CEMS系統(tǒng)PLC冗余改造

肖盛賢，余 彪，王煒煒

(國(guó)投宣城發(fā)電有限責(zé)任公司，安徽 宣城 242052)

CEMS系統(tǒng)PLC冗余改造

肖盛賢，余 彪，王煒煒

(國(guó)投宣城發(fā)電有限責(zé)任公司，安徽 宣城 242052)

針對(duì)某發(fā)電廠煙氣脫硫CEMS系統(tǒng)與PLC系統(tǒng)間單網(wǎng)通訊易出現(xiàn)故障的問題，提出一種將PLC系統(tǒng)改造為雙機(jī)冗余熱備配置的方案，并對(duì)其原理和關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行說明。改造提高了系統(tǒng)的可靠性，確保系統(tǒng)通訊不中斷，提高環(huán)保數(shù)據(jù)的在線率，減免了環(huán)保考核。

CEMS；數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)；冗余配置

0 引言

某電廠1號(hào)機(jī)組煙氣脫硫CEMS(continuous emission monitoring system，煙氣在線監(jiān)控系統(tǒng))系統(tǒng)為北京雪迪龍科技股份有限公司生產(chǎn)的RSC-900系列產(chǎn)品。該產(chǎn)品正常運(yùn)行時(shí)較為穩(wěn)定，但是在環(huán)保方面仍存在不足之處。

根據(jù)《污染源自動(dòng)監(jiān)控設(shè)施運(yùn)行管理辦法(環(huán)發(fā)[2008]6號(hào))》和《國(guó)家重點(diǎn)監(jiān)控企業(yè)污染源自動(dòng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)有效性審核辦法(環(huán)發(fā)[2009]88號(hào))》相關(guān)文件要求，在線監(jiān)測(cè)設(shè)備因故障不能正常采集和傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，應(yīng)采用人工方法進(jìn)行監(jiān)測(cè)，且人工監(jiān)測(cè)周期不得低于6 h/次。這對(duì)在線監(jiān)測(cè)設(shè)備數(shù)據(jù)采集和傳輸?shù)目煽啃蕴岢隽烁叩囊?。因此，?duì)機(jī)組原CEMS系統(tǒng)的組成、結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)采集及通訊傳輸方式進(jìn)行分析，提出了將數(shù)據(jù)采集與PLC(programmable logic controller，可編輯邏輯控制器)系統(tǒng)改造成雙機(jī)冗余熱備配置的改造方案。

1 CEMS系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與組成

煙氣脫硫CEMS系統(tǒng)由顆粒物CEMS和氣態(tài)污染物CEMS、煙氣參數(shù)測(cè)量子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)(PLC系統(tǒng))組成。

圖1 CEMS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

CEMS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，顆粒物CEMS為粉塵參數(shù)測(cè)量，氣態(tài)污染物CEMS為SO2、NOX、O2煙氣參數(shù)測(cè)量，煙氣參數(shù)測(cè)量子系統(tǒng)為流量、壓力、溫度、濕度測(cè)量。上述被測(cè)量均需經(jīng)由PLC系統(tǒng)運(yùn)算后，方可傳輸至應(yīng)用層(省電力公司數(shù)據(jù)平臺(tái)、工廠數(shù)據(jù)端、一體化工作站)，然后在一體化工作站(DAS)由數(shù)據(jù)采集儀通過無線GPRS傳輸至環(huán)保部門數(shù)據(jù)平臺(tái)。

2 PLC系統(tǒng)組成

該P(yáng)LC系統(tǒng)采用西門子公司的S7-200型產(chǎn)品，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備與應(yīng)用層之間的通訊必須經(jīng)由S7-200CN處理該型產(chǎn)品的CPU為單一非冗余配置，其組成如圖2所示，由于S7-200型產(chǎn)品硬件結(jié)構(gòu)的原因，導(dǎo)致CEMS系統(tǒng)只能實(shí)現(xiàn)單網(wǎng)通訊，一旦網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障，通訊將隨之中斷。此時(shí)應(yīng)用層將無法監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)參數(shù)，環(huán)保部門也接收不到機(jī)組的運(yùn)行數(shù)據(jù)，即使此時(shí)脫硫系統(tǒng)運(yùn)行也將被視為停運(yùn)，從而使企業(yè)遭受脫硫電價(jià)考核及環(huán)保罰款。

