DE4135803C2 - Einrichtung zum Steuern einer Kraftwerksanlage aus einer Mehrzahl von Kraftwerken mittels eines verteilten Computersystems - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Steuereinrichtung für eine aus mehreren Einzelkraftwerken bestehende Kraftwerksanlage, welche dafür geeignet ist, diese Einzelkraftwerke kollektiv zu be­ treiben und zu steuern.

Wärmekraftwerksanlagen beispielsweise erzeugen Dampf mittels eines Siedekessels unter Verwendung von Öl, Kohle oder Erdgas als Brennstoff, wobei der Dampf Turbinen zugeführt wird, welche einen Generator antreiben, der elektrischen Strom erzeugt. Inzwischen gibt es Kraftwerksanlagen, die aus kleineren Kraftwerken bestehen, wobei diese mehrfachen Kraftwerke als einzige große Kraftwerksanlage betrieben werden. Um die einzelnen Kraftwerke einer solchen Kraftwerksanlage steuern zu können, ist es notwendig, mittels eines komplizierten Verfahrens eine große Anzahl von Einheiten und Bauelementen zu steuern. Aus diesem Grund werden bisher eine große Zahl von Personen oder ein großdimensioniertes automatisches Steuersystem benötigt, wobei in den Prozeßcomputer Betriebsverfahren eingespeichert werden.

Fig. 1 ist ein Blockschaltbild zur Darstellung des Gesamtaufbaus einer Kraftwerksanlage mit einer Mehrzahl von einzelnen Kraftwer­ ken. Um diese Kraftwerksanlage so zu steuern, daß diese in der Lage ist, elektrischen Strom zu liefern, wird üblicherweise in der nachfolgend beschriebenen Weise vorgegangen.

Zur Erzeugung von Dampf wird eine Dampfturbine 109 mit einer Umdrehungszahl von 3000 (oder 3600) U/min angetrieben. Der so erzeugte Dampf wird in einem Kondensator 100 gesammelt, in welchem der Dampf unter Verwendung von Meerwasser abgekühlt wird. Im Kondensator 100 gekühltes Wasser wird von einem Niederdruck- Erhitzer 102 einem Entgaser 103 mittels einer Kondensatpumpe 101 über eine Kondensatleitung 100b zugeführt. Einer Entgasung mittels Vakuum und Hitze im Entgaser 103 unterworfenes Wasser wird einer Zuführungs-Wasserpumpe 104 über eine Zuführleitung 103a zugeführt und wird dann durch die Wasserpumpe 104 unter Druck gesetzt. Das unter Druck gesetzte Wasser wird von einem Hochdruckerhitzer 105 einem Siedekessel 106 zugeführt.

Bei der Anordnung von Fig. 1 ist ein derartiges System vor­ gesehen, daß kondensiertes Wasser vom Entgaser 103 dem Kon­ densator 100 zugeführt wird, und zwar über die Leitung 103b, den Innenteil des Siedekessels 106 und die Leitung 106a, und daß Zuführungswasser vom Ausgang des Hochdruckerhitzers 105 dem Entgaser 103 über die Leitung 105a und den Kondensator 100 über den Innenteil des Siedekessels 106 und die Leitung 106a zugeführt wird. In der mittleren Stufe des Starts des Kraftwerks kann somit das Wasser in dem System zirkulieren.

Die Temperatur des in den Siedekessel 106 einfließenden Wassers wird durch einen Brenner erhöht, mit der Folge der Erzeugung von Dampf hoher Temperatur und hohen Drucks. Der den Auslaß des Siedekessels 106 verlassende Dampf strömt durch eine Haupt- Dampfleitung 106b, wobei die Strömung durch ein Dampf-Steuerven­ til 107 und ein Haupt-Dampfabschaltventil 108 gesteuert wird. Daraufhin wird der Dampf der Turbine 109 zugeführt. Zu diesem Zeitpunkt wird der Dampf hauptsächlich durch das Dampf-Steuerven­ til 107 gesteuert, so daß eine vorgegebene Umdrehungsgeschwindig­ keit der Turbine erreicht wird.

Die Drehgeschwindigkeit der Turbine 109 wird durch die Frequenz des Ausgangs eines Stromgenerators 110 bestimmt. Das heißt, die Turbine 109 wird so gesteuert, daß ihre Drehgeschwindigkeit zu 3000 U/min im Bereich einer Frequenz von 50 Hz wird, bzw. daß sie gleich 3600 U/min im Bereich der Frequenz 60 Hz wird.

Der Stromgenerator 110 ist mit der Turbine 109 über dessen Zentralwelle gekoppelt und der Stromgenerator 110, und die Turbine 109 drehen sich mit der gleichen Drehzahl. Somit wird dann ein in vorgegebener Weise erzeugter elektrischer Stromaus­ gang auf die gleiche Spannung wie eine Spannung des Kraftsystems über einen Haupt-Unterbrecher 111 durch einen Haupt-Transformator 112 angehoben. Die so angehobene Spannung wird über einen Leitungsunterbrecher 113 einer Übertragungsleitung 114 der elektrischen Kraftanlage zugeführt.

Der Betrieb des Kraftwerks wird also im wesentlichen 50 durch­ geführt, wie eben erläutert worden ist. Dabei wird, wenn auch in Fig. 1 nicht dargestellt, ein Meerwasser-Kühlsystem für die Kühlung am Kondensator 100, ein Brennstoffsystem zur Erzielung einer Verbrennung durch einen Brenner zwecks Erhitzung des Wassers im Siedekessel 106 und schließlich ein Abluftsystem verwendet.

