李 德

哈爾濱電站設(shè)備成套設(shè)計(jì)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(gè)設(shè)備可以進(jìn)行一體化的控制，在值班模式下基本實(shí)現(xiàn)了工作人員對(duì)整個(gè)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(dòng)化水平低?，F(xiàn)在電廠在減員的同時(shí)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(duì)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(shí)現(xiàn)了按水、煤、灰工藝過程劃分的車間級(jí)控制。

1 火電廠輔助車間控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則

大型火電廠輔助車間約包括40多個(gè)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(duì)分散，在系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，這些系統(tǒng)都是獨(dú)立運(yùn)行互不干擾，但同時(shí)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(jì)時(shí)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(shí)系統(tǒng)的可靠實(shí)時(shí)性策略，最后設(shè)計(jì)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(shí)現(xiàn)輔助車間的車間級(jí)控制，例如:按水、煤、灰劃分的車間級(jí)控制。設(shè)計(jì)思路確定后，要把火電廠輔助車間集中為1個(gè)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(dòng)化控制目的。在地理分布上，輔助車間系統(tǒng)相對(duì)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(dòng)故障、傳感器信號(hào)傳輸故障等現(xiàn)象，有一些如煤、灰、水樣分析等分析項(xiàng)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(shí)，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(huì)啟用。

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

電廠輔助車間控制系統(tǒng)要達(dá)到多級(jí)監(jiān)控，，如圖1所示，如管理級(jí)、車間級(jí)、現(xiàn)場(chǎng)級(jí)，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(duì)于不同級(jí)別權(quán)限的工作人員，高優(yōu)先級(jí)操作監(jiān)控時(shí)，低優(yōu)先級(jí)暫時(shí)鎖閉。管理級(jí)可集中監(jiān)控整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行信息，達(dá)到少人高效的要求，即實(shí)現(xiàn)了輔助車間級(jí)集中監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)了監(jiān)視系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化?，F(xiàn)場(chǎng)級(jí)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(jì)

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(jì)方案在相當(dāng)一段時(shí)間應(yīng)用在電廠輔助車間控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，可見其重要地位。此控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(duì)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(duì)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(cè)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(gè)輔助控制系統(tǒng)的控制核心為各個(gè)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(shí)的減少控制點(diǎn)，提高自動(dòng)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(shí)現(xiàn)控制集中化，首先必須將各個(gè)獨(dú)立的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)融合到一起，形成車間級(jí)控制網(wǎng)絡(luò)，然后將各個(gè)車間級(jí)控制網(wǎng)絡(luò)集合到一起便整合成一個(gè)集中控制的管理級(jí)網(wǎng)絡(luò)。通常有2中組網(wǎng)模型來構(gòu)建車間級(jí)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò):

1）用專用的通信媒介實(shí)現(xiàn)PLC與PLC主站之間的網(wǎng)絡(luò)通訊，并實(shí)現(xiàn)PLC與上位PC機(jī)的通訊:在車間級(jí)控制網(wǎng)絡(luò)中，當(dāng)核心控制器PLC型號(hào)一樣的時(shí)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(shí)時(shí)有效的信息傳遞的優(yōu)點(diǎn)；當(dāng)核心控制器PLC型號(hào)不一樣的時(shí)候，則會(huì)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(jí)控制網(wǎng)絡(luò)和整個(gè)管理級(jí)網(wǎng)絡(luò)的功能，現(xiàn)場(chǎng)級(jí)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(huì)發(fā)生信息干擾和，保障了整個(gè)通訊網(wǎng)絡(luò)的安全性能；2）用統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)形式實(shí)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(jí)站使用的監(jiān)控系統(tǒng)都為高性能且運(yùn)行可靠的計(jì)算機(jī)，所以實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)與計(jì)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(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)常選用的通訊媒介。現(xiàn)場(chǎng)級(jí)的各個(gè)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(shí)時(shí)性高傳輸速率快，同時(shí)用這種方案連接網(wǎng)絡(luò)時(shí)，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(jí)技術(shù)等網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，使其具有超高實(shí)時(shí)性的可靠性的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。為保證網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)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(gè)系統(tǒng)的可靠性和實(shí)時(shí)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(jí)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(shí)可以記錄電廠運(yùn)行數(shù)據(jù)建立實(shí)時(shí)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(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)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(shí)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(shí)現(xiàn)了范圍內(nèi)的實(shí)時(shí)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(duì)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(shí)施在傳統(tǒng)生產(chǎn)系統(tǒng)的改造計(jì)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。

[1]王革新.組建發(fā)電廠高可用性輔控網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)初探[J].自動(dòng)化博覽，2006(2):76-78.

[2]孫瑜，張金祥，劉明佳，等.國產(chǎn)DCS在600MW超臨界機(jī)組輔助車間控制一體化中的應(yīng)用[J].中國電力，2008，41(8):76-79.

[3]顏渝坪，崔逸群，王春利.火電廠現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)的成功應(yīng)用[J].中國電力，2007，40(3):56-60.

[4]呂玲，夏明.火電廠輔助車間集中控制方案研究[J].中國電力，2009，42(8):36-40.

[5]王芝娟.蒲石河電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)方案比較[J].東北水利水電，1996(1):35-40.

[6]李壯揚(yáng)，林廣銀.沙角C電廠輔助控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)一體化改造[J].廣東電力，2008，21(3):64-67.