圖2 PLC系統(tǒng)組成

3 PLC冗余熱備配置原理和關(guān)鍵點(diǎn)

3.1 冗余熱備配置原理

如圖3所示，將PLC系統(tǒng)改造為西門子412-5H型產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)雙機(jī)冗余熱備配置。正常工作時(shí)，主CPU運(yùn)行，輔CPU監(jiān)視主CPU中的運(yùn)算數(shù)據(jù)，主輔CPU之間通過同步電纜連接。當(dāng)主CPU出現(xiàn)故障時(shí)，可以無擾切換至輔CPU運(yùn)行。CPU與每一層I/O卡件之間通過IM153-2通訊模塊連接，通訊模塊之間采用并行連接并且冗余配置，當(dāng)主通訊模塊出現(xiàn)故障時(shí)，可以無擾切換至輔通訊模塊運(yùn)行。一體化工作站(DAS)采用雙網(wǎng)卡配置，2個(gè)網(wǎng)卡分別與主輔CPU連接，當(dāng)其中1路出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)故障時(shí)，可以切換至備用通訊網(wǎng)絡(luò)，不影響數(shù)據(jù)傳輸。

圖3 冗余熱備配置PLC系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

3.2 配置關(guān)鍵點(diǎn)

由于省電力公司數(shù)據(jù)平臺(tái)上位機(jī)為串口通訊(MODBUS)協(xié)議，西門子412-5H型CPU不支持串口通訊協(xié)議，需加裝1個(gè)CP341串口通訊卡件，方可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸。由于西門子公司400與200系列PLC程序不通用，為此重新編寫了數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)規(guī)則，按照新的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)規(guī)則，西門子412-5H型CPU和省電力公司數(shù)據(jù)平臺(tái)之間的通訊問題得到了順利解決。

4 系統(tǒng)改造后的應(yīng)用情況

冗余設(shè)計(jì)提高了整個(gè)系統(tǒng)的平均無故障時(shí)間，縮短了平均故障修復(fù)時(shí)間。因此，在重要系統(tǒng)上應(yīng)用冗余熱備配置非常必要。本方案采用并聯(lián)冗余系統(tǒng)(互為冗余，即1：1冗余)，與單部件相比，平均無故障時(shí)間增大至原來的1.5倍。改造至今未發(fā)生CEMS數(shù)據(jù)通訊中斷的情況，降低了CEMS系統(tǒng)通訊故障幾率，避免企業(yè)機(jī)組運(yùn)行期間因CEMS系統(tǒng)故障而產(chǎn)生的脫硫電價(jià)考核及環(huán)保罰款。

5 結(jié)束語

根據(jù)目前國(guó)內(nèi)CEMS系統(tǒng)的使用情況，大多數(shù)系統(tǒng)集成廠家在設(shè)計(jì)產(chǎn)品時(shí)，都本著滿足環(huán)保部相關(guān)文件要求即可的態(tài)度，在系統(tǒng)可靠性上并未投入太多的精力。隨著環(huán)保要求的日益嚴(yán)格，CEMS系統(tǒng)需要保持越來越高的在線率。系統(tǒng)冗余改造既能滿足環(huán)保更高要求，又能降低系統(tǒng)故障率能夠在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)出現(xiàn)故障且通訊傳輸不中斷的情況下進(jìn)行檢修，給維護(hù)人員提供充足的時(shí)間。該公司實(shí)施改造方案后，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、可靠。這證明CEMS數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)冗余改造是必要且可行的，是大型火電機(jī)組提高環(huán)保數(shù)據(jù)在線率、減免環(huán)?？己说囊环N探索。

2013-11-29。

肖盛賢(1984-)，男，工程師，主要從事火電廠熱工技術(shù)工作，email：xsx198403@163.com。

余 彪(1977-)，男，工程師，主要從事火電廠熱工技術(shù)工作。

王煒煒(1980-)，女，助理工程師，主要從事火電廠環(huán)保工作。