大型火力發(fā)電廠輔助車間控制系統(tǒng)選擇

摘 要:本文介紹了目前國內(nèi)火力發(fā)電廠全廠輔助車間的控制方案，即通過輔助車間控制網(wǎng)絡(luò)采用PLC或DCS實(shí)現(xiàn)全廠輔助車間監(jiān)控進(jìn)行了分析和比較。

關(guān)鍵詞:發(fā)電廠 車間控制系統(tǒng) 應(yīng)用

中圖分類號:TM6文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號:1674-098X(2012)04(a)-0049-02

1 國內(nèi)輔助車間控制系統(tǒng)水平及存在的問題

我國電力行業(yè)改革正在如火如荼的進(jìn)行中，隨著“廠網(wǎng)分離，競價上網(wǎng)”的改革方針的實(shí)施，各大發(fā)電公司競爭將加劇。大型發(fā)電廠機(jī)組對電廠輔助系統(tǒng)自動控制水平也提出了更高的要求。全過程自動化及網(wǎng)絡(luò)化是電廠輔助系統(tǒng)為滿足大機(jī)組高效運(yùn)行而必須確定的發(fā)展方向。

輔助車間控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化具有許多優(yōu)勢。首先，輔助車間控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化實(shí)現(xiàn)了輔助系統(tǒng)集中監(jiān)控及綜合調(diào)度，它能夠?qū)崿F(xiàn)整個電廠輔助系統(tǒng)的優(yōu)化控制，最大限度地滿足電廠機(jī)組安全、高效運(yùn)行的要求。其次，輔助車間控制系統(tǒng)高度的自動化和網(wǎng)絡(luò)化，可最大限度地節(jié)約人力資源，提高勞動生產(chǎn)率，實(shí)現(xiàn)效率最大化，滿足投資方的要求，實(shí)現(xiàn)投資的良性互動。再次，輔助車間控制系統(tǒng)的聯(lián)網(wǎng)，進(jìn)而與電廠SIS系統(tǒng)及MIS系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)，真正實(shí)現(xiàn)全廠網(wǎng)絡(luò)化，使電廠競爭力更加強(qiáng)大。

2000年燃煤示范電廠及新頒發(fā)的《火力發(fā)電廠設(shè)計技術(shù)規(guī)程》(DL 5000-2002)對輔助車間的控制也提出了新的要求，即“相鄰的輔助生產(chǎn)車間或性質(zhì)相近的輔助工藝系統(tǒng)宜合并控制系統(tǒng)及控制點(diǎn)，輔助車間控制點(diǎn)不宜超過三個(輸煤、除灰、化水)，其余車間均按無人值班設(shè)計?！蹦壳?，300MW以上的大型火電機(jī)組，為提高輔助生產(chǎn)車間自動化水平基本上均按上述要求設(shè)置輸煤、灰渣、水務(wù)三個輔助車間控制點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)以燃料、灰渣、水務(wù)為主體的分區(qū)域網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)。輔助車間控制系統(tǒng)一種是采用成熟的DCS來實(shí)現(xiàn)輔助車間控制(主要取決于單元機(jī)組DCS選型，如在招標(biāo)中DCS系統(tǒng)性能價格比優(yōu)于PLC系統(tǒng)，宜選用DCS系統(tǒng))，另一種是采用PLC＋LCD站的監(jiān)控方式，基本上取消了常規(guī)操作盤臺，實(shí)現(xiàn)了以LCD為核心的監(jiān)控方式。但這些作法還沒有充分發(fā)揮計算機(jī)控制技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)近年來飛速發(fā)展所提供的巨大優(yōu)勢。輔助車間與單元機(jī)組的控制水平仍存在較大差距，主要在:

(1)各控制系統(tǒng)的監(jiān)控相互獨(dú)立，沒有充分考慮資源的共享，造成浪費(fèi)。

(2)控制系統(tǒng)設(shè)備選型有時又多種多樣，給生產(chǎn)維護(hù)帶來不便。

(3)輔助車間采用車間集中控制方式，都設(shè)有控制室，每個控制室又必須固定2～3名運(yùn)行值班員，形成多個控制“孤島”，使得運(yùn)行管理不能集中，從而造成各種資源的浪費(fèi)。

(4)各個區(qū)域的控制網(wǎng)絡(luò)均需設(shè)置與廠級監(jiān)控信息系統(tǒng)(SIS)的接口，(包括硬件和軟件)客觀上造成與SIS系統(tǒng)接口實(shí)施復(fù)雜化。

