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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 Confidential & Proprietary3
GE控制系统体系结构
GE Confidential & Proprietary4
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 Confidential & Proprietary5
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
GE Confidential & Proprietary6
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
GE Confidential & Proprietary7
OC 6000e DCS 网络
GE Confidential & Proprietary8
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
单元机组数据高速通道
GE Confidential & Proprietary9
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'
GE Confidential & Proprietary10
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
GE Confidential & Proprietary11
OC 6000e DCS 网络校时
工厂数据高速通道
操作员站
分散控制站
单元机组数据高速通道
+/-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
GE Confidential & Proprietary12
OC 6000e DCS 硬件
GE Confidential & Proprietary13
OC 6000e DCS标准机柜
GE Confidential & Proprietary14
OC 6000e DCS标准机柜
控制器 交换机
电源
GE Confidential & Proprietary15
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
GE Confidential & Proprietary16
OC 6000e DCS操作员和工程师控制台
后视图
GE Confidential & Proprietary17
OC 6000e DCS 硬件
网络
控制器I/O
GE Confidential & Proprietary18
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
GE Confidential & Proprietary19
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
GE Confidential & Proprietary20
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
GE Confidential & Proprietary21
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
GE Confidential & Proprietary22
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
GE Confidential & Proprietary23
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
GE Confidential & Proprietary24
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
GE Confidential & Proprietary25
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
GE Confidential & Proprietary26
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
GE Confidential & Proprietary27
OC 6000e DCS数字输入模块 (DI)规格
• 通道数: 16通道
• 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
GE Confidential & Proprietary28
OC 6000e DCS数字输出模块 (DO)规格
• 通道数: 16通道
• 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
GE Confidential & Proprietary29
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
GE Confidential & Proprietary30
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
GE Confidential & Proprietary31
OC 6000e DCS速度检测及保护模块
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
GE Confidential & Proprietary32
OC 6000e DCS速度检测及保护模块
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
GE Confidential & Proprietary33
OC 6000e DCS速度检测及保护模块
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%
GE Confidential & Proprietary34
OC 6000e DCS人机界面
GE Confidential & Proprietary35
OC 6000e DCS操作员图形
离子点火
GE Confidential & Proprietary36
OC 6000e DCS操作员图形
给水
GE Confidential & Proprietary37
OC 6000e DCS报警管理及图表
GE Confidential & Proprietary38
OC 6000e DCS报警管理及图表
GE Confidential & Proprietary39
OC 6000e DCS系统软件和组态工具
GE Confidential & Proprietary40
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
GE Confidential & Proprietary41
OC 6000e DCS控制逻辑工具
GE Confidential & Proprietary42
OC 6000e DCS软件文档
GE Confidential & Proprietary43
OC 6000e DCS系统数据库
GE Confidential & Proprietary44
OC 6000e DCS图形工具 -全新的工具
GE Confidential & Proprietary45
OC 6000e DCS图形工具-图库
色彩库
GE Confidential & Proprietary46
OC 6000e DCS系统安全组态
GE Confidential & Proprietary47
OC 6000e DCS系统安全组态
GE Confidential & Proprietary48
OC 6000e DCS
仿真与过程模拟
GE Confidential & Proprietary49
OC 6000e仿真器系统体系结构
GE Confidential & Proprietary50
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
GE Confidential & Proprietary51
OC 6000e一体化汽轮机控制
GE Confidential & Proprietary52
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
GE Confidential & Proprietary53
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
GE Confidential & Proprietary54
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
GE Confidential & Proprietary55
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
•一个标准机柜
•冗余UCSA控制器
•冗余供电
•AI卡×1
•DI卡×6
•DO卡×5
•继电器扩展
GE Confidential & Proprietary56
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
GE Confidential & Proprietary57
OC 6000e紧急停机系统(ETS)
GE Confidential & Proprietary58
OC 6000e紧急停机系统整合
System 1EngineeringHMI
ETS汽轮机保护Turbine ControlDCS
单元机组数据高速通道
I/O Net I/O Net
GE Confidential & Proprietary59
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
GE Confidential & Proprietary60
ETS
Front View Rear ViewETS
基本硬件
•一个标准机柜
•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 Confidential & Proprietary61
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
GE Confidential & Proprietary62
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
GE Confidential & Proprietary63
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
GE Confidential & Proprietary64
• 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
GE Confidential & Proprietary65
2oo4 配置在线测试屏
GE Confidential & Proprietary66
OC 6000e DCS
优化软件方案
GE Confidential & Proprietary67
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。
GE Confidential & Proprietary68
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
GE Confidential & Proprietary69
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
GE Confidential & Proprietary70
操作画面
GE Confidential & Proprietary71
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。
GE Confidential & Proprietary72
谢谢
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