斯林軍，張成文，陳若春，吳偉軍，唐秋杭，朱繼峰

（1.浙江省電力設(shè)計(jì)院，杭州310012；2.華潤電力（溫州）有限公司，浙江溫州325800；3.浙江浙能中煤舟山煤電有限責(zé)任公司，浙江舟山316131）

發(fā)電技術(shù)

基于單域網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的主輔DCS一體化控制方案

斯林軍1，張成文2，陳若春1，吳偉軍1，唐秋杭1，朱繼峰3

（1.浙江省電力設(shè)計(jì)院，杭州310012；2.華潤電力（溫州）有限公司，浙江溫州325800；3.浙江浙能中煤舟山煤電有限責(zé)任公司，浙江舟山316131）

針對(duì)1個(gè)電廠存在不同控制系統(tǒng)（DCS和多種品牌PLC）并有多個(gè)運(yùn)行值班點(diǎn)的現(xiàn)狀，通過對(duì)多個(gè)輔控網(wǎng)配置方案進(jìn)行技術(shù)性、經(jīng)濟(jì)性比較，提出先進(jìn)的主輔DCS一體化設(shè)計(jì)方案。結(jié)合浙能六橫發(fā)電廠和華潤蒼南發(fā)電廠的系統(tǒng)特點(diǎn)和運(yùn)行管理模式，量身定制了不同特點(diǎn)的技術(shù)方案，并都已成功投運(yùn)。

輔控DCS；主輔一體化控制；單域網(wǎng)絡(luò)；集中監(jiān)控

0 引言

從2002年開始，我國電力行業(yè)進(jìn)行了“廠網(wǎng)分開，競價(jià)上網(wǎng)”電力體制改革，電源與電網(wǎng)企業(yè)分開，電力建設(shè)飛速發(fā)展，新建燃煤機(jī)組以超超臨界1 000 MW等級(jí)機(jī)組為主。各主力機(jī)組工藝流程、設(shè)備性能基本一致，為降低火電廠標(biāo)準(zhǔn)煤耗，需要充分利用自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展的成果，在現(xiàn)有的主、輔廠房生產(chǎn)流程監(jiān)控基礎(chǔ)上，進(jìn)一步對(duì)控制系統(tǒng)和監(jiān)控平臺(tái)的配置進(jìn)行優(yōu)化和提高。

1 電廠監(jiān)控現(xiàn)狀和優(yōu)化思想

現(xiàn)有燃煤電廠單元機(jī)組都采用DCS（集散控制系統(tǒng)）集中監(jiān)控，已實(shí)現(xiàn)爐、機(jī)、電全能值班運(yùn)行模式[1]。而輔助生產(chǎn)系統(tǒng)仍多采用PLC（可編程邏輯控制器）加上位機(jī)控制方式，一般設(shè)置水、煤、灰3個(gè)獨(dú)立子網(wǎng)和監(jiān)控點(diǎn)。隨著工業(yè)化和信息化水平的提高，大部分電廠都在此基礎(chǔ)上通過以太網(wǎng)構(gòu)建全廠BOP（輔控集中監(jiān)控）網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)在機(jī)組集控室或輔控集控室內(nèi)對(duì)各輔助系統(tǒng)的集中監(jiān)控。該方案雖然成熟可靠，但與機(jī)組主控水平仍存在較大差距。

針對(duì)當(dāng)前1個(gè)電廠存在不同控制系統(tǒng)（如DCS和多種品牌PLC）的現(xiàn)狀，全廠控制系統(tǒng)集成優(yōu)化思路不外乎全廠采用統(tǒng)一的控制系統(tǒng)，搭建統(tǒng)一的監(jiān)控平臺(tái)，即主輔控DCS一體化配置。最近幾年，國內(nèi)外已有不少輔助車間采用DCS監(jiān)控的成功案例，而且實(shí)現(xiàn)形態(tài)多元化，但其輔控DCS有別于機(jī)組DCS模式，一般采用多域網(wǎng)絡(luò)環(huán)境模式，即水、煤、灰等子控制系統(tǒng)各自組織成獨(dú)立域，各域之間互相隔離，然后通過上層監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)連接，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)連通，但其實(shí)質(zhì)是每個(gè)域各有1套獨(dú)立DCS核心結(jié)構(gòu)，包含數(shù)據(jù)庫、服務(wù)器站、歷史站、工程師站等上位機(jī)，集成化程度落后于機(jī)組DCS水平。

