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        EDPF-NT+DCS CA高效自動化組態(tài)技術(shù)在1000MW超超臨界機組中的應(yīng)用

        2013-08-09 09:51:58鮑震鄒愛紅黃煥袍邱忠昌潘鋼
        電力建設(shè) 2013年3期
        關(guān)鍵詞:組態(tài)子系統(tǒng)聚類

        鮑震,鄒愛紅,黃煥袍,邱忠昌,潘鋼

        (1.北京國電智深控制技術(shù)有限公司,北京市 102200;2.北京德普新源科技發(fā)展有限公司,北京市 100027)

        0 引言

        分散控制系統(tǒng)(distributed control system,DCS)是工業(yè)自動化控制領(lǐng)域廣泛采用的控制系統(tǒng),控制技術(shù)、計算機技術(shù)、通信技術(shù)、圖像顯示技術(shù)是其顯著特點。以前國內(nèi)工業(yè)自動化控制多采用國外系統(tǒng),經(jīng)過多年的發(fā)展,國內(nèi)DCS系統(tǒng)的性能已逐步趕上和超越進口系統(tǒng),廣泛應(yīng)用于我國的火電機組自動化控制中。北京國電智深控制技術(shù)有限公司(下稱智深公司)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的 EDPF-NT + (electric distributed process family NT plus)是該行業(yè)的翹楚之作,在行內(nèi)處于領(lǐng)先位置,富含眾多的科技創(chuàng)新點。EDPF-NT+DCS CA(EDPF-NT+DCS configuration auto)高效自動化組態(tài)是EDPF-NT+中的一項技術(shù),是智深公司在火力發(fā)電控制領(lǐng)域多年研究、開發(fā)的最新成果[1],其充分利用4C技術(shù),提供了從數(shù)據(jù)庫I/O、控制邏輯SAMA到人機操作畫面MMI的全套組態(tài)解決方案,填補了國內(nèi)外DCS系統(tǒng)自動化組態(tài)的技術(shù)空白。本文論述EDPF-NT+DCS CA高效自動化組態(tài)技術(shù)在1000MW機組組態(tài)過程中的應(yīng)用。

        1 EDPF-NT+DCS CA高效自動化組態(tài)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)化

        EDPF-NT+DCS CA技術(shù)是通過計算機技術(shù)將EDPF-NT+DCS設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)化納入程序化、流程化設(shè)計,以轉(zhuǎn)換為計算機能夠識別、協(xié)作的技術(shù)。DCS設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)化是自動化組態(tài)的基礎(chǔ)和依據(jù)。

        目前智深公司有關(guān)DCS組態(tài)的標(biāo)準(zhǔn)有:“EDPFNT+自動化組態(tài)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)”、“EDPF-NT PLUS系統(tǒng)控制頁分配和中間點名組態(tài)標(biāo)準(zhǔn)”、“I/O數(shù)據(jù)庫分配標(biāo)準(zhǔn)”、“EDPF-NT PLUS典型圖標(biāo)準(zhǔn)”、“EDPF-NT PLUS系統(tǒng)DAS畫面設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)”、“BSCS功能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)”、“火力發(fā)電廠FSSS設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)”、“MCS功能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)”、“ECS功能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)”、“MEH功能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)”、“ETS功能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)”、“DEH功能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)”等[2]。這些標(biāo)準(zhǔn)化文件為企業(yè)大量的工程實踐打下了堅實的技術(shù)基礎(chǔ),為自動化組態(tài)流程提供了技術(shù)依據(jù)和指導(dǎo)。EDPF-NT+DCS項目組態(tài)流程如圖1所示。

