王麗麗(神華福能發(fā)電有限責(zé)任公司,福建 石獅 362712)李昱(杭州和利時(shí)自動(dòng)化有限公司,浙江 杭州 310018)沈鐵志(神華福能發(fā)電有限責(zé)任公司,福建 石獅 362712)
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國產(chǎn)現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)在國內(nèi)大型百萬火電機(jī)組的首次成功應(yīng)用
王麗麗(神華福能發(fā)電有限責(zé)任公司,福建 石獅 362712)
李昱(杭州和利時(shí)自動(dòng)化有限公司,浙江 杭州 310018)
沈鐵志(神華福能發(fā)電有限責(zé)任公司,福建 石獅 362712)
和利時(shí)現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)是基于自動(dòng)化技術(shù)開發(fā)的集成工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)。它用一個(gè)開放的系統(tǒng)軟件平臺(tái),將自動(dòng)化系統(tǒng)與設(shè)備相結(jié)合,提供解決方案。圖1為系統(tǒng)架構(gòu)圖。
系統(tǒng)在信息化和集成化方面采用了開放式實(shí)時(shí)-關(guān)系數(shù)據(jù)庫,在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了多個(gè)管理子系統(tǒng),并集成了控制系統(tǒng)和設(shè)備。系統(tǒng)通過多種現(xiàn)場總線(特別是PROFIBUS-DP),支持多種分布式主控單元和智能儀表。同時(shí),監(jiān)視平臺(tái)可提供集中管理。通過開放的數(shù)據(jù)庫和網(wǎng)絡(luò)接口、協(xié)議以及總線,與第三方系統(tǒng)或設(shè)備相連接。
圖1 現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)架構(gòu)圖
2.1神福鴻山電廠概況
神華福能發(fā)電有限責(zé)任公司(以下簡稱神福鴻山電廠)2×1000MW國產(chǎn)超超臨界燃煤發(fā)電機(jī)組,全廠DCS均采用杭州和利時(shí)公司的HOLLiAS-MACS6.5.2控制系統(tǒng),DCS現(xiàn)場設(shè)備層(FCS)采用和利時(shí)SM系列現(xiàn)場總線控制系統(tǒng),現(xiàn)場總線協(xié)議為PROFIBUS-DP和PROFIBUS-PA,相對(duì)應(yīng)的傳輸技術(shù)(物理層)分別是RS485和MBP。全廠工藝系統(tǒng)的控制均采用現(xiàn)場總線技術(shù),對(duì)現(xiàn)場智能儀表、氣動(dòng)定位器、電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)、液位計(jì)進(jìn)行監(jiān)控。DCS能夠滿足常規(guī)控制方式與現(xiàn)場總線PROFIBUS DP/PA的無縫結(jié)合?,F(xiàn)場總線設(shè)備應(yīng)用范圍超過60%,處于國內(nèi)先進(jìn)水平,并且是國產(chǎn)現(xiàn)場總線系統(tǒng)在百萬大型火電的首次應(yīng)用?,F(xiàn)場總線通信電纜施工過程嚴(yán)格按照火電行業(yè)施工標(biāo)準(zhǔn),全廠現(xiàn)場總線電纜全部單獨(dú)布線,保證了設(shè)備通信的安全穩(wěn)定。
2.2現(xiàn)場總線系統(tǒng)配置