Weil eine Reihe von Verfahren zur Durchführung der Umbildung von Wasser in Dampf und der Umformung von Dampf in Elektrizität in der Gesamtheit der Kraftwerke erforderlich ist und diese Abläufe kompliziert sind, sind diese Abläufe in Fig. 1 nicht eingezeich­ net, weil darunter die Übersichtlichkeit leiden würde.

Das in der beschriebenen Weise gestartete und betriebene Kraftwerk wird durch eine Vielzahl von Bedienungspersonen einer Überwachung unterworfen, und zwar unter Verwendung besonderer Steuervorrichtungen in Verbindung mit den nachfolgend beschriebe­ nen Steuerungen.

• i) Steuerung des Kondensat-Systems vom Kondensator 100 bis zum Entgaser 103 und des für die Kühlung des kondensierenden Wassers benutzten Meerwasser­ systems.
• ii) Steuerung des Wasserzuführsystems von der Aus­ gangsseite des Entgasers 103 zum Hochdruckerhit­ zer 105.
• iii) Steuerung des Systems von der Wasserzuführung am Eingang des Siedekessels 106 zur Dampfleitung 106b auf der Ausgangsseite des Brennstoffsystems des Brenners zur Durchführung der Verbrennung und des Luftabzugssystems.
• iv) Steuerung des Systems mit Dampfsteuerventil 107 zur Steuerung der Strömungsmenge des Haupt-Dampf­ stroms zum Antrieb der Turbine 109, des Haupt- Dampfabschaltventils 108, der Turbine 109 und des Kondensators 100.
• v) Steuerung zur Anregung des Stromgenerators 110 zur Abgabe eines vorgegebenen elektrischen Stroms auf die Übertragungsleitung 114.

Die Anordnung eines üblichen Steuersystems mit besonderen Steuervorrichtungen zum Betrieb des oben erläuterten Kraftwerks ist in Fig. 2 dargestellt.

Eine Bedienungsperson beobachtet Fernsehmonitore 11, 12 und 13 auf einem Bedienungspult 1 und gibt über eine Eingangsvorrichtung 14 Befehle auf einen Computer 2, um so Steuersignale zu den entsprechenden Steuervorrichtungen 6 bis 10 des Kraftwerks zu senden, und zwar über eine Eingangs/Ausgangs-Verarbeitungsvor­ richtung 3 des Computers 2.

Unter Überwachung der Zustände des Kraftwerks wählt die Bedie­ nungsperson die entsprechenden Steuer- oder Befehlsschalter aus und betätigt die Tasten von Instrumenten und/oder Anzeigevor­ richtungen des Steuerpults 4, womit es möglich wird, gleichzeitig Betriebssignale für die entsprechenden Steuervorrichtungen 6 bis 10 auszusenden. Um das Kraftwerk zu starten und in der erläuter­ ten Weise auf der Grundlage eines Instruments des Systems zu betätigen oder derart zu befehlen, daß eine Soll-Last gewähr­ leistet ist, und um gegebenenfalls bei entsprechenden Umständen einen notwendigen Anhaltevorgang durchzuführen, teilen eine Vielzahl von Bedienungspersonen die Handhabungen einer großen Anzahl von Betriebsschaltern und/oder Drucktasten unter Ver­ wendung des Steuerpults 4 von Fig. 2 unter sich auf. Eine andere Möglichkeit besteht darin, daß eine Bedienungsperson vom Steuerpult 1 aus den Prozeß-Computern 2 Befehle zuleitet, und zwar unter gleichzeitiger Beobachtung der Anlage mittels der Fernsehmonitore des Steuerpults 1. Damit werden Steuersignale den entsprechenden Steuervorrichtungen 6 bis 10 über die Eingangs/- Ausgangs-Einrichtung 5 oder die Eingangs/Ausgangs-Verfahrens­ einheit 3 zugeleitet, und Eingangssignale für die Überwachungs­ steuerung der Anlage werden in das System hineingenommen.

Bezüglich des Starts des Kraftwerks gibt es verschiedene Arten von Startmustern, abhängig davon, wieviele Tage das Kraftwerk außer Betrieb war. In Übereinstimmung mit diesen Startmustern muß das Kraftwerk auf unterschiedliche Weise gesteuert werden.

Weiterhin sind verschiedene unterschiedliche Betriebsarten durchzuführen, um den Wirkungsgrad des Brennstoffs und den Strom in Übereinstimmung mit vier Arten von Startmethoden (sehr heiß, heiß, warm und kalt) zu optimieren, wobei eine vorherige Festlegung erforderlich ist, um die Startzeit zu optimieren.

Wenn versucht wird, die Kraftwerksanlage unter Verwendung eines üblichen Steuersystems, wie oben beschrieben, zu betreiben, dann sind ein umfangreiches Steuersystem und eine Vielzahl von Bedienungspersonen zur Überwachung des Systems erforderlich. Die dafür erforderliche Ausrüstung ist sehr kostspielig, und die Personalkosten sind sehr hoch.

Um eine Vielzahl von Einzel-Kraftwerken der Kraftwerksanlage mit Hilfe einer großen Zahl von Bedienungspersonen und einem umfangreichen automatischen System zu betreiben, sind große Investitionen erforderlich, und darüberhinaus fallen beträcht­ liche Kosten für die Schulung einer großen Zahl von Bedienungs­ personen und für deren Entlohnung an.