        圖1 EDPF-NT+DCS項目組態(tài)流程Fig.1 Configuration process of EDPF-NT+DCS

        2 EDPF-NT+DCS CA高效自動化組態(tài)技術(shù)

        EDPF-NT+DCS項目的組態(tài)流程中,設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)化文件在各個環(huán)節(jié)都提供了技術(shù)文件指導(dǎo),自動化組態(tài)技術(shù)根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化文件影響了組態(tài)各個環(huán)節(jié)。下面從I/O數(shù)據(jù)庫自動化組態(tài)、控制邏輯(control logic scientific apparatus maker’s association,SAMA)自動化組態(tài)、人機界面(man-machine interface,MMI)自動化組態(tài)3個方面闡述EDPF-NT+DCS CA高效自動化組態(tài)技術(shù)。

        2.1 I/O數(shù)據(jù)庫自動化組態(tài)技術(shù)

        2.1.1 3層的I/O數(shù)據(jù)聚類模型

        對于1000MW機組級別的DCS控制系統(tǒng),其I/O點數(shù)達到15000余點,如果逐個對數(shù)據(jù)點進行分配,無疑是一個浩大的工程。所幸,看似孤立的I/O點實際上是有機聯(lián)系的,經(jīng)過數(shù)據(jù)挖掘后可以發(fā)現(xiàn)很多I/O點都是某一個設(shè)備或某一功能的從屬點,例如表1中6個I/O點可以聚類[3]為1個。

        表1 某1000MW機組的I/O聚類Tab.1 I/O clustering of 1000MW units

        對于火力發(fā)電控制對象,根據(jù)工藝可以把整個控制系統(tǒng)分成若干個子系統(tǒng)。例如,某1000MW超超臨界機組控制系統(tǒng)可劃分為如表2所示的子系統(tǒng)(僅部分子系統(tǒng))。

        表2 某1000MW機組子系統(tǒng)劃分Tab.2 Sub system of 1000MW units

        表1中的9號低壓加熱器出口電動閥可以被包含在表2機側(cè)的低壓加熱系統(tǒng)及抽汽子系統(tǒng)內(nèi)。底層的 I/0數(shù)據(jù)點、設(shè)備聚類、子系統(tǒng)構(gòu)成了EDPF-NT+DCS CA高效自動化組態(tài)的3層數(shù)據(jù)聚類模型,如圖2所示。

        2.1.2 數(shù)據(jù)庫自動化組態(tài)技術(shù)

        根據(jù)3層數(shù)據(jù)聚類模型,在處理數(shù)據(jù)庫時先將I/O數(shù)據(jù)點聚類為設(shè)備表(如表3所示),設(shè)備再次聚類為子系統(tǒng),然后按照工藝聚集組成火電機組這一復(fù)雜的生產(chǎn)控制過程。

        圖3 子系統(tǒng)的控制器劃分Fig.3 Controller division of sub system

        當(dāng)數(shù)據(jù)庫已經(jīng)被分門別類地聚類為設(shè)備、子系統(tǒng)后,在劃分數(shù)據(jù)庫時,無需關(guān)注太多的細節(jié),只需按實際要求進行子系統(tǒng)的控制器劃分即可(如圖3所示)。控制器分配后,自動按照公司標(biāo)準(zhǔn)化文件《I/O數(shù)據(jù)庫分配標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)則進行通道分配并填寫端子接線[4]。智深公司標(biāo)準(zhǔn)化文件里給出了幾種典型的子系統(tǒng)劃分以及在各控制器(distributed processing unit,DPU)的分配情況,可以根據(jù)實際的機組選型情況進行“智能匹配子系統(tǒng)”,系統(tǒng)自動將已知的子系統(tǒng)分配到DPU,然后自動對各子系統(tǒng)下的測點進行卡件、通道分配,并填寫端子號,大大提高了工作效率。

        2.2 SAMA控制邏輯自動化組態(tài)技術(shù)

        EDPF-NT+DCS基于microsoft visio平臺開發(fā)出全圖形界面組態(tài)環(huán)境,向組態(tài)人員提供類似office的開發(fā)環(huán)境,界面友好,極易上手。微軟office辦公軟件系統(tǒng)自動化開發(fā)工具(visual studio tools for office,VSTO)是net平臺下的office開發(fā)技術(shù)。相對于傳統(tǒng)Basic辦公軟件自動化開發(fā)(visual basic for application,VBA),VSTO提供了更加強大的開發(fā)平臺和語言,并部分解決了傳統(tǒng)office開發(fā)中的諸多問題(如難以更新、可擴展性差、難以維護、安全性低等),開發(fā)人員可以使用熟悉的技術(shù)來構(gòu)建更加靈活、強大、跨平臺的企業(yè)級解決方案[5]。邏輯架構(gòu)如圖4所示。