在控制系統(tǒng)配置方面,控制器、光電轉(zhuǎn)換器、中繼器、DPLink及PA-Link模塊均為國產(chǎn)產(chǎn)品,單臺(tái)機(jī)組鍋爐部分配置主控制器23對(duì),現(xiàn)場總線通信柜26面以及終端電阻柜3面,連接DP設(shè)備540臺(tái),PA設(shè)備257臺(tái)。汽機(jī)部分主控制器18對(duì),現(xiàn)場總線通信柜13面,連接DP設(shè)備189臺(tái),PA設(shè)備191臺(tái)。全廠主機(jī)加脫硫的總線對(duì)象共計(jì)2500余臺(tái),其中DP設(shè)備包括電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)、馬達(dá)控制器、變頻器等,PA設(shè)備包括壓力變送器、流量計(jì)、氣動(dòng)定位器及液位計(jì)等。冗余的PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)覆蓋整個(gè)單元機(jī)組的鍋爐房、汽機(jī)房。為了提高總線控制的可靠性,采取了DP冗余總線配置方案,現(xiàn)場主機(jī)的DP設(shè)備選用DP雙冗余接口。圖2為現(xiàn)場總線系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。
圖2 現(xiàn)場總線系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)
2.3現(xiàn)場總線設(shè)備應(yīng)用
全廠各種熱控設(shè)備均采用支持PROFIBUS現(xiàn)場總線協(xié)議的智能型設(shè)備,具體采用的品牌如下:
(1)電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)采用了ROTORK IQT/3系列、EMG IMATIC系列、SIPOS FLash5系列、重慶川儀系列、廈門弗瑞特系列、蘇州博睿系列等產(chǎn)品。
(2)馬達(dá)控制器采用了北京四方系列、西門子SIMOCODE系列產(chǎn)品。
(3)閥門定位器采用了西門子SIPART PS2 PA系列、ABB TZIDC系列、Fisher dvc6200p系列產(chǎn)品。
(4)壓力、差壓變送器采用了Rosemount 3051系列、西門子DSIII系列、橫河EJA。
(5)電磁流量計(jì)采用了E+H系列產(chǎn)品。
(6)分析儀表采用了哈希儀表提供的支持PROFIBUS-DP協(xié)議的產(chǎn)品。
(7)超聲波液位計(jì)采用了E+H、西門子SITRANS Probe LU系列產(chǎn)品。
(8)閥島采用了FESTO產(chǎn)品。
2.4現(xiàn)場總線設(shè)備組態(tài)
DCS對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)場總線設(shè)備組態(tài),可先利用GSD文件進(jìn)行設(shè)備的添加,然后通過集成的硬件代理塊,實(shí)現(xiàn)設(shè)備所有的控制及狀態(tài)信息顯示,組態(tài)較方便。圖3為在系統(tǒng)中添加現(xiàn)場總線設(shè)備,圖4為設(shè)備的硬件代理塊。
圖3 系統(tǒng)中添加現(xiàn)場總線設(shè)備
圖4 設(shè)備的硬件代理塊
2.5現(xiàn)場總線設(shè)備信息的開發(fā)和應(yīng)用
現(xiàn)場總線技術(shù)的關(guān)鍵優(yōu)點(diǎn)在于突破了傳統(tǒng)DCS對(duì)現(xiàn)場信號(hào)“點(diǎn)對(duì)點(diǎn)”的單向傳輸模式,使現(xiàn)場儀表、設(shè)備能夠和控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)雙向數(shù)據(jù)傳輸。豐富的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)需要開發(fā)軟件,進(jìn)行處理、分析和綜合利用,使之成為有用信息,實(shí)現(xiàn)設(shè)備診斷、管理和優(yōu)化功能。
和利時(shí)現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的通信主站除了可以完成對(duì)智能型設(shè)備的基本控制和數(shù)據(jù)采集外,還能讀取設(shè)備的狀態(tài)信息和診斷信息幫助熱工檢修人員進(jìn)行設(shè)備維護(hù),另外通過FDT/DTM設(shè)備管理技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備遠(yuǎn)程修改參數(shù)和讀取相關(guān)的產(chǎn)品及維護(hù)信息。
2.5.1現(xiàn)場總線設(shè)備周期性數(shù)據(jù)的采集和利用
