大型火電廠輔助車間控制系統(tǒng)改造方案設(shè)計與實現(xiàn)

羅培全

摘 要：針對國華舟山電廠二期已經(jīng)存在的各輔機系統(tǒng)相互獨立的現(xiàn)狀，對現(xiàn)場分布的各控制子系統(tǒng)進行分析，提出輔控網(wǎng)改造原則和三層網(wǎng)絡分層，針對各輔助車間控制系統(tǒng)提出集成方案。闡明輔控網(wǎng)的組網(wǎng)規(guī)約并總結(jié)了實施過程中的注意事項。

關(guān)鍵詞：火電廠；輔控網(wǎng)；集成；設(shè)計；實現(xiàn)

中圖分類號：TM611 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）17-0113-02

Abstract： In view of the fact that each auxiliary machine system of Guohua Zhoushan Power Plant is independent of each other in the second phase of the power plant， the control subsystems distributed in the field are analyzed， and the principle of reconstruction of auxiliary control network and the layering of three-layer network are put forward. An integrated scheme is proposed for each auxiliary workshop control system. The network protocol of the auxiliary control network is expounded and the matters needing attention in the process of implementation are summarized.

Keywords： thermal power plant； auxiliary control network； integration； design； implementation

引言

隨著我國電力體制改革的深入，電力市場競爭的日益激烈，降低資源損耗和提高管理效益成為發(fā)電企業(yè)的迫切需求。為此，火電廠輔助車間集中控制系統(tǒng)由于網(wǎng)絡技術(shù)的出現(xiàn)和快速發(fā)展成為了新建大型火電工程的典型配置。它使得傳統(tǒng)工業(yè)企業(yè)設(shè)備網(wǎng)絡架構(gòu)發(fā)生變化，借助工業(yè)以太網(wǎng)的應用在不同設(shè)備之間建立起統(tǒng)一標準、可靠互聯(lián)的網(wǎng)絡平臺，消除所謂的“自動化孤島”。進而提高機組參與電力市場的競爭能力，提高機組經(jīng)濟運行能力，降低企業(yè)生產(chǎn)成本[1-2]。

1 輔助系統(tǒng)現(xiàn)狀

神華國華舟山電廠由于舟山本島上電力需求增長較慢，二期3、4號機組采用同時審批分步建設(shè)的方案，3號機組于2010年10月投產(chǎn)，4號機組在2011年10開始啟動項目，而在3號機組建設(shè)時，二期的輔助車間控制系統(tǒng)為多點分散控制，“自動化孤島”較多，如3號機組的精處理水系統(tǒng)、飛灰輸送系統(tǒng)、電除塵系統(tǒng)、暖通空調(diào)系統(tǒng)均設(shè)置獨立監(jiān)控點。

精處理水系統(tǒng)采用PLC+上位機的監(jiān)控方式，監(jiān)控點設(shè)置在凝結(jié)水精處理控制室，精處理水控制系統(tǒng)由兩對冗余的施耐德昆騰PLC67160及IO卡件組成。一對PLC為精處理PLC，另一對為二期綜合水PLC，精處理水控制系統(tǒng)已有操作員站3臺。

3號機組飛灰控制系統(tǒng)。飛灰輸送系統(tǒng)采用PLC+上位機的監(jiān)控方式，監(jiān)控點設(shè)置在電除塵樓的電除塵控制室，飛灰輸送控制系統(tǒng)由一對冗余的施耐德昆騰PLC67160及IO卡件組成。飛灰輸送系統(tǒng)配置操作員站2臺。

暖通制冷控制系統(tǒng)采用PLC+上位機監(jiān)控方式，監(jiān)控點在二期集中控制室，暖通制冷控制系統(tǒng)采用兩對冗余的施耐德昆騰PLC及IO卡件，其中一對PLC為暖通系統(tǒng)PLC，另一對PLC為制冷加熱PLC，系統(tǒng)有一臺操作員站。

3號機組電除塵控制系統(tǒng)包括微機自動控制的高壓控制系統(tǒng)和采用莫迪康昆騰系列140CPU11303 PLC的低壓控制系統(tǒng)，系統(tǒng)有一臺操作員站。

2 輔控網(wǎng)改造集成方案

由于3號機組建設(shè)時當時的技術(shù)水平限制采用多點分散控制。舟山電廠二期工程4號機組即將開建時決定借組新機組建設(shè)的機會，改造3號機組輔助車間的控制系統(tǒng)，最終完成3、4號機組輔助車間控制系統(tǒng)的高度集成。納入輔控網(wǎng)控制的系統(tǒng)為包括水網(wǎng)、灰網(wǎng)、暖通、電除塵。輸煤系統(tǒng)由于一、二期有獨立的煤控中心且硬件為DCS系統(tǒng)，不進入輔控網(wǎng)。一些與機組運行關(guān)系密切的系統(tǒng)納入主機DCS控制，如4號機組除渣，鍋爐燃油泵等。鍋爐吹灰、凝汽器膠球清洗、翻車機、卸船機、堆取料機、斗輪機系統(tǒng)按照常規(guī)設(shè)計也不納入輔控網(wǎng)系統(tǒng)。