Die vorliegende Erfindung eines verteilten Steuersystems ist für die Anwendung bei einer großen Kraftwerksanlage bestimmt, die eine kombinierte Zyklus-Anlage ist und aus einer Gasturbine, einem Wärmewiedergewinnungs-Siedekessel und einer Dampfturbine besteht, wohingegen die Technologie für den kollektiven Betrieb und die Steuerung einer vergleichsweise kleinen, eine kombinierte Zyklus-Anlage darstellenden Kraftwerksanlage mit einer Mehrzahl von Kraftwerken durch den Erfinder bereits früher offenbart und in der US-PS 4,550,379 veröffentlicht worden ist.

Es sind Steuereinrichtungen für einzelne Kraftwerksblöcke be­ kannt, welche hierarchisch in mehrere Steuerebenen mit einer Warte als oberster Ebene gegliedert sind (G. Herrmann, D. Hamm, VGB Kraftwerkstechnik 63, März 1983, S. 217-222; D. Klostermeyer, M. Pahl, VGB Kraftwerkstechnik 64, Juni 1984, S. 531-538; R. Bachmann, L. M. Panis, M. Salm, Brown Bovery Mitt. 8-84, S. 324-326; L. M. Panis, M. Salm, Brown Bovery Mitt. 8-84, S. 327-335). Hierbei werden alle auf den ver­ schiedenen Steuerebenen anfallenden Daten seriell auf einen gemeinsamen Datenbus mit einer entsprechenden Senderadresse zur Identifizierung aufgegeben, so daß alle relevanten Prozeß­ daten auf dem Datenbus vorhanden und für alle Steuerebenen zugänglich sind. Weiterhin kann die Prozeßleitebene direkt in die Steuerung auf Ebenen unterhalb der Blockebene eingreifen.

Werden mehrere Kraftwerke gemeinsam gesteuert, vervielfältigt sich gegenüber der Steuerung eines einzelnen Kraftwerksblocks die Menge der anfallenden Daten beträchtlich, die gemäß dem Stand der Technik auf den Datenbus bereitgestellt werden. Dem­ entsprechend ist die Datendichte auf dem Datenbus erheblich höher, was sich auf die Übertragungssicherheit und die Über­ tragungsdauer negativ auswirkt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Einrichtung zum Steuern einer aus mehreren Kraftwerken bestehenden Kraft­ werksanlage zu schaffen, welche eine Steuerung und Überwachung von einer zentralen Warte aus gestattet und den raschen und sicheren Austausch von Prozeß- und Steuerdaten zwischen der Warte und den Einzelkraftwerken gewährleistet.

Diese Aufgabe wird durch eine Steuereinrichtung nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Fortbildungen sind in den Unteransprü­ chen angegeben.

Das erfindungsgemäße Steuersystem gewährleistet vereinfachte Betriebsabläufe und senkt so die großen Anschaffungs- und Un­ terhaltungskosten. Erfindungsgemäß ist eine zentrale Überwa­ chungs- und Steuereinheit vorgesehen, welche über die Übertra­ gungseinrichtung den Betriebszustand der jeweiligen Einzel­ kraftwerke überwacht und steuert und hierzu zum Beispiel Start/Stop-Befehle oder einen Lastbetriebsbefehl an die ent­ sprechenden Einzelkraftwerke abgibt. Weiterhin sind Einzel­ ,kraftwerk-Steuereinrichtungen vorgesehen, die logische Schaltkreise für entsprechenden Systemgruppen der jeweiligen Kraftwerke enthalten, so daß die Betriebsweise dieser Steuer­ einrichtungen vereinfacht wird. Dementsprechend kann die Kraftwerksanlage durch einfache Befehle, zum Beispiel Start-, Stop- oder Lastbetriebsbefehle, von der zentralen Überwa­ chungs- und Steuereinrichtung betrieben werden.

Dementsprechend ist erfindungsgemäß eine Kraftwerkssteuerung mit einfacheren Mitteln und einer geringeren Anzahl von Bedie­ nungspersonen möglich, während bisher etwa zehn bis zwanzig Bedienungspersonen zur Steuerung eines komplexen Steuersystems erforderlich waren. Der für den Betrieb einer Kraftwerksanlage erforderliche technische und wirtschaftliche Aufwand kann so­ mit verringert werden.

In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild der Gesamtheit einer typi­ schen Kraftwerksanlage aus einer Vielzahl von Einzelkraftwerken,

Fig. 2 ein Blockschaltbild einer üblichen Überwachungs- und Steuereinrichtung für eine Kraftwerksanlage,

Fig. 3 ein Blockschaltbild der Gesamtheit einer Ein­ richtung zum Steuern einer Kraftwerksanlage mittels verteilter Computersysteme gemäß einer Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 4 ein Blockschaltbild der Einzelheiten der Steue­ rung der Einzelkraftwerke bei der Steuereinrich­ tung von Fig. 3,

Fig. 5 ein Blockschaltbild der Einzelheiten der Steue­ rung der Entgasungs-Zirkulationsleitung bei einer Steuereinrichtung nach Fig. 3 und

Fig. 6 ein Blockschaltbild des Einzelaufbaus der Steuer­ vorrichtungen für die Einzelkraftwerke bei der Steuereinrichtung von Fig. 3.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen beschrieben.

