火電廠輔助車間控制系統(tǒng)設(shè)計

李 德

哈爾濱電站設(shè)備成套設(shè)計研究所有限公司，黑龍江 哈爾濱 150046

0 引言

如今的火電機(jī)組通常采用的是分散式集中型控制系統(tǒng)（DCS）技術(shù)，使得系統(tǒng)中的各個設(shè)備可以進(jìn)行一體化的控制，在值班模式下基本實現(xiàn)了工作人員對整個系統(tǒng)的運(yùn)行信息進(jìn)行監(jiān)控。分散式集中控制技術(shù)保障了發(fā)電機(jī)組主機(jī)系統(tǒng)的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。但是，相反的，輔助車間監(jiān)控能力與其相比，監(jiān)控能力則大大折扣，智能化自動化水平低。現(xiàn)在電廠在減員的同時又能提高發(fā)電效率的大環(huán)境之下，完成在輔助車間不安置或只安置較少的值班人員，又能提高安全性和效率，所以對輔助車間進(jìn)行監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)化和集中控制意義重大。目前在國內(nèi)，一些電廠已經(jīng)實現(xiàn)了按水、煤、灰工藝過程劃分的車間級控制。

1 火電廠輔助車間控制系統(tǒng)的設(shè)計原則

大型火電廠輔助車間約包括40多個系統(tǒng)工藝設(shè)備，且這些系統(tǒng)工藝設(shè)備分布位置相對分散，在系統(tǒng)運(yùn)行時，這些系統(tǒng)都是獨(dú)立運(yùn)行互不干擾，但同時又要求這些系統(tǒng)與主系統(tǒng)的管理和運(yùn)行要步調(diào)相同，互相協(xié)調(diào)運(yùn)行。

輔助車間工藝流程復(fù)雜，在設(shè)計時首先要考慮到輔助車間的復(fù)雜性，然后要制定好在運(yùn)行時系統(tǒng)的可靠實時性策略，最后設(shè)計好的輔助車間控制系統(tǒng)要完全服從于主線控制系統(tǒng)，以此來實現(xiàn)輔助車間的車間級控制，例如:按水、煤、灰劃分的車間級控制。設(shè)計思路確定后，要把火電廠輔助車間集中為1個控制點(diǎn)，這樣不僅可以滿足只需少量工作人員便可監(jiān)控，而且可以減少能源損耗、提高發(fā)電效率，達(dá)到輔助車間智能自動化控制目的。在地理分布上，輔助車間系統(tǒng)相對距離較遠(yuǎn)，且設(shè)備類型繁多復(fù)雜，容易出現(xiàn)機(jī)械轉(zhuǎn)動故障、傳感器信號傳輸故障等現(xiàn)象，有一些如煤、灰、水樣分析等分析項目只能通過人工去操作，不能進(jìn)行在線監(jiān)控?？紤]到輔助車間運(yùn)行的安全性，在建立控制系統(tǒng)時，要在問題頻發(fā)處建立系統(tǒng)冗余，當(dāng)一條控制線路或傳感器出現(xiàn)故障，則迅速切換至備用控制線路系統(tǒng)。備用的線路系統(tǒng)具有和主運(yùn)行監(jiān)控系統(tǒng)功能類似，一般不會啟用。

2 電廠輔助車間控制系統(tǒng)的需達(dá)到的自動化水準(zhǔn)

電廠輔助車間控制系統(tǒng)要達(dá)到多級監(jiān)控，，如圖1所示，如管理級、車間級、現(xiàn)場級，為了電廠輔助車間系統(tǒng)的安全性能和預(yù)防操作混亂，該系統(tǒng)需要設(shè)立用戶權(quán)限系統(tǒng)，方便相應(yīng)的人員操作，對于不同級別權(quán)限的工作人員，高優(yōu)先級操作監(jiān)控時，低優(yōu)先級暫時鎖閉。管理級可集中監(jiān)控整個系統(tǒng)的運(yùn)行信息，達(dá)到少人高效的要求，即實現(xiàn)了輔助車間級集中監(jiān)控，實現(xiàn)了監(jiān)視系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化?，F(xiàn)場級工程師的權(quán)限只能作出相應(yīng)系統(tǒng)設(shè)備的監(jiān)控和重要參數(shù)設(shè)置。

圖1 電廠輔助車間控制系統(tǒng)構(gòu)架

3 火電廠輔助車間控制系統(tǒng)設(shè)計

分散的控制系統(tǒng)由核心控制器PLC加上相應(yīng)的上位PC機(jī)監(jiān)控，這種控制系統(tǒng)的設(shè)計方案在相當(dāng)一段時間應(yīng)用在電廠輔助車間控制系統(tǒng)的設(shè)計中，可見其重要地位。此控制系統(tǒng)設(shè)計方案能夠滿足電廠輔助車間的設(shè)備分散的特點(diǎn)，且能夠?qū)⒏鞣N控制器連接起來構(gòu)成監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，這些分散的監(jiān)控對象主要包括輸煤信息、除渣除灰、化學(xué)水、燃油泵房、循環(huán)水、廢水、凝結(jié)水等，如圖1所示，處理這些對象的相關(guān)設(shè)備都配有監(jiān)控器，以便于相關(guān)工作人員控制和監(jiān)測運(yùn)行信息。電廠輔助車間的大部分系統(tǒng)并不是持續(xù)運(yùn)行的，而是間歇性的。整個輔助控制系統(tǒng)的控制核心為各個開關(guān)量的控制。