真正實(shí)現(xiàn)主輔DCS一體化配置、與機(jī)組DCS配置水平和網(wǎng)絡(luò)方式完全一致，特別是在1 000 MW燃煤機(jī)組輔控DCS采用單域網(wǎng)絡(luò)環(huán)境模式的案例仍較為少見。

2 輔控網(wǎng)方案研究

燃煤電廠輔助系統(tǒng)（車間）與主廠房工藝系統(tǒng)相比較，有其明顯的特點(diǎn)：單個(gè)系統(tǒng)規(guī)模小、區(qū)域分散、互相間隔遠(yuǎn)、分屬不同工藝專業(yè)工作范圍。輔助系統(tǒng)采用DCS集中監(jiān)控，并不僅僅是用DCS軟硬件簡單替代PLC系統(tǒng)，而是需要從燃煤電廠輔助系統(tǒng)生產(chǎn)特性分析入手，重點(diǎn)研究分析DCS的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、帶站能力、I/O卡件抗干擾能力以及DCS制造商成套組態(tài)、調(diào)試的能力等。

最新建設(shè)的1 000 MW燃煤機(jī)組，其輔助系統(tǒng)規(guī)模更大、車間分布更廣、控制要求更高，主輔DCS一體化控制實(shí)施產(chǎn)生的效益必然更為顯著，更具示范效應(yīng)。

2.1 輔助系統(tǒng)集中監(jiān)控可行性

對(duì)輔助系統(tǒng)生產(chǎn)特性進(jìn)行分析，結(jié)合發(fā)電廠的運(yùn)行管理模式和生產(chǎn)需求，確定各輔助系統(tǒng)（車間）監(jiān)控點(diǎn)設(shè)置。

燃煤電廠輔助生產(chǎn)系統(tǒng)按其物理屬性，通常劃分為水系統(tǒng)、灰系統(tǒng)、輸煤系統(tǒng)以及其它系統(tǒng)。

常規(guī)電廠灰、水工藝系統(tǒng)和設(shè)備的分布區(qū)域相對(duì)集中，被控設(shè)備的可控性較好，將除灰、化水2個(gè)監(jiān)控點(diǎn)合并到機(jī)組集控室或輔控集控室的方案成熟可行。常規(guī)輸煤系統(tǒng)包括翻車機(jī)房、貯煤場、轉(zhuǎn)運(yùn)站、輸煤棧橋、煤倉間等區(qū)域，存在環(huán)境惡劣、分布區(qū)域廣、布置分散、維護(hù)困難等多種不利因素，更適合就近設(shè)置獨(dú)立的監(jiān)控點(diǎn)。但具體問題需具體分析，有些工程的煤場中心距離煤倉間相對(duì)較近，系統(tǒng)流程簡潔、設(shè)備分布區(qū)域小且相對(duì)集中，其監(jiān)控點(diǎn)也完全可以合并。華潤蒼南電廠即實(shí)現(xiàn)了在輔控集控室對(duì)全部輸煤系統(tǒng)（包括碼頭）的集中監(jiān)控。

2.2 輔控DCS與PLC方案比較

不同的概念基礎(chǔ)、不同的發(fā)展道路使得DCS和PLC有著各自不同的技術(shù)特點(diǎn)，而技術(shù)的發(fā)展也不是封閉的，相互學(xué)習(xí)相互滲透始終貫穿在DCS和PLC發(fā)展過程中，兩者的主要技術(shù)對(duì)比見表1。

如表1所述，DCS和PLC控制器處理能力各有所長，但DCS追求分散控制，體現(xiàn)了風(fēng)險(xiǎn)分散的理念，有利于提高控制系統(tǒng)整體安全性。DCS在數(shù)據(jù)通信和組態(tài)維護(hù)方面優(yōu)勢明顯。DCS的帶站能力以及兩站之間的最遠(yuǎn)允許距離完全能滿足輔助車間控制要求，如FOXBRO的Mesh網(wǎng)絡(luò)控制器采用預(yù)置光纜連接至交換機(jī)，同一網(wǎng)絡(luò)的控制器之間的可靠工作距離可達(dá)到10 km以上。而且現(xiàn)在DCS板卡抗干擾能力已得到了很大的提高，如FOXBRO I/A卡件為封閉結(jié)構(gòu)。因此大型燃煤電廠輔助系統(tǒng)采用DCS集中監(jiān)控完全可行。

