時 標(biāo)，程延光

（華能金陵發(fā)電廠，南京 210034）

1 000 MW超超臨界機組燃脫灰控制系統(tǒng)的改造

時 標(biāo)，程延光

（華能金陵發(fā)電廠，南京 210034）

針對火電廠輔助車間PLC+PC上位機相結(jié)合的控制方式所存在的智能水平不高、備件不統(tǒng)一、兼容性差、集控運行可操作性差等問題。以華能金陵發(fā)電廠燃脫灰控制系統(tǒng)改造為例，重點分析了原控制方式存在的不足，提出了基于DCS控制的輔控一體化改造方案。輔控系統(tǒng)整合后運行的安全性、可靠性、經(jīng)濟性都提高到一個新水平。

燃脫灰；一體化；分散控制系統(tǒng)；改造

燃脫灰輔助系統(tǒng)是火電廠重要組成部分，隨著大型燃煤火電機組運行和管理水平的不斷提升，如何提高輔控系統(tǒng)的自動化、信息化水平，減少發(fā)電成本，降低輔控運行人員勞動強度，提高勞動生產(chǎn)率和經(jīng)濟效益，增強系統(tǒng)的安全可靠及可維護性，進行精細(xì)化管理已成為火電廠日益關(guān)注的重要問題。

1 輔控DCS一體化整合必要性分析

1.1 改造前控制系統(tǒng)簡介

金陵發(fā)電廠燃脫灰系統(tǒng)包括輸煤、脫硫、電除塵、輸灰及除渣等系統(tǒng)，主要承擔(dān)煤炭接卸、計量、存儲、加倉、配煤及煙氣除塵、脫硫和灰渣收集輸送等功能?？刂葡到y(tǒng)分為脫硫程控、除塵輸灰程控以及輸煤程控3大部分，采用PLC+ PC上位機控制方式，完成對運行設(shè)備實時數(shù)據(jù)的采集、轉(zhuǎn)換、傳輸和存儲，實現(xiàn)對燃脫灰運行設(shè)備的操作、控制和監(jiān)視。

輸煤、脫硫、除塵輸灰程控系統(tǒng)統(tǒng)一連接到輔網(wǎng)控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)基于Server/Client結(jié)構(gòu)，以一對冗余配置服務(wù)器為核心，操作系統(tǒng)軟件采用 Windows 2000，上位軟件為 IFIX 4.0 PLUS，并通過輔網(wǎng)接口機將監(jiān)控數(shù)據(jù)上傳到全廠SIS系統(tǒng)。

改造前輸煤程控系統(tǒng)采用金智科技ECPRO-600可編程控制器；脫硫程控系統(tǒng)采用基于Profibus現(xiàn)場總線技術(shù)的西門子S7-417H PLC系統(tǒng)；輸灰程控采用獨立的西門子S7-414H控制器；電除塵高頻電源采用單片機控制；干灰裝船系統(tǒng)采用西門子S7-315控制器，作為獨立的系統(tǒng)，未與輸灰程控系統(tǒng)整合。

可以看出，燃脫灰系統(tǒng)主要程控均采用PLC+PC上位機的控制模式，次要的輔助系統(tǒng)采用獨立小型PLC進行控制。在實際應(yīng)用中，運行操作、技術(shù)維護、設(shè)備管理的先天不足，存在以下問題。

1.2 輔網(wǎng)拓展性不強

輔網(wǎng)按2臺機組的公用系統(tǒng)進行設(shè)計，只配有1對冗余服務(wù)器進行數(shù)據(jù)采集處理，網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)沒有按單元機組進行劃分，不能結(jié)合機組檢修同步進行輔網(wǎng)維護。因此，當(dāng)輔網(wǎng)內(nèi)任一工藝系統(tǒng)發(fā)生設(shè)備增減變動，重新組態(tài)加點時，就必須在輔網(wǎng)主服務(wù)器進行不停機在線配置下裝，風(fēng)險極大。下裝操作異常時，會直接影響其他子系統(tǒng)的安全，存在較大風(fēng)險，不符合風(fēng)險分散的原則。