        圖4 VSTO解決方案架構(gòu)Fig.4 Solution architecture of VSTO

        對于DCS系統(tǒng),控制邏輯來源于控制功能說明書,其中有《BSCS功能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》、《火力發(fā)電廠FSSS設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》、《MCS功能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》、《ECS功能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》等,它們規(guī)定了控制邏輯的一般形式。為了組態(tài)方便快捷,智深公司根據(jù)長期的火電機組控制系統(tǒng)調(diào)試經(jīng)驗,固化和封裝了一些典型邏輯來驅(qū)動現(xiàn)場設(shè)備,《EDPF-NT PLUS典型圖標(biāo)準(zhǔn)》對此進行了規(guī)定和說明。EDPF-NT+典型設(shè)備驅(qū)動級為:BREAKERII電氣開關(guān)算法Ⅱ;MOTORII典型馬達控制算法;MOV典型電動門算法Ⅱ;MOVSPII典型三位調(diào)節(jié)門算法Ⅱ;SCSOV單線圈電磁閥算法Ⅱ;SMOV典型帶保持回路電動門算法Ⅱ;STEPVALVE典型點動調(diào)節(jié)門算法Ⅱ。

        由于控制設(shè)備絕大多數(shù)都有1個典型設(shè)備驅(qū)動級與之相對應(yīng),因此可以對上述聚類而成的設(shè)備(表3)進行匹配,根據(jù)設(shè)備特點找到與其對應(yīng)的典型驅(qū)動級。然后,根據(jù)控制功能說明書完善其他的控制邏輯,并用數(shù)據(jù)表格的形式記錄下來,利用VSTO程序處理數(shù)據(jù)表格,自動生成SAMA文件。圖5為VSTO自動生成驅(qū)動級SAMA的系統(tǒng)界面。

        圖5 VSTO自動生成驅(qū)動級SAMA界面Fig.5 Driver stage of SAMA interface auto-generated by VSTO

        2.3 MMI人機畫面自動化組態(tài)技術(shù)

        2.3.1 XML解析及批量處理技術(shù)

        XML(extensive makeup language)是可擴展標(biāo)示語言,用于標(biāo)記電子文件使其具有結(jié)構(gòu)性的標(biāo)記語言,可以用來標(biāo)記數(shù)據(jù)、定義數(shù)據(jù)類型,是一種允許用戶對自己的標(biāo)記語言進行定義的源語言[6]。XML易于在任何應(yīng)用程序中讀寫數(shù)據(jù),因此很快成為數(shù)據(jù)交換的唯一公共語言,雖然不同的應(yīng)用軟件也支持其他的數(shù)據(jù)交換格式,但不久之后他們都將支持XML。這就意味著程序可以更容易地與windows、MAC OS、linux以及其他平臺下產(chǎn)生的信息結(jié)合,然后加載XML數(shù)據(jù)到程序中并進行分析,最終以XML格式輸出結(jié)果。

        EDPF-NT+的MMI人機畫面支持XML純文本編輯技術(shù),編輯工具GB(graph build)支持批量導(dǎo)入、導(dǎo)出功能。所有的系統(tǒng)主圖(graph of control,GOC)、系統(tǒng)窗口圖(graph of control window,GOW)均可導(dǎo)出XML格式的文件(graph of XML,GOX)。當(dāng)一個GOC文件導(dǎo)出為GOX文件后,XML格式下MMI畫面DAS測點的數(shù)據(jù)顯示如圖6所示。