2.1 硬件選型

對于舟山4號機組輔助車間控制系統(tǒng)的硬件選型，主要考慮已經(jīng)建成的3號機組設(shè)備，要與3號機組輔控設(shè)備聯(lián)網(wǎng)的兼容性、全廠備品備件的通用性以及輔控網(wǎng)設(shè)備的維護便利性相結(jié)合。因此，二期輔控網(wǎng)設(shè)備選型時統(tǒng)一選用3號機組輔助車間已經(jīng)使用的法國施耐德公司的昆騰系列的140CPU67160 PLC，主交換機采用德國赫斯曼公司工業(yè)級MS系列交換機，分支交換機采用赫斯曼交換機，操作員站采用IntelG640/2G/2x500G/DVD-ROM。配置兩臺專用網(wǎng)絡服務器，并配置有獨立的數(shù)據(jù)庫。

2.2 軟件配置

軟件部分主要由監(jiān)控軟件（開發(fā)版和運行版）、編程軟件、網(wǎng)管軟件以及實時數(shù)據(jù)庫軟件組成，分別實現(xiàn)二期輔助車間網(wǎng)絡上位機的監(jiān)控以及系統(tǒng)內(nèi)部、外部的數(shù)據(jù)接口及網(wǎng)絡管理。操作員站監(jiān)控軟件為iFIX 5.0CiClient，歷史數(shù)據(jù)庫軟件采用iHistorian standard server 15000pts ver 3.1 網(wǎng)管軟件能管理和控制網(wǎng)絡設(shè)備的每個端口，同時具有OPC接口，以便與監(jiān)控軟件無縫連接，實時監(jiān)控網(wǎng)絡系統(tǒng)。編程軟件選用UNITY PRO，XL版本，使所有輔機PLC控制系統(tǒng)可離線或在線進行組態(tài)。對原3號機組精處理系統(tǒng)、飛灰系統(tǒng)、電除塵系統(tǒng)、暖通程控系統(tǒng)等操作員站8套監(jiān)控軟件進行升級，iFIX升級成iFIX 5.0CiClient。

2.3 網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)

根據(jù)現(xiàn)有條件和確定的軟硬件選型原則，將輔控網(wǎng)控制網(wǎng)絡配置成三層網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，即控制層、網(wǎng)絡層、信息監(jiān)視層。整個網(wǎng)絡配置兩個集中監(jiān)控點，一個在主機集中控制室，另外一個為輔控室的輔助系統(tǒng)監(jiān)控中心，用于后備的原來各分系統(tǒng)監(jiān)控點保留。在集控樓的3號機組工程師室配置SIS接口機，用于向信息系統(tǒng)傳遞生產(chǎn)數(shù)據(jù)。

2.4 分系統(tǒng)接入方案

（1）4號機組精處理系統(tǒng)。4號機組精處理系統(tǒng)主要有前置除鐵器、精處理混床，凝結(jié)水、給水自動加藥裝置，而樹脂再生裝置和酸堿裝置和3號機組公用，已經(jīng)在建設(shè)3號機組時建成，但3號機組精處理程序獨占了再生裝置和酸堿裝置，在4號機組精處理并入時，采用3號機組的PLC，不增加PLC，系統(tǒng)新增測量數(shù)分別為DI 167點，DO 86點，AO 7點，AI 48點，共307點，CPU的帶載沒有問題，采用基于Modbus Plus協(xié)議的分布式DIO模塊的方式并入3號機組精處理PLC，DIO模塊和原系統(tǒng)通過光纖連接。（2）4號機組暖通系統(tǒng)。在3號機組建設(shè)時已經(jīng)完成了二期3、4號機組的冷熱源的建設(shè)，新增暖通設(shè)備較少，控制系統(tǒng)基本建設(shè)完成，此次改造主要增加對4號機組暖通的控制，這些設(shè)備主要包括汽機房、配電室、勵磁小室等房間的降溫通風，電子設(shè)備間的空調(diào)，新增100個測點，因此從技術(shù)和經(jīng)濟角度出發(fā)，采用同軸電纜擴展遠程IO柜的方式。（3）飛灰輸送及氨區(qū)設(shè)備控制系統(tǒng)。國華舟山電廠4號機組的飛灰輸送系統(tǒng)以及氨區(qū)設(shè)備均是一套獨立的工藝系統(tǒng)，且測點數(shù)量較多，因此這兩個系統(tǒng)均采用分別配置一對PLC+上位機，在調(diào)試及運行初期實現(xiàn)就地監(jiān)控，調(diào)試完成及系統(tǒng)穩(wěn)定后最終歸入輔控網(wǎng)監(jiān)控。（4）4號機組靜電除塵系統(tǒng)。4號機組電除塵控制系統(tǒng)包括微機自動控制的高壓控制系統(tǒng)和采用一對莫迪康昆騰冗余熱備PLC，PLC型號為140CPU11303的低壓控制系統(tǒng)，系統(tǒng)配置雙交換機，雙網(wǎng)卡的操作員站。電除塵上位機監(jiān)控范圍為高壓直流供電裝置、低壓供電裝置。電除塵控制系統(tǒng)配置一臺操作員站，供操作員操作和工程師調(diào)試之用，安裝在電除塵就地控制室。電除塵低壓控制系統(tǒng)的PLC能通過網(wǎng)橋模塊完成和高壓控制系統(tǒng)的通訊，從而實現(xiàn)對整個電除塵系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集、控制、管理等。