Fig. 3 ist ein Blockschaltbild einer Steuereinrichtung für eine Kraftwerksanlage nach der Erfindung. Gemäß Fig. 3 weist die erfindungsgemäße Steuereinrichtung für eine Kraftwerksanlage eine Mehrzahl von Steuereinheiten 40A, 40B . . . 40N auf, die dazu dienen, als Steuervorrichtungen eine Kraftwerksanlage 700 zu betreiben, die aus einer Mehrzahl von Einzelkraftwerken 70A, 70B . . . 70N besteht. Weiterhin besteht die Steuereinrichtung aus Eingangs/Ausgangs-Steuerpulten 50A, 50B, . . . 50N für die Durchführung von Eingangs- und Ausgangsoperationen von Signalen zwischen den Steuereinheiten 40A, 40B, . . . 40N und den Einzel­ kraftwerken 70A, 70B, . . . 70N, aus Datendiensteinheiten (Datenservern) 30A, 30B . . . 30N für das Zurückhalten von Steuerdaten und Überwachungs­ daten für die Einzelsteuerung der entsprechenden Einzelkraftwerke 70A, 70B, . . . 70N, und aus einer zentralen überwachungs- und Steuereinrichtung 20 für die Durchführung der Übertragung und Aufnahme der Daten zwischen der Zentraleinrichtung 20 und den Datendiensteinheiten 30A, 30B, . . . 30N. Wenn bezüglich eines bestimmten Kraftwerks Erläuterungen gegeben werden sollen, werden nur Kennziffern verwendet, und zwar ohne die Buchstabensymbole A bis N.

Entsprechende Steuereinheiten 40 führen die Verarbeitung der Überwachungssteuerung durch, und zwar werden von den Kraftwerken Prozeß-Eingangssignale 61 den Ausgängen 51 als Betriebsbefehle für die entsprechenden Kraftwerke 70 zugeführt.

Daten, wie etwa die Prozeß-Eingangssignale 61 usw., die in den Prozeßeinheiten 40 verarbeitet worden sind, werden in den entsprechenden Datendiensteinheiten 30 gespeichert. Die so gespeicherten Daten werden zwischen den Einheiten 30 und der zentralen Überwachungs- und Steuereinrichtung 20 mittels einer Datenleitung, welche die entsprechenden Datendiensteinheiten 30 miteinander verbindet, übertragen und empfangen.

Die zentrale Einrichtung 20 weist Videomonitore 21 und 23 und eine Betriebs-Eingangsvorrichtung 25 für die erwähnte Steuerung der Kraftwerke auf. Die Videomonitore 21, 23 und die Vorrichtung 25 sind über Videosteuervorrichtungen 22 und 24 usw. mit der Datenhauptleitung verbunden, womit es möglich ist, den Betrieb aller Einzelkraftwerke 70 mit Befehlen zu versorgen und den Zustand des Betriebs festzustellen.

Um das Anfahren, den Lastbetrieb und das Anhalten aller Einzel­ kraftwerke 70 durchführen zu können, wählt eine Bedienungsperson mittels der Betriebs-Eingangsvorrichtung 25 ein zu betreibendes Kraftwerk aus, damit die Videomonitore 21 und 23 den notwendigen Zustand und/oder die Daten dieses Kraftwerks anzeigen, um dann einen Betriebsbefehl geben zu können. Die für den Betrieb des Kraftwerks notwendigen Befehle und/oder die zur Überwachung erforderlichen Prozeßdaten werden der Datendiensteinheit 30 des entsprechenden Kraftwerks 70 zugeführt und werden von diesem durch die Datenhauptleitung empfangen.

Der Betriebsbefehl wird der Steuereinheit 40 durch die Daten­ diensteinheit 30 zugeführt, wo eine Umsetzung in Daten für die Steuerung erfolgt. Die Steuereinheit 40 erzeugt ein Steuersignal. Das so erhaltene Steuersignal wird dem Kraftwerk 70 zugeführt.

Durch das Kraftwerk 70 wird ein notwendiger Prozeß-Zustand in die Steuereinheit 40 als Eingangssignal 61 eingegeben, wo es in Eingangsdaten umgesetzt wird. Die so erhaltenen Eingangsdaten werden in verschiedener Gestalt über die Datendiensteinheit 30 und die Datenhauptleitung auf den Monitoren 21 und 23 darge­ stellt.

Um das Kraftwerk 70 so zu steuern, daß es den notwendigen Ausgang erzeugt, wird so vorgegangen, daß gemäß einem Ablaufprogramm die zu verschiedenen Kraftwerken gehörenden Ausrüstungen betrieben werden, nämlich das Kondensat/Zuführungswasser-System zur Zuführung von Wasser zum Siedekessel, die von dem vom Siedekessel zugeführten Dampf angetriebene Turbine, der mit der Turbine über die Welle verbundene Generator, und es muß auch die Anregung des Generators oder einer elektrischen Steuerung des erzeugten elektrischen Ausgangs erfolgen.

Jede Steuereinheit 40 dient zur Steuerung aller für den Betrieb des Kraftwerks 70 erforderlichen Ausrüstungen. Fig. 4 zeigt im einzelnen das Steuersystem des Kraftwerks 70. Die Steuereinheit 40 besteht aus einer einzigen Steuervorrichtung einfachen Aufbaus, in der geeignete Betriebsverfahren für das Start/Stop- Verfahren durchgeführt werden, und zwar bezüglich einer Gruppe von Ausrüstungsgeräten, welche das Kraftwerk 70 beinhaltet, nämlich das Meerwasser/Kondensat-System 80, das Zuführungs­ wasser/Heizsystem 81, das Siedekessel/Brenner-System 82, das Turbinensystem 83 und das Generator/Elektrosystem 84, wobei deren Betriebsablauf gespeichert ist.

Gemäß dem in der Steuereinheit 40 gespeicherten Verfahrensablauf wird ein Operationsausgang 51 dem Eingangs/Ausgangs-Schaltpult 50 zugeführt. Im Schaltpult 50 wird dieser Operationsausgang in ein Operationssignal umgesetzt, um so eine Übereinstimmung mit den entsprechenden Systemen 80 bis 84 des Kraftwerks 70, das gesteuert werden soll, zu erreichen.