針對目前附屬生產(chǎn)系統(tǒng)和輔助車間控制方案上存在的問題，必須進(jìn)行輔助車間控制系統(tǒng)的優(yōu)化，如何簡化全廠自動化監(jiān)控和信息網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步提高全廠自動化水平，最大程度的減員增效，成為輔助車間控制系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計的關(guān)鍵所在。

2 目前火電廠輔網(wǎng)控制系統(tǒng)的應(yīng)用

在目前輔助車間控制系統(tǒng)中，PLC和DCS都得到了廣泛的應(yīng)用，都是計算機(jī)技術(shù)與工業(yè)控制技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，DCS和PLC都有操作員站提供人機(jī)交互的手段、都基于計算機(jī)技術(shù)的控制器完成控制運(yùn)算、通過I/O卡件與一次元件和執(zhí)行裝置的數(shù)據(jù)交換，都具備網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)。但兩者之間也有細(xì)微差別，其主要方面是:

(1)從控制器對于輔助系統(tǒng)(車間)的控制要求來講，DCS和PLC控制器的主要差別是在開關(guān)量和模擬量的運(yùn)算上。對于輔助車間目前發(fā)展是兩者相互有些滲透，PLC除邏輯運(yùn)算外，也增加了一些控制回路算法，但要完成一些復(fù)雜運(yùn)算還是比較困難，PLC主要采用梯形圖方式編程，編程時不太直觀，編程比較麻煩。而DCS使用功能塊進(jìn)行模擬運(yùn)算和邏輯運(yùn)算，無論是邏輯運(yùn)算還是復(fù)雜模擬運(yùn)算的表達(dá)形式都非常清晰，電廠輔助車間的控制主要是開關(guān)量控制，PLC完全可以滿足要求。輔助車間控制除開關(guān)量控制外，還有一些復(fù)雜的模擬量控制，例如，加藥控制，更適合采用DCS。

PLC執(zhí)行邏輯運(yùn)算的效率很高，執(zhí)行1K邏輯程序不到1毫秒，其控制周期(以DI輸入直接送DO輸出為例)可以控制在50ms以內(nèi);而DCS在處理邏輯運(yùn)算和模擬運(yùn)算時采用相同的方式，其控制周期往往在100ms以上。我們用PID算法來比較時，可以發(fā)現(xiàn)PLC執(zhí)行一個PID運(yùn)算約幾個毫秒，而DCS的控制器執(zhí)行一個PID只需要1毫秒，這說明PLC和DCS和實(shí)際運(yùn)算能力是相當(dāng)?shù)??？刂浦芷谏系牟町愔饕c控制器的調(diào)度設(shè)計有關(guān)，大型PLC往往使用副CPU來完成模擬量的運(yùn)算，主CPU高速地完成開關(guān)量運(yùn)算，所以即使模擬運(yùn)算速度一般，在開關(guān)量控制方面的速度表現(xiàn)還是非常優(yōu)秀的。新型的DCS控制器借鑒了PLC的優(yōu)點(diǎn)，控制器可以設(shè)置多個不同優(yōu)先級的任務(wù)，最小運(yùn)算周期可以設(shè)為10ms，配合高速I/O卡件，控制周期也能夠達(dá)到50ms以內(nèi)。

PLC的軟件組態(tài)功能以梯形圖為主，部分支持IEC1131-3標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的五種編程語言，人機(jī)界面組態(tài)軟件采用PLC配套或第三方提供的通用的工控軟件(如iFix、Intouch)來完成。DCS作為一個系統(tǒng)，組態(tài)軟件是DCS廠家提供的成套專用軟件，有功能專業(yè)、穩(wěn)定性好和系統(tǒng)性強(qiáng)的特點(diǎn)，DCS組態(tài)以模塊功能圖為主，積累了大量的高級算法模塊，例如DCS具有的設(shè)備級模塊，在一個模塊中集中完成了面向設(shè)備的基本控制和故障報警功能，在網(wǎng)絡(luò)通訊中也以此模塊為單位進(jìn)行傳遞，大大提高了軟件開發(fā)和數(shù)據(jù)傳輸?shù)男?，一個設(shè)備模塊相當(dāng)于0.5K的梯形圖邏輯量，PLC要完成同樣的功能，就要煩瑣得多。目前一些DCS也開始使用基于iFIX或INTOUCH的工控組態(tài)軟件，但DCS廠家使用通用工控組態(tài)軟件并不是簡單地拼裝，而是在通用監(jiān)控軟件的基礎(chǔ)上，通過合作開發(fā)，將自已多年積累的網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)、系統(tǒng)自診斷技術(shù)以專用軟件包的形式保留和繼承下來了。