PLC和上位PC機(jī)的結(jié)合能夠充分發(fā)揮電廠輔助車間集中控制車間工藝系統(tǒng)中的良好控制性能的優(yōu)點(diǎn)，而且可以適時的減少控制點(diǎn)，提高自動化程度，減少投資，降低運(yùn)行成本，帶來巨大效益。PLC加上位PC機(jī)的電廠輔助車間實現(xiàn)控制集中化，首先必須將各個獨(dú)立的現(xiàn)場設(shè)備系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)融合到一起，形成車間級控制網(wǎng)絡(luò)，然后將各個車間級控制網(wǎng)絡(luò)集合到一起便整合成一個集中控制的管理級網(wǎng)絡(luò)。通常有2中組網(wǎng)模型來構(gòu)建車間級監(jiān)控網(wǎng)絡(luò):

1）用專用的通信媒介實現(xiàn)PLC與PLC主站之間的網(wǎng)絡(luò)通訊，并實現(xiàn)PLC與上位PC機(jī)的通訊:在車間級控制網(wǎng)絡(luò)中，當(dāng)核心控制器PLC型號一樣的時候，采用可靠成熟且有硬件和軟件支持的PLC專用通訊網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)，這種網(wǎng)絡(luò)具有實時有效的信息傳遞的優(yōu)點(diǎn)；當(dāng)核心控制器PLC型號不一樣的時候，則會使得組網(wǎng)的過程變得復(fù)雜。這種網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)可以完成車間級控制網(wǎng)絡(luò)和整個管理級網(wǎng)絡(luò)的功能，現(xiàn)場級的通訊媒介組成的通信網(wǎng)絡(luò)通過路由連接上層控制網(wǎng)絡(luò)，這兩種通訊網(wǎng)絡(luò)是隔離開的，在運(yùn)行的過程中不會發(fā)生信息干擾和，保障了整個通訊網(wǎng)絡(luò)的安全性能；2）用統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)形式實現(xiàn)系統(tǒng)通信，例如以太網(wǎng):操作員站、工程師站以及企業(yè)級站使用的監(jiān)控系統(tǒng)都為高性能且運(yùn)行可靠的計算機(jī)，所以實現(xiàn)計算機(jī)與計算機(jī)之間通訊的媒介主要是以太網(wǎng)，以太網(wǎng)是目前建立計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)常選用的通訊媒介?，F(xiàn)場級的各個控制設(shè)備系統(tǒng)核心PLC和PLC之間也采用以太網(wǎng)連接，這種連接的優(yōu)點(diǎn)是具有標(biāo)準(zhǔn)化的網(wǎng)絡(luò)，即使是類型不同的PLC也能使之互相聯(lián)網(wǎng)且通訊實時性高傳輸速率快，同時用這種方案連接網(wǎng)絡(luò)時，具有通用的軟件和硬件支持。以太網(wǎng)的最新發(fā)展中采用了全雙工通訊，交換技術(shù)，VlAN技術(shù)IGMP技術(shù)，端口優(yōu)先級技術(shù)等網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，使其具有超高實時性的可靠性的計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。為保證網(wǎng)絡(luò)的實時性和可靠性， 輔助車間控制系統(tǒng)采用聯(lián)網(wǎng)的工業(yè)以太網(wǎng)保證了整個系統(tǒng)的可靠性和實時性，系統(tǒng)采用了C/S和B/S兩種架構(gòu)，根據(jù)電廠情況合理分配好兩種網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，如操作員總控制站和工程師站要采用C/S架構(gòu)的客戶端，而作為像管理級的決策者只需要通過WEB瀏覽器了解工況信息的則采用B/S架構(gòu)的客戶端。操作站PC機(jī)上安裝的組態(tài)軟件要采用與所有PLC和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備兼容性好、安全且支持冗余，同時可以記錄電廠運(yùn)行數(shù)據(jù)建立實時數(shù)據(jù)庫和歷史數(shù)據(jù)庫，如 iFix，WinCC 等。

4 結(jié)論

火電廠輔助車間控制系統(tǒng)革新了自動化系統(tǒng)的設(shè)計風(fēng)格，通過清晰明朗的界面合理操作，嚴(yán)格控制了企業(yè)實施這一系統(tǒng)的運(yùn)營成本和資源投入。Web網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用，使組態(tài)軟件實現(xiàn)了范圍內(nèi)的實時在線監(jiān)控，成為了企業(yè)決策者和生產(chǎn)過程的紐帶，擴(kuò)展了系統(tǒng)功能，優(yōu)化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。不僅如此，在國內(nèi)電站電廠輔助控制系統(tǒng)相對落后的背景下，火電廠輔助車間控制系統(tǒng)的建設(shè)為改造傳統(tǒng)電廠輔助控制系統(tǒng)提供了新方案，從成本效益來看，若將該系統(tǒng)實施在傳統(tǒng)生產(chǎn)系統(tǒng)的改造計劃中，系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)所帶來的經(jīng)濟(jì)效益明顯彌補(bǔ)了改造及維護(hù)期間投入成本，可以預(yù)見該系統(tǒng)應(yīng)用前景樂觀，適于推廣。

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