現(xiàn)場總線設(shè)備的周期性數(shù)據(jù)中除了包含設(shè)備的過程控制信息以及常用的設(shè)備報(bào)警信息,如變送器除了包含過程測量值之外,還能進(jìn)行傳感器故障、量程越限等報(bào)警;電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)除了對(duì)設(shè)備進(jìn)行開關(guān)控制之外,還能發(fā)出過力矩、電機(jī)過熱、電機(jī)堵轉(zhuǎn)等報(bào)警信息。在神福鴻山電廠現(xiàn)場, DCS通過解析設(shè)備的周期性數(shù)據(jù),形成了現(xiàn)場總線設(shè)備拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖及設(shè)備狀態(tài)信息的解析界面,維護(hù)人員通過該圖可以了解到設(shè)備目前的通信狀態(tài)及運(yùn)行情況,并且可對(duì)設(shè)備的故障歷史狀態(tài)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。圖5為現(xiàn)場總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖,圖6為電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)狀態(tài)信息解析界面。
圖5 現(xiàn)場總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖
圖6 電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)狀態(tài)信息解析界面
2.5.2現(xiàn)場總線設(shè)備管理系統(tǒng)
HOLLiAS AMS設(shè)備管理系統(tǒng)(以下簡稱為HAMS)是和利時(shí)對(duì)于工業(yè)現(xiàn)場智能設(shè)備進(jìn)行管理的解決方案,集數(shù)據(jù)采集和分析于一體,提供針對(duì)現(xiàn)場儀表、調(diào)節(jié)閥等智能設(shè)備進(jìn)行維護(hù)、校驗(yàn)和故障診斷的統(tǒng)一管理平臺(tái),是全廠性的智能儀表故障診斷和維護(hù)系統(tǒng)的重要組成部分。該系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)各種類型智能儀表的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)讀取與組態(tài)、狀態(tài)診斷及監(jiān)測、維護(hù)分析管理和自動(dòng)日志記錄等,同時(shí)對(duì)設(shè)備故障進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析和評(píng)估并提供維修策略依據(jù),從而使得智能設(shè)備發(fā)揮最大效益,減少儀表的損耗并降低維護(hù)和運(yùn)營成本,提高工廠設(shè)備的可用性。
在神福鴻山電廠投產(chǎn)初期,HAMS軟件還不完善,無法達(dá)到預(yù)期效果。通過組織調(diào)研國內(nèi)同類機(jī)組現(xiàn)場總線應(yīng)用情況,重點(diǎn)對(duì)現(xiàn)場總線管理軟件應(yīng)用進(jìn)行考察,借鑒其優(yōu)點(diǎn),結(jié)合鴻山現(xiàn)場的實(shí)際情況,提出建議與要求,最終完善了現(xiàn)場總線管理軟件平臺(tái)。平臺(tái)支持現(xiàn)場安裝的智能儀表實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)讀取與組態(tài)、故障診斷及監(jiān)測、維護(hù)流程管理、動(dòng)態(tài)臺(tái)賬管理和日志記錄等功能,提供的主要功能如下:
(1)遠(yuǎn)程配置。足不出戶,在控制室或儀表車間對(duì)儀表量
程上下限、單位等各種智能化參數(shù)進(jìn)行配置和組態(tài);
(2)故障診斷。無需進(jìn)入現(xiàn)場或拆下儀表,就可以查看診斷儀表的狀況,快速判斷儀表故障,為儀表維修提供依據(jù);
(3)標(biāo)定提醒。輕松設(shè)計(jì)標(biāo)定方案,自動(dòng)生成儀表標(biāo)定時(shí)間;