另外，DCS品牌之間競爭激烈，生產(chǎn)廠商直接參與競爭，在巨大的市場壓力下，不斷下調(diào)設(shè)備制造費(fèi)用和工程實(shí)施費(fèi)用。而PLC的生產(chǎn)商不直接參與競爭，其競爭常限于同一品牌的各工程承包商之間，只能下調(diào)工程承包商自身有限的工程費(fèi)用，所以PLC價(jià)格下調(diào)幅度不如DCS明顯。根據(jù)筆者多年設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和積累數(shù)據(jù)測算，大型PLC系統(tǒng)平均單位價(jià)格約為500~600元/點(diǎn)，進(jìn)口品牌DCS的單位采購價(jià)格已與之基本持平，而國產(chǎn)品牌DCS平均單位價(jià)格約為300~400元/點(diǎn)。1 000 MW等級(jí)燃煤機(jī)組，DCS競爭更是白熱化，推進(jìn)全廠DCS一體化配置方案，擴(kuò)大DCS采購規(guī)模，大幅度降低DCS單位采購價(jià)可以預(yù)期。

表1 DCS和PLC的主要技術(shù)對(duì)比

3 主輔DCS一體化方案

結(jié)合不同業(yè)主運(yùn)行管理模式，大力推進(jìn)主輔DCS一體化進(jìn)程，為六橫發(fā)電廠和蒼南發(fā)電廠2個(gè)2×1 000 MW燃煤工程量身定制了不同特點(diǎn)的技術(shù)方案，首次在1 000 MW燃煤機(jī)組輔控DCS中采用了單域網(wǎng)絡(luò)環(huán)境模式，與機(jī)組DCS配置水平和網(wǎng)絡(luò)方式完全一致。2臺(tái)1 000 MW燃煤電廠主輔DCS一體化配置的典型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖1所示，采用獨(dú)立1套DCS連接各輔助車間控制系統(tǒng)，DCS設(shè)備（控制站、人機(jī)接口站等）的網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)都是按照單網(wǎng)段多節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)交換方式設(shè)計(jì)的，數(shù)據(jù)庫采用統(tǒng)一順序編址。

圖1 全廠自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

3.1 六橫發(fā)電廠技術(shù)方案及特點(diǎn)

浙能舟山六橫發(fā)電廠新建2臺(tái)1 000 MW超超臨界燃煤機(jī)組，是我國首個(gè)按照天然氣排放標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)的百萬等級(jí)機(jī)組。全廠設(shè)置2套機(jī)組DCS和1套輔控DCS，主輔DCS一體化配置，均采用日立的HIACS-5000系統(tǒng)，DEH（汽輪機(jī)數(shù)字電液控制系統(tǒng)）和MEH（小汽輪機(jī)電液控制系統(tǒng)）也采用該系統(tǒng)，與DCS一體化配置。該技術(shù)方案最大特點(diǎn)是機(jī)組DCS集成化程度高，監(jiān)控范圍廣。與機(jī)組運(yùn)行密切相關(guān)的輔助生產(chǎn)系統(tǒng)，如除灰、脫硫、脫硝、干除渣、全廠空壓機(jī)、循環(huán)泵房、燃油系統(tǒng)等全部納入機(jī)組DCS集中監(jiān)控，濕式電除塵、WGGH（熱媒水煙氣換熱系統(tǒng)）等超低排放系統(tǒng)也首次納入機(jī)組DCS集中監(jiān)控，單元機(jī)組I/ O規(guī)模達(dá)到16 000多點(diǎn)。