Ein für jede Ausrüstungsvorrichtung der entsprechenden Systeme charakteristisches Signal wird als Prozeß-Eingangssignal dem Eingangs/Ausgangs-Steuerpult 50 zugeführt, in welchem es in ein Signal umgesetzt ist, das sich dazu eignet, durch die Steuervor­ richtung der Steuereinheit 40 verarbeitet zu werden. Das erhaltene Signal wird verstärkt und wird dann als Eingangssignal 61 der Steuereinheit 40 zugeführt.

Um eine Mehrzahl von Kraftwerken 70 anfahren, anhalten und betreiben zu können, und zwar durch eine einzige exklusive Steuereinheit 40, wird gemäß der Erfindung ein Annäherungsvorgang verwendet, dergestalt, daß gemäß einem Standard-Betriebsablauf in die Speicher der Steuereinheiten 40 die Programme von einem oder von zwei Betriebsabläufen zur Steuerung der entsprechenden Kraftwerke 70 eingespeichert werden, um so das Anfahren, den Lastbetrieb und das Anhalten der entsprechenden Einzelkraftwerke 70 aufgrund nur der gespeicherten Verfahrensabläufe durchführen zu können.

In der Steuereinheit 40 kann ein Microprozessor (Zentralprozeß­ einheit) verwendet werden, dessen Speicherkapazität zehnmal oder vorzugsweise sechzehnmal größer ist als diejenige der in verschiedenen exklusiven Steuervorrichtungen nach dem Stand der Technik verwendeten Zentralprozeßeinheiten, wobei auch die Verarbeitungsgeschwindigkeit mehrere Male größer sein soll. Die in den einzelnen exklusiven Steuervorrichtungen gespeicherte Steuerlogik kann somit in einer einzigen Steuereinheit 40 gespeichert werden.

Bei der üblichen Kraftwerkssteuerung übermittelt eine Bedienungs­ person den verschiedenen Steuervorrichtungen Befehle in Ab­ hängigkeit von den Zuständen der Kraftwerke 70, oder es wird eine Annäherung verwendet, um es dem Prozeßrechner zu ermöglichen, Programme zu speichern, um so automatisch Operationsbefehle auszugeben und durchzuführen.

Bei der Erfindung dagegen ist der Vorgang der Betätigung oder Manipulation zum Zeitpunkt des Starts und des Anhaltens des Kraftwerks vereinfacht und auf eine Benutzungsmethode begrenzt, die auf ein oder zwei Muster festgelegt ist, um so Speicherkapa­ zität der Zentralprozeßeinheit zu sparen. Demgemäß ist es möglich, den Vorgang der Manipulation für Start und Anhalten als Programm im Speicher der Steuereinheit 40 zu speichern.

Betrachtet man die Gesamtheit des Kraftwerks 70, dann existieren gemäß Fig. 1 tatsächlich viele Ausrüstungsvorrichtungen. Insbesondere für den Motor sind zwei Manipulationen bezüglich des Anfahrens und des Anhaltens erforderlich, ebenso für das Ventil, das zwei Manipulationen benötigt, nämlich für das Öffnen und für das Schließen. Demgemäß ist es notwendig, eine große Anzahl von Operationsterminals und Steuerlogiken zu verwenden. Aus diesem Grund wird eine Annäherung verwendet, um so einen Hardware- Betrieb als exklusive Logik auf einer Schaltplatte mit ROM und einem damit kombinierten Verarbeitungschip durchführen zu können, um so zugeordnete Operationsterminals als eine Gruppe zu erhalten und dem ROM zu ermöglichen, auf der Schaltplatte die Steuerlogik zu speichern, womit eine weitere Verminderung der Belegung von Speicherplätzen durch die Zentralprozeßeinheit gewährleistet ist. Die Möglichkeit also, daß der Verfahrensablauf durch eine einzige Steuereinheit 40 durchgeführt werden kann, wird damit erhöht.

Anhand des Übersichts-Blockschaltsbilds von Fig. 1 soll nun ein Beispiel gegeben werden, und zwar bei einer Kondensatleitung 100b vom Kondensatorausgang über die Kondensatpumpe 101, den Nieder­ druckerhitzer 102, den Entgaser 103 und die Entgaser-Zirkula­ tionsleitung 103b. Die Entgaser-Zirkulationsleitung gehört zum Meerwasser/Kondensatwasser-System des Kraftwerks von Fig. 4.

In dieser Entgaser-Zirkulationsleitung sind Pumpen und Ventile zu betätigen, wie dies in Fig. 5 angedeutet ist, und diese Elemente können als eine Gruppe aufgefaßt werden.

Mit dem Steuersystem für die Entgaser-Zirkulationsleitung sind Operationen erforderlich, um mittels der Kondensatpumpe (CP) 101 und einer Kondensat-Überdruckpumpe (CBP) 101a Wasser vom Kondensator (COND) 100 herauszuführen und Wasser vom Entgaser (DEA) 103 durch den Niederdruck-Erhitzer (LP-HTR) 102 zurück zum Kondensator 100 zu führen, wobei diese vorgegebenen Operationen oder Manipulationen durch ein exklusives Steuerpult 41 durch­ geführt werden, in welchem eine erforderliche Steuerlogik in der Steuereinheit 40 gespeichert ist, und durch das Eingangs/Aus­ gangs-Steuerpult (IOP) 50 für die Verarbeitung eines Prozeß- Eingangs/Ausgangs-Signals dieses Steuersystems.

Der Betriebsablauf dieses Systems kann in zwei Fälle unter­ schieden werden.