(4)日志記錄。自動(dòng)記錄所有組態(tài)變化和操作,可隨時(shí)追溯歷史操作和影響,避免人為誤操作;
(5)資產(chǎn)優(yōu)化。實(shí)現(xiàn)設(shè)備臺(tái)賬等資產(chǎn)管理的優(yōu)化策略,減少浪費(fèi),提高設(shè)備利用率。
HAMS系統(tǒng)具有以下技術(shù)特點(diǎn):
(1)采用FDT/DTM設(shè)備集成技術(shù)解決儀表的互操作性問題;
(2)支持PROFIBUS等智能儀表的信息獲取和智能診斷;
(3)可以直接通過和利時(shí)智能卡件建立與現(xiàn)場智能儀表的連接,無需增加其他額外采集硬件;
(4)標(biāo)準(zhǔn)的OPC接口,允許與第三方系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信和訪問;
(5)利用SQL數(shù)據(jù)庫進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ);
(6)可查看儀表的操作修改、設(shè)備信息、故障報(bào)警信息等;
2.5.3現(xiàn)場總線設(shè)備管理系統(tǒng)在神福鴻山電廠的應(yīng)用
在神福鴻山電廠與杭州和利時(shí)公司研發(fā)部門的通力合作下,利用機(jī)組C級(jí)檢修機(jī)會(huì),完成了HAMS系統(tǒng)的信息采集、項(xiàng)目設(shè)計(jì)、項(xiàng)目實(shí)施、全面測試及最終應(yīng)用。目前現(xiàn)場已成功利用HAMS設(shè)備管理軟件實(shí)現(xiàn)了智能型儀表的設(shè)備管理,降低了現(xiàn)場作業(yè)的過程風(fēng)險(xiǎn),有效提升了檢修效率。
2015年10月22日,神福鴻山電廠3號(hào)機(jī)1號(hào)高加正常疏水氣動(dòng)門出現(xiàn)異常無法正常使用,由于該設(shè)備安裝的位置較高,若通過常規(guī)檢修方式需搭設(shè)安裝腳手架,由熱工人員佩戴安全帶進(jìn)行高空作業(yè)才能對(duì)該設(shè)備進(jìn)行初始化定位,不但檢修難度大,且危險(xiǎn)系數(shù)高。由于采用了HAMS設(shè)備管理系統(tǒng),在設(shè)備管理站上遠(yuǎn)程對(duì)該設(shè)備進(jìn)行了初始化定位,安全快捷地完成了設(shè)備的檢修工作,有效提升了檢修效率。圖7為西門子定位器設(shè)備管理界面。
圖7 西門子定位器設(shè)備管理界面
2015年10月29日,壓力測點(diǎn):3號(hào)爐高溫過熱器出口集箱壓力3,運(yùn)行提出要將原有的壓力單位bar修改為MPa,也同樣利用HAMS系統(tǒng)完成修改。圖8為西門子壓力變送器設(shè)備管理界面。
圖8 西門子壓力變送器設(shè)備管理界面
另外,HAMS設(shè)備管理系統(tǒng)除了設(shè)備遠(yuǎn)程參數(shù)修改外,還可實(shí)現(xiàn)報(bào)警讀取,自動(dòng)生成設(shè)備臺(tái)賬、操作日志記錄及用戶管理等功能,便于日常檢修維護(hù)的管理。
HAMS與進(jìn)口DCS的設(shè)備管理系統(tǒng)比較,主要包括以下優(yōu)勢(shì):
(1)HAMS系統(tǒng)為中文界面,方便國內(nèi)檢修人員使用,功能上可根據(jù)客戶需要及時(shí)調(diào)整和補(bǔ)充;
(2)從功能上來說,HAMS系統(tǒng)比進(jìn)口同類產(chǎn)品具有更符合國內(nèi)企業(yè)管理特色的一些功能,包括:用戶管理、動(dòng)態(tài)臺(tái)賬、操作日志記錄、維護(hù)記錄等。
2.6系統(tǒng)調(diào)試過程中遇到的問題
(1)神福鴻山電廠現(xiàn)場總線設(shè)備的網(wǎng)段劃分采用DPR01模塊隔離。最初隔離效果不理想,曾經(jīng)出現(xiàn)過處理單獨(dú)的DP總線設(shè)備B網(wǎng)段,卻引起該總線柜內(nèi)所有PA設(shè)備歸零變?yōu)閴狞c(diǎn),不同類型、不同網(wǎng)段的設(shè)備出現(xiàn)交叉影響的情況。后通過改進(jìn)模塊隔離方式,對(duì)現(xiàn)場所有的中繼器模塊DPR進(jìn)行軟、硬件升級(jí)解決了該問題。
