模块包括

－控制器

－DI/测速卡件

－DO输出模块

•三选二扩展模块


GE Bently Nevada 3700平台

• 以 Bently Nevada 3700 为基础

• SIL3 模块系统体系结构

• CPU and 3 个I/O 卡• UDH 通信

• 可利用DCS 工具配置

48 Discrete Inputs +

6 Speed InputsTMR

8 DO

8 DO

8 DO

XH TMR Relay Terminal Block

3x 3700ETS

• 三冗余系统体系结构

• 48 DI• 6 个速度输入值

• 8 DO


特点• 带有处理器和I/O 主板的三个独立的组成部分

• 继电器三选二输出 (失电跳闸)• 信号失配和部件失效诊断

• 在线维修

• 电子元件和单个跳闸电磁阀的在线测试

• 与汽轮机控制的点对点通信

• 1ms 事件顺序记录系统 (SOE) 监测

• 3 项机柜选择

<48 DI (1) 2oo3 继电器模块一个机柜, 只有前面板接取

48 < DI < 96 (1) 2oo3继电器模块一个机柜,前面板接取和后面板接取

> 96 DI (2) 2oo3继电器模块需要有两个机柜


ETS 综述

CPU

24DI&

4WS3DO

+5DO

24DI&

4WS

CPU

24DI&

4WS

3DO+

5DO

24DI&

4WS

CPU

24DI&

4WS

3DO+

5DO

24DI&

4WS

DI_1

DI_48

转速1

输出1

输出 2

输出3

输出4

输出5

输出6

备件

备件

备件

1＃

2＃

3＃

输出1

输出2

输出3输出4

输出5

输出6 备件

1＃3＃

2＃4＃

备件

2oo3 型号配置

2oo4型号配置

机组数据高速通道

DPU

点对点通信每个传感器由ETS的三个

组成部分监测

转速2

转速 3

3 个独立的组成

2oo3 Contact Voting

&Relay Expansion

2oo3 Contact Voting

&Relay Expansion


• SIMU产生ETS模块转速信号。

• 汽轮机控制输出电压产生对应的脉冲频率，该频率能准确检测 ETS 跳闸

给定值。

• 可以在现场信号和在线仿真信号之间转换转速信号。

• 操作员可以在测试模式下转换在线转速。

在线超速给定值测试


2oo4 配置在线测试屏


OC 6000e DCS

优化软件方案


运行优化的目标和方法

出力

效率排放

电厂优化运行的目标－ “多发电、发好电”在克服机组内部各种干扰因素的条件下，使得机组以

最佳的效率满足电网对负荷的需求

以最小的排放满足社会对环境保护的要求

保持最小的机组设备寿命损耗与最小的机组主设备以

及关键辅助设备的跳闸可能性

优化本质：通过调整风粉配比来实现燃烧最佳，赢得最优效率和最低排放。

优化难点：

多变量、多目标、实时在线、闭环。


运行优化实施过程

数据获取

Heat rateNOx

X1X2

Xn

数学建模工况寻优

控制回路

数据获取－通过数据调和技术保证数据来源的

可靠性；

数学建模－通过（在线）智能神经元技术保证

模型的精度；

工况寻优－通过（在线）智能遗传技术，有效

寻求最佳工况点；

控制回路－通过安全增强与保护逻辑，在平稳的前提下完成闭环控制


内建的实时运行优化系统

安全无扰切换与保护

人工增补经验；运行人员可随时投切

优化软件系统自动判别投切；

具有预测控制功能，保证切换过程平稳平滑。

• 实时的优化系统，数据全部从DCS获取，与DCS系统无缝联接


操作画面


闵行电厂Kn3综合评价

1.Kn3与#8机组DCS无缝联接，实现了在线闭环稳定运行。

2.Kn3在不同负荷和不同的磨煤机配合投运工况下，可以帮助提高锅炉效率 0 . 5 %，降低厂用电 7 0 kW，节约供电煤耗1.8g/kWh，年节约人民币100万元。

3.为保证达到上述经济效益，需要以贴近度为标准，日常运行中严格执行Kn3的优化指令。


谢谢

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