In dem einen Fall ist die nach dem Abschalten des Kraftwerks 70 vergangene Zeit länger als zwei Tage, und das Kraftwerk wird gestartet, nachdem die Zirkulation des Wassers in der Entgaser- Zirkulationsleitung unterbrochen worden ist. In diesem ersten Fall wird der Betrieb der Pumpe oder des Entgasers des Systems angehalten, um so die Zirkulation des Wassers zu unterbrechen. Beim Starten des Kraftwerks werden dann die Kondensator-Über­ druckpumpe 101a und die Kondensatorpumpe 101 gestartet, um so eine Entmineralisierungs- bzw. Entsalzungsvorrichtung zwischen der Kondensatpumpe 101 und dem Niederdruck-Erhitzer 102 in Betrieb zu setzen, wobei zugleich die Ventile a, b, c, d, e, f, und g des Systems in Folge geöffnet und geschlossen werden, um so das Wasser gemäß Fig. 5 zirkulieren zu lassen und den Entgaser 103 in Betrieb zu setzen.

Der zweite Fall ist der, daß das System der Entgaser-Zirkula­ tionsleitung innerhalb von zwei Tagen nach Abschaltung des Kraftwerks in Betrieb gesetzt wird und die erforderlichen Geräte betrieben werden müssen. In diesem Fall verläuft die Operation in einem vervollständigten Zustand, und die Verbesserung und die Erhaltung der Wasserqualität werden im System während der Beobachtung des Betriebs der erforderlichen Geräte durchgeführt.

In der Steuerplatte 41 der Steuereinheit 40 ist der Operations­ ablauf für den Fall 2 in den ROM eingespeichert, so daß alle Betätigungsvorgänge des Falls 1 und des Falls 2 gemäß dem Befehl der Steuereinheit 40 durchgeführt werden können.

Die Steuerplatte 41 sendet einen Operationsbefehl zur Kon­ densatpumpe 101, zur Kondensat-Überdruckpumpe 101a und zu den Ventilen a bis g, und zwar über die Eingangs/Ausgangs-Steuer­ platte 50, so daß also von der Eingangs/Ausgangs-Steuerplatte 50 ein Eingangssignal für die Überwachungssteuerung empfangen wird.

Beim Abschalten des Kraftwerks 70 wird der Ausgang des Generators in der gesamten Anlage von Fig. 1 zu Null gemacht, um so eine Abschaltung vom Übertragungssystem durchzuführen. Dann wird die Dampfströmung in die Turbine 109 unterbrochen, um die Turbine und den Brenner des Siedekessels 106 und damit die zugehörigen Pumpen oder die Betätigung der Ventile abzuschalten bzw. zu unter­ brechen, um so das System in einen Zustand entsprechend dem Zustand vor dem Start zu versetzen. Der Abschaltvorgang kann dabei entsprechend den erwähnten Fällen 1 und 2 gewählt werden. Dabei wird auf die Steuersysteme 80 bis 84 von Fig. 4 in Abhängigkeit von einer notwendigen Anhalte zeit ein Befehl gegeben, um das Kraftwerk 70 so zu steuern, daß es sich in einem Ruhezustand befindet.

Gemäß Fig. 4 ist die Steuereinheit 40 so aufgebaut, daß die Gruppen von Operationsvorgängen, wie etwa die Gruppe der in Fig. 5 gezeigten Steuerung der Entgaser-Zirkulationsleitung, ent­ sprechend den Steuervorrichtungen 80 bis 84 vorgesehen sind, um die Manipulation des Kraftwerks 70 vornehmen zu können, wobei spezielle Steuerplatten 41 vorgesehen sind, wie sie in Fig. 5 gezeigt sind, die entsprechend zugeordnet sind. Bezüglich der Gruppe von Operationsbeendigungen kann das System folgendermaßen aufgeteilt werden:

• 1) Kondensator-Meerwasser-System,
• 2) Entgaser-Zirkulationssystem,
• 3) Zuführungswasser-Pumpensteuersystem,
• 4) Hochdruckerhitzer-Steuersystem,
• 5) Siedekessel-Zuführwasser-Zirkulationssystem
• 6) Siedekessel-Luftabzug-Steuersystem
• 7) Siedekessel-Brennstoffsteuersystem
• 8) Brenner-Steuersystem
• 9) Siedekessel-Temperaturerhöhung-und Dampftemperatur- Steuersystem
• 10) Turbinen-Steuersystem
• 11) Generator-Anregungssteuersystem
• 12) Leistungssteuersystem
• 13) System für die Überprüfung und die chemische Behandlung der Wasserqualität.

Zusätzlich zu den erwähnten Systemen ergeben sich bei einer kohlebeheizten Anlage noch folgende Systeme:

• 14) System für die Zuführung der Kohle,
• 15) Steuersystem für die Entschwefelung des Abgases.

Bei einer ölbeheizten Anlage kommt noch hinzu:

• 16) Steuersystem für die Entschwefelungsanlage.

Im Fall von verflüssigtem Ergas (LNG) bzw . . Flüssiggas kommt noch hinzu:

• 17) Zuführ-Steuersystem für den Gasbrenner.

In der Steuereinheit 40 sind verschiedene spezielle Schaltplatten 41 vorgesehen, in denen für die entsprechenden speziellen Zwecke Steuerlogiken im ROM gespeichert sind, um so die Betriebsart des Kraftwerks auswählen zu können oder eine Anforderung des Steuersystems für die elektrische Leistungsabgabe aufzunehmen und eine Operationsmanipulation vornehmen zu können, welche die erforderlichen Befehle den jeweiligen Schaltplatten 41 der oben erwähnten Systeme (1) bis (17) zwecks Durchführung der ent­ sprechenden Steuervorgänge zuführen.