(2)在機(jī)組調(diào)試過程中曾經(jīng)出現(xiàn)DCS系統(tǒng)與總線設(shè)備的雙網(wǎng)冗余機(jī)制不兼容,導(dǎo)致兩個(gè)冗余接口經(jīng)常性相互切換現(xiàn)象。后通過更改系統(tǒng)的冗余機(jī)制,該問題得以解決。
(3)目前,在判斷總線設(shè)備的通信故障方面,系統(tǒng)僅能判斷出正常和異常,具體的通信問題需借助第三方的診斷工具檢查數(shù)據(jù)報(bào)文才能進(jìn)一步判斷。如果系統(tǒng)可以增加設(shè)備第三方設(shè)備診斷報(bào)文的上傳功能,則用戶可以更加方便快捷地判斷設(shè)備所出現(xiàn)的通信問題。
2.7工程應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)
通過神福鴻山電廠3、4號(hào)機(jī)的工程實(shí)施,我們總結(jié)出以下現(xiàn)場總線的工程應(yīng)用經(jīng)驗(yàn):
(1)總線獨(dú)立槽盒設(shè)計(jì)
在MCC電子間及大型電纜豎井內(nèi)布置專門現(xiàn)場總線的獨(dú)立小槽盒,或者獨(dú)立總線隔間。由于現(xiàn)場場地限制,在一些區(qū)域無法滿足總線電纜與動(dòng)力電纜的分開距離要求。這些區(qū)域有:MCC電子間進(jìn)線孔,電纜豎井,MCC電子間(特別是就地MCC電子小間)無法滿足動(dòng)力纜與DP纜60cm的分隔距離要求,并且并行鋪設(shè)。在這些位置增加獨(dú)立布線槽盒可以增強(qiáng)總線抗干擾能力。
(2)在鍋爐上安裝垂直打通小橋架以及在汽機(jī)管道層安裝環(huán)繞小橋架
由于鍋爐豎井設(shè)計(jì)太少,而鍋爐系統(tǒng)總線按照系統(tǒng)分段,往往一個(gè)網(wǎng)段從爐頂連接到0米,而汽機(jī)主橋架只在走道上方設(shè)計(jì)。造成總線系統(tǒng)在布置時(shí)繞行嚴(yán)重,并且容易受到干擾。在鍋爐上安裝垂直打通小橋架和汽機(jī)管道層安裝環(huán)繞小橋架可以有效避免此現(xiàn)象。
(3)現(xiàn)場終端電阻柜設(shè)計(jì)
由于鍋爐網(wǎng)段首先按照系統(tǒng)的邏輯關(guān)系分段,然后按照冗余分段。經(jīng)常會(huì)有排汽門、管道閥門、泵在一個(gè)網(wǎng)段的情況。排汽門在爐頂,管道閥門在鍋爐中部,泵在0米MCC電子間。如果終端電阻安裝在總線柜內(nèi),會(huì)造成總線電纜超過400米的情況。在鍋爐頂部、0米MCC電子間、中部分別設(shè)計(jì)3個(gè)總線終端電阻柜,可以有效解決此問題。
(4)多次培訓(xùn),持證上崗,保證安裝質(zhì)量
總線安裝質(zhì)量決定總線后期運(yùn)行質(zhì)量。鴻山現(xiàn)場曾組織三次正規(guī)培訓(xùn)以及多次現(xiàn)場培訓(xùn)。三次正規(guī)培訓(xùn)分別在電纜敷設(shè)開始前,總線接線開始前以及總線調(diào)試開始前。分別有針對(duì)性地對(duì)電建進(jìn)行培訓(xùn),培訓(xùn)結(jié)束后出考試題對(duì)電建施工人員進(jìn)行考試。考試合格后由電廠派發(fā)施工證,保證每名施工人員都通過培訓(xùn)。
(5)工作卡施工記錄
現(xiàn)場總線系統(tǒng)調(diào)試嚴(yán)重受制于安裝進(jìn)度,經(jīng)常一段總線有幾個(gè)門沒有裝,無法調(diào)試,等裝好了又出現(xiàn)忘記調(diào)試的情況。#3機(jī)組調(diào)試期間設(shè)計(jì)調(diào)試卡,由電建完成現(xiàn)場接線,先進(jìn)行單體測試,整個(gè)網(wǎng)段完成測試工作后再進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試。