作為煤炭基地配套電廠，六橫發(fā)電廠煤系統(tǒng)的監(jiān)控有其特殊性，更適合單獨(dú)配置1套輸煤程控系統(tǒng)，就近設(shè)立監(jiān)控點(diǎn)。輔控DCS相對(duì)比較純粹，主要是水處理系統(tǒng)（包含海水淡化及預(yù)處理系統(tǒng)）監(jiān)控，與電廠的運(yùn)行和管理模式非常相符。

全廠設(shè)置2個(gè)集中監(jiān)控點(diǎn)：機(jī)組集控室和輔控集控室。機(jī)組集控室設(shè)于兩爐之間的集控樓，兩機(jī)一控，實(shí)現(xiàn)2臺(tái)機(jī)組的機(jī)、爐、電、網(wǎng)、灰以及脫硫系統(tǒng)的集中監(jiān)控，操作臺(tái)上同時(shí)布置有2臺(tái)輔控DCS全能值班操作員站，當(dāng)輔控系統(tǒng)穩(wěn)定、人員培訓(xùn)成熟時(shí)，在機(jī)組集控室實(shí)現(xiàn)對(duì)水處理以及其他輔助系統(tǒng)的集中監(jiān)控。輔控集控室設(shè)于水處理區(qū)域中心——海水淡化樓。

3.2 蒼南發(fā)電廠技術(shù)方案及特點(diǎn)

華潤浙江蒼南發(fā)電廠設(shè)置3套DCS，主輔DCS一體化配置，均采用?？怂共_的I/A系統(tǒng)。其DCS監(jiān)控范圍覆蓋全廠生產(chǎn)范圍，包括了機(jī)、爐、電和全部輔助生產(chǎn)系統(tǒng)，在1 000 MW燃煤機(jī)組中首次將輸煤碼頭、卸煤設(shè)備、皮帶機(jī)等全部輸煤系統(tǒng)納入DCS集中監(jiān)控。該技術(shù)方案主要特點(diǎn)是輔控DCS監(jiān)控范圍廣，I/O規(guī)模達(dá)到12 000多點(diǎn)，與1臺(tái)單元機(jī)組的I/O規(guī)模相當(dāng)。脫硫系統(tǒng)采取單獨(dú)外包運(yùn)行模式，所以納入輔控DCS監(jiān)控，與機(jī)組DCS聯(lián)鎖信號(hào)采用硬接線交換，并在脫硫車間設(shè)立就地控制室。

輔控DCS按工藝流程和設(shè)備布置區(qū)域合理配置控制器，充分利用DCS控制分散、風(fēng)險(xiǎn)分散的特點(diǎn)，共采用25對(duì)控制器，機(jī)柜布置按就近集中原則，并合理設(shè)置遠(yuǎn)程I/O站。其控制器和機(jī)柜分配方案如表2所示。

全廠設(shè)2個(gè)集中監(jiān)控點(diǎn)：機(jī)組集控室和輔控集控室。機(jī)組集控室實(shí)現(xiàn)2臺(tái)機(jī)組的機(jī)、爐、電、網(wǎng)集中監(jiān)控，并預(yù)留3號(hào)、4號(hào)機(jī)組操作臺(tái)位置。輔控集控室設(shè)在水處理區(qū)域的輔控樓，實(shí)現(xiàn)水、煤、灰、脫硫以及其他輔助系統(tǒng)集中監(jiān)控。

4 存在及需注意的問題

實(shí)現(xiàn)主輔DCS一體化控制后，在設(shè)計(jì)、組態(tài)、調(diào)試等方面都帶來新的挑戰(zhàn)，工程組織建設(shè)也發(fā)生變化，必須引起充分重視。

4.1 設(shè)計(jì)深度、內(nèi)容和手段變化

（1）全廠DCS需整體設(shè)計(jì)、統(tǒng)一采購。統(tǒng)一編制主、輔控以及脫硫DCS的技術(shù)規(guī)范書。

（2）需注意協(xié)調(diào)輔助系統(tǒng)工藝設(shè)備與DCS設(shè)備采購時(shí)間的銜接。

（3）輔助系統(tǒng)施工圖設(shè)計(jì)要求更精細(xì)化。常規(guī)精處理、輸煤等程控系統(tǒng)隨工藝系統(tǒng)成套設(shè)計(jì)并供貨，采用DCS控制后，原來許多成套廠家的設(shè)計(jì)工作需由設(shè)計(jì)院完成。