Fig. 6 zeigt im einzelnen die Steuereinheit 40. Dabei erlaubt gemäß Fig. 6 die Steuereinheit (UC) 40 der Datendiensteinheit 30 diejenigen Daten zu empfangen, die notwendig sind, um das zu steuernde Kraftwerk betreiben zu können, und zwar über die Datenhauptleitung. Das Übertragungsmodul 40f empfängt Daten, wie etwa das Betriebsmuster des Start-Stop-Befehls, die Betriebs- Startzeit und den Soll-Ausgang des Kraftwerks 70, wobei diese Daten von der zentralen Überwachungs- und Steuereinheit 20 über die Datendiensteinheit 30 übermittelt und im Hauptspeicher 40b gespeichert werden.

Der Microprozessor (CPU) 40a überträgt eine notwendige Steuerlo­ gik von der Diskette 40c auf den Hauptspeicher 40b über eine Speicherleitung 40d auf der Basis der aus dem Hauptspeicher 40b ausgelesenen Information, um dann die Ausführung durchzuführen.

Die Steuerlogik beinhaltet den für den Betrieb der zu steuernden Kraftwerkseinheit erforderlichen Ablauf und erzeugt auf der Grundlage einer Auswahl unter den obigen Prozeßabläufen Signale, die zu den entsprechenden Steuersystemen der Kraftwerke gesendet werden.

Eine Bedienungsperson beobachtet den Betriebszustand des entsprechenden Kraftwerks unter Verwendung der Monitore 21 und 23 der zentralen Überwachungs- und Steuereinrichtung und entscheidet, welches der Kraftwerke gestartet bzw. angehalten werden soll.

Unter Verwendung der Betätigungs-Eingangsvorrichtung 25 werden dann Befehle den zu startenden, anzuhaltenden oder zu betreiben­ den Kraftwerken 70 zugeführt, und zwar deren Steuereinheiten 40 über die Datenhauptleitung und die Datendiensteinheit 30.

Bezüglich des anzuhaltenden Kraftwerks 70 wird eines von zwei Ablaufmustern bestimmt, und zwar in Übereinstimmung mit einem Vorgabewert für den Sollausgang oder in Übereinstimmung mit dem Zeitablauf der anzuhaltenden Vorrichtungen, wie etwa des Generators, der Turbine oder des Siedekessels.

Das Ablaufmuster 1 entspricht dem Fall 1, wobei die Zeitspanne, bis das Kraftwerk wiederum gestartet werden soll, mehr als zwei Tage beträgt. In diesem Fall werden alle in Fig. 5 gezeigten Ausrüstungs-Vorrichtungen angehalten, oder es wird der Betriebs­ zustand wiederum in den Zustand vor der oben beschriebenen Entgaser-Zirkulationsleitung (Fig. 5) versetzt.

Das Ablaufmuster 2 entspricht dem Fall, daß die Zeit bis zum erneuten Start des Kraftwerks innerhalb einer Zeitspanne von zwei Tagen liegt. In Fig. 5 sind die Systeme von der Entgaser- Zirkulationsleitung zu den nachfolgenden Systemen, also das Zuführungswasser, der Erhitzer und die Siedekessel-Zirkulations­ systeme alle in Betrieb. Insbesondere entspricht dieser Zustand einer unmittelbaren Verschiebung auf die Zündung des Brenners des Siedekessels. Bei diesem Muster sendet die Steuereinheit dieses Kraftwerks Betätigungsbefehle über eine Datenleitung 40e zum IO Steuergerät 40g, zum IO Modul 50g, zu den entsprechenden Manipulationsgruppen 40h bis 40j und zu den entsprechenden IO Modulen 50h bis 50j, und zwar in Übereinstimmung mit einem Betätigungsablauf, wie er in der Steuerlogik des Hauptspeichers 40b und der Speicherdiskette 40c von Fig. 6 gespeichert ist, um so das Kraftwerk in einen vorherbestimmten Anhaltezustand zu bringen.

Andererseits kann bezüglich des anzuhaltenden Kraftwerks 70 die Steuereinheit 40 den Anhaltezustand zu diesem Zeitpunkt aus dem Eingang und dem Inhalt des Speichers erkennen. Damit wird dann das Startmuster bestimmt. Wenn das Anhaltemuster das Muster 1 ist, dann werden aus der Betätigungsgruppe des Entgasungs- Meerwassersystems die Betätigungsgruppen 40g bis 40j und die Gruppen 50g bis 50j von Fig. 6 der Reihe nach gesteuert.

Beim Muster 2 wird die Betätigungsgruppe nach dem Entgaser- Zirkulationsleitungssystem auf die gleiche Weise wie beim Muster 1 gesteuert. Bei beiden Mustern wird der zeitliche Ablauf für die Haupt-Ausrüstungsvorrichtungen, die gestartet werden sollen, im voraus festgelegt. Damit kann vorab festgelegt werden, zu welchem Zeitpunkt eine bestimmte Soll-Ausgangsleistung erreicht sein wird.

Durch ein solches vereinfachtes Anhalte/Start-Muster werden die entsprechenden Einzelkraftwerke auf der Grundlage einer zentralen Anforderung der Stromerzeugeranlage betrieben. Bezüglich der einem Lastbetrieb unterworfenen Kraftwerkseinheit wird unter Verwendung der Videomonitore und der Betätigungs-Eingangsvor­ richtung ein Soll-Ausgang der Steuereinheit 40 mitgeteilt, und zwar durch Datenübertragung. Damit ist es möglich, den gewünsch­ ten Soll-Ausgang tatsächlich zu erhalten.