數(shù)字化電廠最終是要實(shí)現(xiàn)數(shù)字化管理,從而實(shí)現(xiàn)企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的最大化。而生產(chǎn)過程數(shù)字化是上層結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ),所以首先要有效地通過現(xiàn)場總線技術(shù)提供設(shè)備運(yùn)行的實(shí)時(shí)信息和基礎(chǔ)數(shù)據(jù),建立完善的數(shù)字化信息平臺(tái)。神福發(fā)電有限責(zé)任公司2×1000MW超超臨界工程#3、#4號(hào)機(jī)組的投產(chǎn)以及現(xiàn)場總線設(shè)備管理功能的成功應(yīng)用,標(biāo)志著國產(chǎn)現(xiàn)場總線系統(tǒng)的功能和性能滿足主機(jī)運(yùn)行要求、系統(tǒng)可靠。同時(shí)對(duì)智能化設(shè)備的管理,及今后大數(shù)據(jù)系統(tǒng)性分析的應(yīng)用有著推動(dòng)作用。
參考文獻(xiàn):
[1]孫漢卿,吳海波.現(xiàn)場總線技術(shù)[J].北京:國防工業(yè)出版社,2014.
王麗麗(1974-),女,工程師,現(xiàn)就職于神華福能發(fā)電有限責(zé)任公司,從事火力發(fā)電廠熱控DCS管理與維護(hù)工作。
李昱(1986-),男,現(xiàn)任杭州和利時(shí)自動(dòng)化有限公司AMS產(chǎn)品經(jīng)理,主要從事現(xiàn)場總線技術(shù)的應(yīng)用及相關(guān)產(chǎn)品的研究工作。
摘要:本文介紹了和利時(shí)現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)在神華福能發(fā)電有限責(zé)任公司兩臺(tái)百萬火電機(jī)組的成功應(yīng)用,對(duì)系統(tǒng)總線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)組態(tài)方式、周期性數(shù)據(jù)進(jìn)行了解析,并介紹了智能型設(shè)備管理系統(tǒng)的整體應(yīng)用效果。該項(xiàng)目是國產(chǎn)現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)在國內(nèi)大型百萬火電機(jī)組的首次成功應(yīng)用,并且將智能型設(shè)備的遠(yuǎn)程管理真正用于日常檢修維護(hù),對(duì)今后國內(nèi)大型智能化、數(shù)字化電廠的建設(shè)有著推動(dòng)意義。
關(guān)鍵詞:1000MW;現(xiàn)場總線;FDT/DTM;設(shè)備管理;應(yīng)用
Successful Application of First Domestic FieldBus Control System in 1000MW Unit
Abstract:This paper introduces the successful application of hollysys fieldbus control system in ShenHua FuNeng Generation Electric Co.,Ltd 2×1000MW Unit.Through the system bus network structure,configuration mode,periodic data analysis and intelligent device management,the overall application performanceare introduced in this paper.The projectis the first successful application of the domestic fieldbus control system and the remote management of intelligent equipment for the daily maintenance in the domestic large million thermal power units.Therefore it has a significance to promote to the future construction of large domestic intelligent and digital power plant.
Key words:1000MW; FieldBus; FDT/DTM; Asset Management; Application
作者簡介
文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B
文章編號(hào):1003-0492(2016)02-0076-04
中圖分類號(hào):TP273