長期不停機維護，導(dǎo)致系統(tǒng)內(nèi)大量積存廢點無法清除；隨著歷次技術(shù)改造新增設(shè)備投用，需采用新的控制設(shè)備及通信協(xié)議，與輔網(wǎng)進行數(shù)據(jù)交換，大大增加了數(shù)據(jù)交換及網(wǎng)絡(luò)通信的復(fù)雜程度，導(dǎo)致服務(wù)器負(fù)荷率高，降低了系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠性。運行中曾多次發(fā)生輔網(wǎng)服務(wù)器通信中斷，上位無法監(jiān)控的異常狀態(tài)。

1.3 系統(tǒng)集成性差

燃脫灰輔助區(qū)域存在多種PLC系統(tǒng)（包括西門子公司 S7-200，300，400系列；ABB公司AC800M；施耐德公司TWDIO；三菱FX；東大金智ECpro-600等），具有各自的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和軟件開發(fā)平臺，獨立且穩(wěn)定。但不同系統(tǒng)間的開放性差，集成度不好，維護難度大。

工作中檢修、運行人員需掌握多套不同系統(tǒng)的工作原理，備品備件互換性差；各系統(tǒng)之間采用不同通信協(xié)議，通信組態(tài)困難，穩(wěn)定性差，影響了對現(xiàn)場工藝系統(tǒng)數(shù)據(jù)的采集傳輸，不同工藝系統(tǒng)間數(shù)據(jù)交換困難；維護管理上，需掌握多種組態(tài)軟件，大大增加檢修、運行人員培訓(xùn)及檢修維護的工作量。

1.4 系統(tǒng)間信息共享困難

由于基建時各系統(tǒng)建成投用時間不同，缺少統(tǒng)一整合和規(guī)劃。改造前硬件設(shè)備分散，型號眾多，品牌不統(tǒng)一；網(wǎng)絡(luò)交換機、光電轉(zhuǎn)換器、網(wǎng)關(guān)、電源、光纖布置散亂，各成一套。軟件中通信協(xié)議各異，IP地址網(wǎng)段劃分不清晰，不利于網(wǎng)絡(luò)的統(tǒng)一規(guī)劃及系統(tǒng)穩(wěn)定。

不能在統(tǒng)一平臺實現(xiàn)對各輔助系統(tǒng)的控制，將增加人員配置，降低生產(chǎn)效率。系統(tǒng)間缺少通信聯(lián)系，使工藝聯(lián)鎖建立困難，自動化程度偏低。與廠內(nèi)SIS（監(jiān)控信息系統(tǒng)）及MIS（管理信息系統(tǒng)）的信息集成困難，增加了設(shè)備管理難度，降低了系統(tǒng)可靠性。

1.5 控制組態(tài)方式落后

采用PLC+PC上位機的控制模式，下位PLC帶組態(tài)軟件，實現(xiàn)控制邏輯編制；上位監(jiān)控平臺帶監(jiān)控軟件，實現(xiàn)過程參數(shù)的顯示、監(jiān)控、操作。組態(tài)與監(jiān)控軟件由不同廠商開發(fā)，系統(tǒng)兼容性差，通信狀態(tài)不穩(wěn)定，經(jīng)常出現(xiàn)在線監(jiān)控畫面數(shù)據(jù)丟失、需重新配置下裝通信鏈接的現(xiàn)象。

該控制模式上下位組態(tài)軟件兼容性不好。系統(tǒng)內(nèi)沒有統(tǒng)一數(shù)據(jù)庫，不利于過程數(shù)據(jù)的二次開發(fā)利用，進行趨勢記錄及數(shù)據(jù)分析，智能化水平不高。每臺操作終端電腦均需配置上位數(shù)據(jù)庫，組態(tài)時不同終端之間數(shù)據(jù)庫經(jīng)常出現(xiàn)不一致，極易出錯。當(dāng)操作終端電腦故障后、系統(tǒng)恢復(fù)更換時，重新配置時間長，組態(tài)技術(shù)難度大。