Eine Bedienungsperson betätigt die Videomonitore 11 und 21 und überwacht die Betriebszustände einer Einheit von Kraftwerken der entsprechenden Anlage. Darzustellende Daten werden periodisch von allen IO Modulen der Steuereinheiten 40 abgetastet. Die Daten werden kurzzeitig aufrechterhalten und dann aktualisiert. Notwendige Daten eines bestimmten Kraftwerks werden von der Betätigungs-Eingangsvorrichtung 25 ausgewählt. Die so ausgewähl­ ten Daten werden von der Datendiensteinheit 30 auf die Steuervor­ richtungen 20 und 24 der Monitore über die Datenleitung über­ tragen und werden dann auf den Schirmen der Videomonitore 21 und 23 dargestellt.

Claims (7)

1. Steuereinrichtung zum kollektiven Betreiben und Steuern einer Kraftwerksanlage (700), welche eine Mehrzahl von Einzel­ kraftwerken (70A, 70B, . . . 70N) umfaßt, die jeweils eine Viel­ zahl von Operations-Endgruppen kontrollieren, und welche um­ faßt:
eine Vielzahl von Einzelkraftwerk-Steuereinrichtungen (40), welche für jedes einzelne aus der Vielzahl der Einzelkraftwer­ ke (70), welche die Kraftwerksanlage (700) bilden, vorgesehen sind und eine Steuerlogik zum exklusiven Betätigen der Opera­ tions-Endgruppen der individuellen Einzelkraftwerke (70) auf­ weisen,
eine Vielzahl von Datenservern (30), die für jedes individuel­ le Einzelkraftwerk (70) vorgesehen sind, um die für den Be­ trieb des jeweils zugeordneten Einzelkraftwerks (70) nötigen Informationen zu speichern,
eine zentrale Überwachungs- und Steuereinrichtung (20), welche dafür eingerichtet ist, die Einzelkraftwerke zu steuern und ihren Betriebszustand zu überwachen und die zum Betrieb der Einzelkraftwerke (70) nötigen Anweisungen an die individuellen Einzelkraftwerke (70) entsprechend der Benutzungsart des elek­ trischen Systems zu geben,
und eine Übertragungseinrichtung, welche Daten zwischen den Datenservern der Einzelkraftwerke (70) und der zentralen Über­ wachungs- und Steuereinheit (20) überträgt, um Informationen oder Anweisungen, die für den Betrieb des Einzelkraftwerks (70) nötig sind, zu übermitteln, wobei die individuellen Ein­ zelkraftwerk-Steuereinrichtungen (40) einen Speicherteil zum Speichern von einigen Steuerlogikmustern jeweils individuell für eine Operations-Endgruppe und einen Rechnerteil zum unab­ hängigen Auswählen eines Steuerlogikmusters zum ausschließli­ chen Steuern einer der Operations-Endgruppen aus den in dem Speicherteil gespeicherten Mustern auf der Grundlage der An­ weisungen umfaßt, die von der zentralen Überwachungs- und Steuereinrichtung (20) über die Übertragungseinrichtung einge­ geben werden.

2. Steuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einzelkraftwerk-Steuereinrichtung (40A-40N) die Steuer­ logik als Programm für den Start-, Anhalte- und Lastbetrieb des Einzelkraftwerks (70A-70N) umfalt und eine zugeordnete Steuerplatte (41) zum Speichern der Steuerlogik enthält, welche dafür vorgesehen ist, einen vorbestimmten Prozeß auf der Grund­ lage von Anweisungen von der zentralen überwachungs- und Steu­ ereinheit (20) durchzuführen.

3. Steuersystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zugeordnete Steuerplatte (41) der Einzelkraftwerk-Steuer­ einrichtung (40) ein ROM zum Speichern des Steuerprogramms enthält.

4. Steuereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Operations-Endgruppen ein Entgaser/Meerwasser­ system, ein Entgaserzirkulationssystem, ein Steuersystem für eine Wasserzuführpumpe, ein Steuersystem für einen Hochdruckerhitzer, ein Zirkulationssystem zum Zuführen von Wasser zum Siedekessel, ein Steuersystem zum Entlüften des Siedekessels, ein Steuersystem für den Brennstoff des Siedekessels, ein Brenner-Steuersystem, ein Steuersystem für die Siedekessel-Temperaturerhöhung/Dampf­ temperatur, ein Turbinensteuersystem, ein Generator/Anregungs- Steuersystem, ein System zum Steuern des elektrischen Stroms der Anlage und ein System für die Wasserqualität-Untersuchung/- Injektion von Chemikalien sind, wobei die derart ausgerüstete Kraftwerksanlage eine Wärmekraftanlage ist.

5. Steuereinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß sie bei einer kohlebeheizten Wärmekraftwerksanlage eingesetzt wird, die ein Steuersystem für die Zuführungsmaschi­ ne/Zerkleinerungsmaschine der Kohle und ein Steuersystem für die Abgas-Entschwefelung als Operationsendgruppe der Steuersysteme aufweist.

6. Steuereinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß sie bei einer ölbeheizten Wärmekraftwerksanlage eingesetzt wird, die als Operationsendgruppe ein Entschwefelungs- Steuersystem aufweist.

7. Steuereinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß sie für die Wärmekraftwerksanlage eingesetzt wird, die mit Flüssiggas oder Erdgas betrieben wird, wobei ein Gasbrenner/- Gaszuführungs-Steuersystem als Betriebsendgruppe des Steuer­ systems vorgesehen ist.