高玉玲 王剛建 郭獻(xiàn)軍

(河南省電力勘測(cè)設(shè)計(jì)院，鄭州 450000)

20世紀(jì)90年代初，DCS開(kāi)始應(yīng)用于國(guó)內(nèi)大型火電廠的自控系統(tǒng)中。隨著人們生活和企業(yè)生產(chǎn)對(duì)電能供應(yīng)的安全、可靠、經(jīng)濟(jì)及優(yōu)質(zhì)等指標(biāo)的要求越來(lái)越高，也對(duì)電廠生產(chǎn)的自控水平提出了更高的要求[1,2]。而控制系統(tǒng)的骨架——系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，作為控制系統(tǒng)的核心和基礎(chǔ)，也在不斷地發(fā)展變化。筆者以國(guó)電滎陽(yáng)一期火電廠生產(chǎn)裝置為背景，將其單元機(jī)組的DCS公用網(wǎng)絡(luò)與全廠輔助車間控制網(wǎng)絡(luò)相連，構(gòu)成了全廠DCS公用網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)主機(jī)-輔機(jī)DCS的一體化控制。

1 大型火電廠控制方案簡(jiǎn)介①

1.1 單元機(jī)組控制方式

單元機(jī)組采用爐、機(jī)、電集中控制方式，實(shí)現(xiàn)爐、機(jī)、電全能值班運(yùn)行模式。每臺(tái)機(jī)組按爐、機(jī)、電一體化配置單元機(jī)組DCS，機(jī)組公用系統(tǒng)設(shè)DCS公用控制網(wǎng)，通過(guò)通信接口與各單元機(jī)組的控制系統(tǒng)連接。公用系統(tǒng)可由任意一臺(tái)機(jī)組DCS操作員站進(jìn)行監(jiān)視和控制，并有相應(yīng)的閉鎖措施，確保任何時(shí)候僅有一臺(tái)機(jī)組DCS能發(fā)出有效操作指令。

1.2 輔助車間控制方式

輔助車間按水、凝結(jié)水精處理、煤、灰、電除塵分設(shè)置各自的控制網(wǎng)絡(luò)。水、凝結(jié)水精處理、煤、灰控制系統(tǒng)采用DCS或PLC控制，并在此基礎(chǔ)上搭建輔控網(wǎng)，輔控網(wǎng)的值班點(diǎn)可并入集中控制室也可單獨(dú)設(shè)置輔網(wǎng)控制室。

2 主-輔控一體化網(wǎng)絡(luò)方案

目前很多工程為了提高自動(dòng)化水平，消除自動(dòng)化“孤島現(xiàn)象”，采用了全廠控制系統(tǒng)一體化，即全廠DCS硬件一體化的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)[3～8]。但其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)通常將主機(jī)DCS網(wǎng)絡(luò)和全廠輔助車間控制網(wǎng)絡(luò)分為兩個(gè)獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)。

主-輔控一體化網(wǎng)絡(luò)也是全廠DCS理念，不同的是將機(jī)組DCS公用網(wǎng)絡(luò)和全廠輔助車間控制網(wǎng)絡(luò)合并為一個(gè)全廠DCS公用網(wǎng)絡(luò)。這種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是一種全新的理念，鮮見(jiàn)于電廠的控制網(wǎng)絡(luò)中，因此保證這種全新網(wǎng)絡(luò)的可靠性是重中之重。