1.6 報表分析功能薄弱

燃脫灰控制系統(tǒng)缺少專用歷史站，無法進行歷史數(shù)據(jù)存貯、事故追憶及運行曲線分析；不利于運行及檢修人員通過數(shù)據(jù)分析，提高對設(shè)備的管理及預(yù)防性檢修能力；系統(tǒng)報表功能薄弱，不能滿足運行人員指標(biāo)分析及工藝優(yōu)化的需要。

綜上所述，改造前燃脫灰控制系統(tǒng)存在的問題，給備件管理、人員培訓(xùn)及技術(shù)維護等工作帶來困難；給設(shè)備管理及運行操作帶來壓力，不能滿足安全經(jīng)濟運行及后期智能化建設(shè)的需要，有必要進行升級改造。

2 輔網(wǎng)一體化控制改造方案

針對原燃脫灰控制系統(tǒng)存在的不足，為實現(xiàn)區(qū)域設(shè)備集中于輔控樓進行監(jiān)視、操作，以國家環(huán)保超凈排放示范改造工程為契機，實施輔助控制系統(tǒng)一體化整合，通過網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)、軟件組態(tài)、部分不兼容模塊的更換，提出如下整體方案。

2.1 設(shè)備選型

因原PLC主要采用西門子S7-400系列控制器及S7-300系列信號模塊，從利用原有設(shè)備降低改造成本、方案實施便利性、改造后系統(tǒng)性能以及與主輔備件統(tǒng)一等方面綜合考慮，選擇西門子SPPA-T3000現(xiàn)場總線型DCS（分散控制系統(tǒng)）。

2.2 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

按單元機組模式進行配置輔控DCS，即組建3套T3000系統(tǒng)，分別為輔控1號、2號機組DCS及輔控公用DCS，3套輔控DCS通過ROUTER（多機組路由器）實現(xiàn)系統(tǒng)間的互聯(lián)互操，實現(xiàn)各DCS之間的遠(yuǎn)程訪問和數(shù)據(jù)傳輸，冗余主時鐘GPS連接至ROUTER以實現(xiàn)各單元的系統(tǒng)對時。

輔控DCS分設(shè)上層應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)和下層自動網(wǎng)絡(luò)，各層網(wǎng)絡(luò)由工業(yè)以太網(wǎng)模塊組成環(huán)形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。上層應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)連接操作員站、工程師站、OPC服務(wù)器、打印機等客戶端；下層自動網(wǎng)絡(luò)連接各控制器，上、下層網(wǎng)絡(luò)間通過冗余服務(wù)器進行數(shù)據(jù)交換。冗余服務(wù)器承擔(dān)著系統(tǒng)軟件安裝、控制器管理/調(diào)試和控制器數(shù)據(jù)采集/傳輸?shù)裙δ堋?/p>

每套DCS配置獨立的OPC服務(wù)器，可以將輔控網(wǎng)絡(luò)輕松連接到廠級SIS，而無需重復(fù)組網(wǎng)。輔控DCS網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)配置如圖1所示。

2.3 控制單元劃分

輔控1號、2號機組DCS分別配置4對AP控制器，主要承擔(dān)1號、2號爐脫硫、渣水、輸灰及電除塵等工藝系統(tǒng)的監(jiān)控，其中脫硫系統(tǒng)配置2對AP，除塵、輸灰系統(tǒng)各配置1對AP。

輔控公用DCS單元配置5對AP控制器，主要承擔(dān)脫硫公用、輸灰公用及輸煤系統(tǒng)的監(jiān)控，其中脫硫公用、輸煤系統(tǒng)各配置2對AP，輸灰公用配置1對AP。

2.4 電源結(jié)構(gòu)

DCS供電主要分為交流供電系統(tǒng)和直流供電系統(tǒng)，3套DCS共設(shè)有 3套獨立的供電系統(tǒng)。DCS各機柜冗余設(shè)備電源采用雙路配置，配有專用電源柜。電源柜A路，B路電源分別來自脫硫ATS（自動轉(zhuǎn)換開關(guān)）切換柜和脫硫UPS（不間斷電源），脫硫ATS切換柜上一級電源取自脫硫保安段及廢水油庫變壓器。