(2)從網(wǎng)絡(luò)通訊方面看，分散控制系統(tǒng)的“分散”主要體現(xiàn)在獨(dú)立的控制器上，“集中”主要體現(xiàn)在具有完整的數(shù)據(jù)通訊系統(tǒng)，PLC系統(tǒng)的I/O點(diǎn)數(shù)一般沒有DCS多，而單個控制器的I/O集成度又高，所以網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)量小，因此其網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展未得到足夠的重視。當(dāng)前雖然在形式上DCS和PLC都采用了工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)，但由于PLC和組態(tài)軟件一般是兩個工廠生產(chǎn)，PLC采用的是將MODBUS通訊協(xié)議加載到以太網(wǎng)的TCP協(xié)議之上的一種通訊方式，它雖然具有了網(wǎng)絡(luò)的外形，但依然是一主多從的串行通訊方式，采用數(shù)據(jù)表的傳輸結(jié)構(gòu)。而基于工業(yè)以太網(wǎng)的DCS，其應(yīng)用層協(xié)議是DCS公司積累了近30年的專用協(xié)議，主要特點(diǎn)在于各站平等，不存在網(wǎng)絡(luò)管理站，而且數(shù)據(jù)通訊是以模塊為單位的結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，較PLC數(shù)據(jù)表傳輸方式的效率要高得多。

(3)從擴(kuò)展功能看，DCS能夠提供系統(tǒng)仿真的功能，利用仿真功能不僅能夠使控制系統(tǒng)調(diào)試更為簡單，縮短現(xiàn)場調(diào)試進(jìn)程;對運(yùn)行人員的培訓(xùn)也能起到重要作用，又利于運(yùn)行人員能夠迅速掌握運(yùn)行方法。PLC暫未具備該項(xiàng)能力。

(4)從工程實(shí)施(設(shè)計、調(diào)試、擴(kuò)展以及與工藝的配合)上看，DCS比PLC靈活，但PLC比DCS成熟，而且相對來講PLC的價格低，工程應(yīng)用業(yè)績多，從應(yīng)用環(huán)境及要求看，DCS和PLC都能滿足使用要求。DCS以往由于價格較高，在輔助系統(tǒng)(車間)應(yīng)用一直不多。最近由于價格不斷下降，加上大型機(jī)組對輔助車間控制的要求的不斷提高，目前也具有采用DCS成功實(shí)施輔助車間控制的工程業(yè)績有了一些輔助系統(tǒng)(車間)的工程業(yè)績。從目前情況看來，DCS與PLC的價格差距已不明顯，今后將呈現(xiàn)出輔助車間控制采用DCS的趨勢。

3 結(jié)論

綜上所述，在輔助系統(tǒng)環(huán)境下，PLC和DCS有差別但并不十分明顯，DCS在整體性能上要略占優(yōu)勢，PLC在成熟度上占有優(yōu)勢，而且兩者有越來越接近的趨勢，輔助系統(tǒng)(車間)集中控制無論采用PLC或DCS，均能滿足控制要求。在熱工自動化領(lǐng)域，主廠房控制系統(tǒng)基本上采用DCS，其主要原因是早期的DCS系統(tǒng)非常昂貴，鍋爐、汽機(jī)和發(fā)電機(jī)的控制要求長期穩(wěn)定可靠運(yùn)行，信號中含有相當(dāng)比例的模擬量，從系統(tǒng)性能出發(fā)，人們選擇了昂貴的DCS，而電廠輔助系統(tǒng)(車間)的運(yùn)行可以間斷，可靠性要求比主廠房低，且模擬量控制要求較少，從降低成本的角度出發(fā)，往往選擇PLC系統(tǒng)，現(xiàn)在兩種系統(tǒng)價位也較為趨近?？稍谕瑯拥臈l件下對兩種系統(tǒng)進(jìn)行比選，至于最終選擇哪種方案可通過招標(biāo)決定，建議在價格相近的情況下優(yōu)先選擇DCS。

參考文獻(xiàn)

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