2.5 組網(wǎng)規(guī)約

為了順利實現(xiàn)輔助車間控制網(wǎng)絡的組網(wǎng)，必須對各個分系統(tǒng)進行規(guī)范約定。規(guī)范人機界面組態(tài)，保證接入輔控網(wǎng)的各子系統(tǒng)界面風格和操作方式的一致性；規(guī)范二期輔助車間網(wǎng)絡架構(gòu)及通信介質(zhì)形式；規(guī)范各系統(tǒng)網(wǎng)絡硬件接口，確保網(wǎng)絡通訊的兼容性；規(guī)范各子系統(tǒng)數(shù)據(jù)格式，防止系統(tǒng)間數(shù)據(jù)相互沖突。這些規(guī)定至少包括各系統(tǒng)畫面文件名，標簽名稱，通訊配置的命名要求，用戶自定義庫，精靈等的命名，全局變量和腳本的命名，記錄、報警等使用的設(shè)備名。

3 工程實施中問題及措施

（1）3號機組電除塵具有網(wǎng)橋模塊等非PLC標準模塊，且不具備雙網(wǎng)冗余結(jié)構(gòu)。聯(lián)網(wǎng)時進行相應的設(shè)置通訊，將原來的操作員站配置為Server，并將系統(tǒng)掛入其中一路網(wǎng)絡A網(wǎng)中。（2）3號機組輔助車間各系統(tǒng)IP地址混亂，且有些沒有冗余配置。在具有雙路冗余的設(shè)備中，IP地址采用了分網(wǎng)段地址，如3號機組精處理PLC主機架上配置了2只以太網(wǎng)模塊，地址分別設(shè)置為192.160.0.79和192.168.1.79。最終將飛灰系統(tǒng)掛接在A網(wǎng)，而電除塵通過修改IP地址、更換接口也掛接到A網(wǎng)，但實現(xiàn)了聯(lián)網(wǎng)。在尋找IP地址資源時，采用專用的IP地址分配軟件，以免與現(xiàn)有系統(tǒng)控制子站IP地址沖突。（3）控制權(quán)限的切換及閉鎖。聯(lián)網(wǎng)后工藝系統(tǒng)設(shè)備的控制不僅能在本地操作員站上完成控制，也能在輔網(wǎng)系統(tǒng)操作員站上進行控制，為了避免同時對同一個設(shè)備在不同網(wǎng)絡上進行控制，在就地操作員站上位畫面操作權(quán)限與輔網(wǎng)系統(tǒng)上位畫面操作權(quán)限進行切換，并能夠互鎖的能力，切換方案如下：控制系統(tǒng)在下位PLC程序中設(shè)有操作權(quán)限設(shè)定中間寄存器，通過設(shè)定中間寄存器的值，來切換不同級別的操作權(quán)限。當寄存器為0時，僅允許本地操作站操作；寄存器為1時，僅允許輔網(wǎng)系統(tǒng)操作站操作，避免了不同級別的操作員站同時對同一個設(shè)備進行控制。（4）輔控網(wǎng)的改造工作完成后能否真正發(fā)揮其應有的作用，很大程度上取決于運行人員的水平。以前只需熟悉一個專業(yè)就可勝任工作，如精處理操作員站熟悉精處理系統(tǒng)而不熟悉輸灰和電除塵車。實施輔助車間集控運行后，則要求熟悉多個專業(yè)，對人員素質(zhì)、水平的要求更高。因此，要加大運行人員培訓力度，使其盡快成為合格的全能值班員。同時也要加強對控制設(shè)備維護人員的培訓和提高。

4 結(jié)束語

本工程既是一個新建工程，又是一個改造工程，具有項目的特殊性。借助新建機組建設(shè)的機會，完成對輔助車間控制系統(tǒng)的集成改造，通過輔助車間控制系統(tǒng)的集成改造，實現(xiàn)了輔助車間各子系統(tǒng)的集中監(jiān)控，提高了輔助車間運行與管理水平，為減少運行和維護人員創(chuàng)造了條件。同時提高了電廠運行的安全性和經(jīng)濟性。此項目在投產(chǎn)后一年之內(nèi)沒有大的設(shè)備異常事件，系統(tǒng)安全可靠。由于借助了新機組的建設(shè)，沒有改造專項的施工、調(diào)試單位，改造費用低，值得類似項目借鑒。

參考文獻：

[1]孫兆龍，何亮.火電廠集中控制系統(tǒng)研究[J].城市建設(shè)理論研究，2016（1）：32.

[2]鍛煉.火電廠輔控網(wǎng)的設(shè)計與實現(xiàn)[D].上海：華東理工大學，2014.