交流供電系統(tǒng)主要負(fù)載有：操作員站、工程師站、打印機、機組服務(wù)器機柜、遠(yuǎn)程總線通信柜和ROUTER；直流供電系統(tǒng)由電源柜內(nèi)整流模塊，經(jīng)整流后輸出雙路DC24V向各AP控制器機柜和擴展I/O柜供電?？刂破鞴窦癐/O柜雙路電源取自電源柜A路及B路DC24V電源，在柜內(nèi)經(jīng)雙路耦合后，變成A路及B路分別向每對控制器A側(cè)、B側(cè)機架及ET200M子站供電，確保在1路電源丟失情況下，控制系統(tǒng)能正常運行。

圖1 輔控DCS網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

2.5 人機接口設(shè)備

整合后在輔控樓實現(xiàn)燃脫灰系統(tǒng)集中監(jiān)控，每臺單元機組分別配置操作員站3套、工程師站1套、歷史數(shù)據(jù)站1套、大屏幕顯示屏1面；輸煤獨立配置操作員站2套。運行人員通過操作員站實現(xiàn)對2臺機組脫硫、電除塵、輸灰及輸煤系統(tǒng)的啟/停控制、運行工況監(jiān)視和調(diào)整。

設(shè)置獨立的輔控工程師站電子間，按系統(tǒng)配置3套DCS工程師站。工程師站為1個數(shù)據(jù)庫支持的全圖形系統(tǒng)，采用統(tǒng)一的圖形系統(tǒng)和用戶接口。工程師站除具有操作站所有功能外，還可以對DCS進行組態(tài)、管理、上傳下載、修改等功能，顯示所有與設(shè)計、運行和診斷有關(guān)的信息，是整個DCS軟硬件及通信組態(tài)的操作窗口。

3 輔網(wǎng)一體化控制改造效果分析

3.1 提高燃脫灰系統(tǒng)自動化監(jiān)控水平

燃脫灰輔助系統(tǒng)控制對象復(fù)雜，IO點數(shù)較多，工藝聯(lián)鎖關(guān)系緊密。實施DCS一體化整合，各子系統(tǒng)可以通過高速網(wǎng)絡(luò)相連，信息共享便捷，使輔助系統(tǒng)的一體化監(jiān)控水平大幅提高；與廠級SIS連接變得更簡單，促進全廠生產(chǎn)系統(tǒng)的協(xié)調(diào)運行和優(yōu)化管理，為實現(xiàn)全廠管控一體化打下了良好基礎(chǔ)。

3.2 提升信息化水平

DCS采用星型雙環(huán)網(wǎng)冗余網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，可擴展性好。在這種架構(gòu)下，AP控制器、計算機終端均作為1個節(jié)點存在，節(jié)點數(shù)量增減和節(jié)點位置變動便利。如果需要改變或擴充系統(tǒng)設(shè)備，可通過新增AP控制器及子站的方式，將新增設(shè)備接入系統(tǒng)。

采用先進的DCS網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和統(tǒng)一的通信設(shè)備，解決了不同系統(tǒng)間通信接口兼容問題，滿足了子系統(tǒng)間聯(lián)鎖及數(shù)據(jù)傳輸要求，實現(xiàn)了真正意義上的各控制子系統(tǒng)信息共享。借助于DCS成熟、標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)接口技術(shù)和開放的性能，很容易實現(xiàn)與不同類型的第三方控制系統(tǒng)間網(wǎng)絡(luò)連接。

后期可通過通信擴展方式，將堆取料機、卸船機等數(shù)據(jù)采集至輔控DCS，進行設(shè)備統(tǒng)一管理。DCS強大的數(shù)據(jù)采集、記錄、分析、傳輸功能，為建立全廠設(shè)備數(shù)據(jù)庫、實現(xiàn)狀態(tài)檢修提供了可行性。