3 方案的可行性測(cè)試

3.1 測(cè)試模型

為了研究全廠主-輔控DCS一體化網(wǎng)絡(luò)控制在超大型機(jī)組(4×1 000MW及6×600MW等)應(yīng)用的可行性，以6×1 000MW全廠主-輔控網(wǎng)絡(luò)一體化作為1∶1測(cè)試模型，該模型所有域的數(shù)據(jù)均來(lái)自同等規(guī)模機(jī)組實(shí)際組態(tài)項(xiàng)目，公用系統(tǒng)按照兩臺(tái)機(jī)組的輔控規(guī)模設(shè)計(jì)。測(cè)試主要研究主-輔控DCS一體化網(wǎng)絡(luò)的信息傳遞和控制、各個(gè)節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)的流量、值長(zhǎng)站的網(wǎng)絡(luò)連接和信息處理量以及歷史站的配置、數(shù)據(jù)信息量和數(shù)據(jù)通信量。6×1 000MW機(jī)組的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示，每?jī)膳_(tái)單元機(jī)組建立一個(gè)單元機(jī)組公用域，包括有兩機(jī)公用電氣部分、工藝系統(tǒng)部分(空壓機(jī)系統(tǒng)等)和脫硫部分；每?jī)膳_(tái)單元機(jī)組公用的輔控根據(jù)功能設(shè)置成水和灰兩個(gè)域，供煤的所有系統(tǒng)納入全廠公用網(wǎng)絡(luò)，脫硫部分單元機(jī)組納入單元機(jī)組域，公用部分納入兩機(jī)公用部分，全廠公用電氣部分建立一個(gè)域。全廠輔控根據(jù)功能分別建立水、煤和灰3個(gè)部分。域的規(guī)模見(jiàn)表1。

圖1 6×1 000MW機(jī)組全廠主-輔控網(wǎng)絡(luò)一體化拓?fù)?/p>

序號(hào)名稱點(diǎn)數(shù)/個(gè)1單元機(jī)組101 6932單元機(jī)組公用8 1903單元機(jī)組水系統(tǒng)265 534單元機(jī)組煤系統(tǒng)9 5295單元機(jī)組灰系統(tǒng)78 9696單元機(jī)組脫硫系統(tǒng)21 0377全廠公用101 6938全廠水系統(tǒng)26 5539全廠煤系統(tǒng)9 52910全廠灰系統(tǒng)26 553合計(jì)1 207 320

3.2 可行性測(cè)試結(jié)果

當(dāng)EDPF-NT+系統(tǒng)采用混合通信模式時(shí)，大量的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)由控制器自動(dòng)發(fā)布到系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，因此當(dāng)域的數(shù)量(多個(gè)機(jī)組)和域內(nèi)信息(大型機(jī)組)增大時(shí)，網(wǎng)絡(luò)開(kāi)銷增大。在6×1 000MW這種超大規(guī)模組網(wǎng)的情況下，值長(zhǎng)站的信息處理量遠(yuǎn)大于合理范圍(要求小于30%)，使得值長(zhǎng)站的反應(yīng)變慢。

當(dāng)EDPF-NT+系統(tǒng)采取發(fā)布訂閱的通信機(jī)制時(shí)，網(wǎng)絡(luò)流量會(huì)根據(jù)訂閱點(diǎn)數(shù)不同而變化。值長(zhǎng)站的信息處理量處于合理范圍(小于10%)。通過(guò)以上對(duì)比測(cè)試，證明EDPF-NT+系統(tǒng)采取發(fā)布訂閱機(jī)制時(shí)，可以滿足6×1 000MW全廠主-輔控網(wǎng)絡(luò)一體化的應(yīng)用要求。

當(dāng)EDPF-NT+DCS系統(tǒng)采取發(fā)布訂閱的通信機(jī)制時(shí)，其網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷隨訂閱點(diǎn)數(shù)量而變化。值長(zhǎng)站連接在全廠的公用系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)上比較合理，其信息處理量在小于10%的合理范圍內(nèi)。根據(jù)EDPF-NT+DCS數(shù)據(jù)報(bào)的管理方式，在網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷最極端的情況下，即6×1 000MW全廠主-輔控一體化網(wǎng)絡(luò)的單元機(jī)組為6個(gè)域，每個(gè)域的DPU(Distributed Processing Unit)站點(diǎn)數(shù)量均為100個(gè)，單元機(jī)組公用系統(tǒng)為15個(gè)域(每個(gè)域的DPU站點(diǎn)數(shù)量為20個(gè))，全廠公用系統(tǒng)為4個(gè)域(每個(gè)域的DPU站點(diǎn)為20個(gè))。查詢畫面以大屏幕分為4個(gè)畫面計(jì)算，每個(gè)畫面均向所有DPU(含少數(shù)跨域)申請(qǐng)數(shù)據(jù)。DPU在2min內(nèi)向畫面發(fā)送數(shù)據(jù)。如果設(shè)定為每分鐘更換4個(gè)畫面(滿足運(yùn)行要求)，DPU發(fā)送數(shù)據(jù)量將成倍數(shù)增加，極端情況下值長(zhǎng)站的數(shù)據(jù)通信量為9.1875MByte，約占網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷的9.2%。但上述情況在實(shí)際生產(chǎn)中不會(huì)存在。值長(zhǎng)站不可能同時(shí)向一個(gè)域內(nèi)的所有控制器發(fā)訂閱請(qǐng)求，畢竟一個(gè)畫面的內(nèi)容有限。比較合理的估算是網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷為1%～2%。