        2.3.2 MMI人機畫面自動化組態(tài)技術(shù)

        XML格式的GOX文件非常方便程序的讀寫處理,當(dāng)系統(tǒng)流程主圖[7]及窗口圖轉(zhuǎn)換為GOX文件后,所有的測點、設(shè)備圖符、管道、操作區(qū)都變成了XML格式的數(shù)據(jù)文本文件??梢宰詣由蒘AMA文件的數(shù)據(jù)表格同樣發(fā)揮著重大作用,因為人機界面是控制設(shè)備和控制邏輯的圖形顯示,整理好的標(biāo)準(zhǔn)組態(tài)表格可以自動快速完成標(biāo)準(zhǔn)人機操作流程界面MMI的組態(tài)工作。

        圖6 XML格式DAS測點Fig.6 DAS point in XML mode

        以某1000MW超超臨界機組為例[8-10],其 I/O點數(shù)規(guī)模為1.5萬余點,受控設(shè)備為1200多個,系統(tǒng)工藝主頁面為50余頁,窗口圖為2000多個。如此大規(guī)模的組態(tài)工作,純?nèi)斯げ僮骱墓ず臅r,加之組態(tài)人員水平不齊容易出錯,一旦出錯很難排查。為此采用了EDPF-NT+DCS自動化組態(tài)技術(shù),復(fù)雜龐大的組態(tài)工作量轉(zhuǎn)換化為計算機程序可以識別的設(shè)備、條件表格等標(biāo)準(zhǔn)組態(tài)表格,并按照規(guī)范的畫面實現(xiàn)程序編程處理,從而高效地完成了MMI的組態(tài)工作。圖7為采用自動化組態(tài)技術(shù)處理某1000MW機組A磨煤機的主流程畫面和條件窗口。

        圖7 EDPF-NT+DCS自動組態(tài)技術(shù)生成MMIFig.7 MMI auto-generated by EDPF-NT+DCS CA

        3 結(jié)語

        EDPF-NT+DCS CA高效自動化組態(tài)技術(shù)充分利用計算機技術(shù)、控制技術(shù)與圖像顯示技術(shù),提供了從數(shù)據(jù)庫I/O、控制邏輯SAMA到人機操作畫面MMI的全套組態(tài)解決方案,填補了國內(nèi)外DCS系統(tǒng)自動化組態(tài)技術(shù)的空白。自2008年以來,該高效自動化組態(tài)技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于國內(nèi)300~1000MW機組,國電諫壁電廠、國華徐州電廠、國電漢川電廠等采用該技術(shù)的新建1000MW機組均順利通過168 h考核,成功投入商業(yè)運行,表明該項技術(shù)先進、可靠,應(yīng)予推廣。

        [1]黃煥袍,潘剛.國產(chǎn) EDPF-NT分散控制系統(tǒng)在600MW ~1000MW級大型火電機組控制中的應(yīng)用[J].中國儀器儀表,2009,30(3):42-45.

        [2]王疆,黃煥袍,潘剛,等.DCS設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)化[J].中國儀器儀表,2011,32(7):63-68.

        [3]湯效琴,戴汝源.數(shù)據(jù)挖掘中聚類分析的技術(shù)方法[J].微計算機信息,2003,19(1):3-4.

        [4]王疆.I/O數(shù)據(jù)庫分配標(biāo)準(zhǔn)[R].北京:北京國電智深控制技術(shù)有限公司,2008:10-16.

        [5]Kathleen M G,Paul S.VSTO 開發(fā)者指南[M].李永倫,譯.北京:機械工業(yè)出版社,2009:23-24.

        [6]賈小珠.深入淺出XML[M].北京:人民郵電出版社,2001:12-25.

        [7]邱華云.DCS動態(tài)流程圖畫面的設(shè)計及組態(tài)[J].石油化工自動化,2004,1(1):48-50.

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        [10]陳峰.EDPF-NT+控制系統(tǒng)在國華徐州發(fā)電廠2×1000MW超超臨界機組中的應(yīng)用[J].工業(yè)控制與節(jié)能,2012,2(4):96-99.

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