3.3 增強系統(tǒng)可靠性及可維護性

DCS采用開放式、標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化和系列化設(shè)計，在硬件配置、網(wǎng)絡(luò)選型及控制軟件開發(fā)上都采用統(tǒng)一的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，解決了原控制系統(tǒng)不同設(shè)備間兼容性問題，保證了系統(tǒng)的安全可靠。將燃脫灰集中于DCS控制下，避免了不同系統(tǒng)間多種硬件設(shè)備接口的不便，系統(tǒng)集成度高。維護人員無需學(xué)習(xí)和掌握多種控制系統(tǒng)，降低了培訓(xùn)難度，減輕了工作強度。

軟件平臺和人機界面風(fēng)格統(tǒng)一，便于操作，減少人為失誤，降低了運行操作風(fēng)險。數(shù)據(jù)和信息充分共享，便于數(shù)據(jù)分析和統(tǒng)一調(diào)度。整體提高了系統(tǒng)的自診斷功能，一旦出現(xiàn)故障，能提供充分的故障信息、報警，快速進行故障定位及記錄，便于故障處理。具有完善的趨勢記錄，有助于缺陷原因的分析，避免重復(fù)缺陷的發(fā)生。

3.4 提高機組運行的經(jīng)濟性

在充分利用原程控設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)、電纜基礎(chǔ)上，實現(xiàn)一體化監(jiān)視操作和遠(yuǎn)程控制，節(jié)省了改造費用；合并、減少或取消就地操作監(jiān)控點，減少維護工作量。精心完善組態(tài)，提高自動化水平，使復(fù)雜操作簡單化，增強系統(tǒng)可靠性，提高勞動生產(chǎn)率。

全廠主輔控系統(tǒng)采用統(tǒng)一品牌DCS，減少了備件的品種和數(shù)量，降低了庫存和運行維護成本。

4 結(jié)語

通過DCS一體化改造，將以往的輸煤、脫硫、輸灰、電除塵、渣水等子系統(tǒng)進行整合，增強了控制功能，提高輔助設(shè)備自動化水平，改善系統(tǒng)運行的安全性和經(jīng)濟性，提高了勞動生產(chǎn)率。在改變設(shè)備管理模式的同時，也增強了對超凈排放的控制和監(jiān)視能力，取得了較好的綜合效益。

通過改造構(gòu)建DCS控制平臺，為進一步工藝系統(tǒng)整合、實現(xiàn)全廠管控一體化，最終實現(xiàn)設(shè)備管理信息網(wǎng)絡(luò)化，實施設(shè)備的狀態(tài)檢修，提升發(fā)電廠信息化水平打下了良好基礎(chǔ)。

[1]邵一鳴.火電廠輔助車間集中監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計[C]//第八屆工業(yè)儀表與自動化學(xué)會論文集.2007.

[2]秦鵬，郭兆君.火電廠輔助系統(tǒng)控制方案探討[J].吉林電力，2006，34（2）:8-10.

[3]丁勁松，李敏.現(xiàn)場總線與電廠全集成自動化[M].北京：中國電力出版社，2004.

（本文編輯：徐 晗）

DCS Transformation for Auxiliary Control System in 1 000 MW Ultra-supercritical Units

SHI Biao，CHEN Yanguang
（Huaneng Jinling Power Plant，Nanjing 210034，China）

Aiming at the low level of intelligence，non-unification of parts，poor compatibility and infeasibility of the centralized control operation in an integrated control mode of PLC+PC in the auxiliary workshop of thermal power plant，the paper presents an auxiliary control integrated transformation scheme based on DCS control.Transformation of combustion and ash removal control system of the Huaneng Jinling power plant is taken as an example to analyze the shortcomings of the original control mode and propose a technical transformation scheme for auxiliary control.Safety，reliability and economy of the operating auxiliary control system are upgraded after the integration.

combustion ash removal；integration；decentralized control system；transformation

TK39

B

1007-1881（2016）06-0045-04

2016-03-25

時 標(biāo)（1979），男，高級工程師，從事發(fā)電廠熱工技術(shù)管理工作。