通過(guò)以上對(duì)比測(cè)試，證明EDPF-NT+系統(tǒng)采取發(fā)布訂閱機(jī)制時(shí)，可以滿足6×1 000MW全廠主-輔控網(wǎng)絡(luò)一體化的應(yīng)用要求。

4 應(yīng)用

國(guó)電滎陽(yáng)一期(2×600MW)工程DCS采用國(guó)電智深公司的EDPF-NT+軟/硬件一體化的分散控制系統(tǒng)。全廠DCS包括1#單元機(jī)組DCS、2#單元機(jī)組DCS和公用DCS，其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 2×600MW超臨界機(jī)組DCS網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

兩臺(tái)單元機(jī)組的監(jiān)控分別由兩套DCS實(shí)現(xiàn)，納入DCS控制的兩臺(tái)單元機(jī)組的公用系統(tǒng)和輔助車間控制系統(tǒng)均接入公用DCS網(wǎng)絡(luò)。公用DCS網(wǎng)絡(luò)與常規(guī)控制系統(tǒng)的不同之處在于，它是一套獨(dú)立完整的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，具有獨(dú)立的操作員站、獨(dú)立的數(shù)據(jù)庫(kù)和網(wǎng)絡(luò)管理功能。

兩臺(tái)單元機(jī)組的DCS對(duì)單元機(jī)組公用DCS系統(tǒng)的控制指令具有相互閉鎖功能，防止同時(shí)在兩于操作狀態(tài)；利用軟件手段對(duì)接入公用DCS網(wǎng)絡(luò)中的系統(tǒng)進(jìn)行“域”的管理。本工程設(shè)置5個(gè)域，分別為1#機(jī)單元域、2#機(jī)單元域、公用域、水系統(tǒng)域和灰系統(tǒng)域。通過(guò)“域”的權(quán)限管理，運(yùn)行人員通過(guò)兩臺(tái)單元機(jī)組DCS的操作員站僅能對(duì)本機(jī)和公用DCS網(wǎng)絡(luò)中的公用系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)視和控制；公用DCS網(wǎng)絡(luò)設(shè)有輔助車間操作員站，輔控操作員站僅能對(duì)水和灰系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控；氣力輸灰、凝結(jié)水和水處理就地電子間分別設(shè)置有就地工程站，用于調(diào)試期間使用，且僅能對(duì)本系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控，不能操作其他域內(nèi)的設(shè)備。

該項(xiàng)目組網(wǎng)規(guī)模和現(xiàn)在實(shí)際應(yīng)用機(jī)組一致，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷在3.3%～5.9%，DCS公用網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷偶爾達(dá)到7.2%，NT+無(wú)論采用哪種方式都會(huì)滿足要求。

5 結(jié)束語(yǔ)

主-輔控一體化網(wǎng)絡(luò)與傳統(tǒng)DCS主-輔控一體化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)相比，減少了一層網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)更加清晰。實(shí)驗(yàn)和實(shí)際測(cè)試結(jié)果表明：?jiǎn)卧獧C(jī)組DCS公用網(wǎng)絡(luò)與輔助車間控制網(wǎng)絡(luò)連接，構(gòu)成全廠DCS主-輔控一體化控制網(wǎng)絡(luò)是可行的。這種全新的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)將使火電廠的自動(dòng)化控制水平得以提高。