表2 蒼南發(fā)電廠輔控DCS控制器及機(jī)柜分配方案

（4）增強(qiáng)與業(yè)主單位配合，量身定做。全廠DCS技術(shù)方案應(yīng)與電廠運(yùn)行管理模式相匹配。集中監(jiān)控點(diǎn)、人機(jī)接口、就地臨時(shí)調(diào)試點(diǎn)的設(shè)立以及就地電子間的規(guī)劃都應(yīng)結(jié)合電廠長遠(yuǎn)規(guī)劃和現(xiàn)行運(yùn)行模式來確立。

4.2 工程組織建設(shè)變化

采用常規(guī)PLC方案時(shí)，單個(gè)輔助系統(tǒng)（車間）可根據(jù)工程設(shè)計(jì)進(jìn)度，分別采購、組態(tài)調(diào)試、投運(yùn)。但采用DCS一體化方案后，傳統(tǒng)模式必須進(jìn)行調(diào)整，應(yīng)根據(jù)工程建設(shè)工期和進(jìn)度要求，采用整體設(shè)計(jì)、統(tǒng)一采購、整體組態(tài)、分段調(diào)試的方法實(shí)施。例如，DCS供貨商一般對(duì)機(jī)爐工藝系統(tǒng)比較熟悉，對(duì)輔助系統(tǒng)組態(tài)則較陌生，為保證工程順利實(shí)施，2個(gè)依托工程都采取組態(tài)單獨(dú)外包方式，分別委托具有豐富主、輔廠房車間調(diào)試經(jīng)驗(yàn)的西安熱工研究院有限公司和國網(wǎng)浙江省電力公司電力科學(xué)研究院組態(tài)。

5 結(jié)語

主輔DCS一體化控制方案在1 000 MW燃煤機(jī)組的成功應(yīng)用，驗(yàn)證了本文提出的總體設(shè)計(jì)和全過程控制方案的合理性，為同類工程設(shè)計(jì)和實(shí)施提供了成功范例。主輔DCS一體化方案不僅直接降低全廠控制設(shè)備采購成本，還減少了業(yè)主方運(yùn)行、維護(hù)的工作量，減少了控制系統(tǒng)備品備件種類和數(shù)量，并減少了與第三方接口，有利于管控一體化，具有節(jié)能降耗社會(huì)效益和長遠(yuǎn)經(jīng)濟(jì)效益。

[1]高玉玲，王剛建，郭獻(xiàn)軍.火力發(fā)電廠主-輔控一體化DCS網(wǎng)絡(luò)與應(yīng)用[J].化工自動(dòng)化及儀表，2013，41（7）∶839-841.

[2]錢培峻.超超臨界機(jī)組主輔控一體化控制的設(shè)計(jì)研究[J]．華東電力，2010，38（7）∶998-1001．

（本文編輯：徐晗）

Control Scheme of Integrated Main and Auxiliary DCS System Based on Single-domain Network

SI Linjun1，ZHANG Chengwen2，CHEN Ruochun1，WU Weijun1，TANG Qiuhang1，ZHU Jifeng3
（1.Zhejiang Electric Power Design Institute，Hangzhou 310012，China；2.China Resources Power（Wenzhou）Co.，Ltd.，Wenzhou Zhejiang 325800，China；3.Zhejiang Zheneng Zhongmei Zhoushan Coal&Electricity Co.，Ltd.，Zhoushan Zhejiang 316131，China）

In the view of different control systems(DCS and several brands of PLCs)and multiple operation duty points in a power plant,this paper presents an advanced design scheme of main and auxiliary DCS system integration by comprehensive comparison of multiple schemes of main and auxiliary network in terms of economy and technology.Combining with the system characteristics and operation and management mode of Zhejiang Energy Group Liuheng Power Plant and China Resources Cangnan Power Plant,it customizes technical schemes with different characteristics,which are already successfully implemented.

auxiliary DCS;integrated control of main and auxiliary system;single-domain network;centralized monitoring

TK39

B

1007-1881（2015）06-0031-04

2015-03-30

斯林軍（1977），男，高級(jí)工程師，從事發(fā)電廠熱控專業(yè)設(shè)計(jì)工作。