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| 一、全廠輔助車間控制系統(tǒng)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 隨著電子技術(shù)的發(fā)展與成熟，電廠輔助車間的控制功能由早期的繼電器實現(xiàn)逐漸轉(zhuǎn)化為用PLC+上位機實現(xiàn)，PLC+上位機的控制技術(shù)由于加強了獨立系統(tǒng)運行的安全性及可靠性，因此，在相當(dāng)長的一段時期內(nèi)，在各個電廠應(yīng)用相當(dāng)廣泛。但獨立分散且豐富多樣的控制系統(tǒng)必然會使用較多的運行人員，而且也暴露了諸如人機界面不一致，備品備件種類多，難于管理及設(shè)備投資大等缺點。隨著電力市場的改革開放，為適應(yīng)大型火電廠*管理的要求，如何優(yōu)化輔助車間的控制方案、提高輔助車間的自動化水平，以達到減人增效的目的，已成為各個新建和已建大型火電廠所必須面臨的問題。2000年燃煤示范電廠及新頒發(fā)的《火力發(fā)電廠設(shè)計技術(shù)規(guī)程》對輔助車間的控制方式也提出了新的要求，即“相鄰的輔助生產(chǎn)車間或性質(zhì)相近的輔助工藝系統(tǒng)宜合并控制系統(tǒng)及控制點，輔助車間控制點不宜超過三個(輸煤、除灰、化水)，其余車間均按無人值班設(shè)計。”但新建電廠較多地采用了更為*的全廠聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控的方案，一種是采用成熟的DCS來實現(xiàn)輔助車間的控制，另一種是采用PLC+統(tǒng)一的監(jiān)控軟件及*的網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)來實現(xiàn)輔助車間的全廠聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控。本文主要想探討一下采用PLC+統(tǒng)一的監(jiān)控軟件及*的網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)來實現(xiàn)全廠輔助車間控制系統(tǒng)的相關(guān)問題。 二、全廠輔控系統(tǒng)方案的幾個關(guān)鍵問題 輔助車間的控制范圍主要包括以下系統(tǒng)：水處理系統(tǒng)，包括：鍋爐補給水處理系統(tǒng)、凝結(jié)水精處理系統(tǒng)、凈水預(yù)處理系統(tǒng)、廢水處理系統(tǒng)、鍋爐取樣／加藥系統(tǒng)、循環(huán)水加氯系統(tǒng)、生活水系統(tǒng)、消防水系統(tǒng)、淡水系統(tǒng)等；灰渣系統(tǒng)，包括：干灰輸送系統(tǒng)、分選系統(tǒng)、爐底渣系統(tǒng)、渣水處理系統(tǒng)、石子煤輸送系統(tǒng)、電除塵系統(tǒng)等；輸煤系統(tǒng)，包括從卸煤至主廠房煤斗的整個輸煤系統(tǒng)、煤取樣系統(tǒng)；制氫系統(tǒng)、空調(diào)控制系統(tǒng)等。由于工程實施及設(shè)備配套的需要，控制系統(tǒng)可能會由數(shù)個控制工程公司分別提供。為了達到聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控的目的、統(tǒng)一人機界面，方便網(wǎng)絡(luò)維護、管理以及數(shù)據(jù)庫的統(tǒng)一管理和備份，必須把全廠輔助車間控制系統(tǒng)作為一個整體來考慮。其中zui為關(guān)鍵的幾個問題是：監(jiān)控軟件選型的統(tǒng)一、網(wǎng)絡(luò)及接口設(shè)計的統(tǒng)一、數(shù)據(jù)庫及人機接口設(shè)計風(fēng)格的統(tǒng)一、冗余技術(shù)的應(yīng)用。這些工作將由集成商來完成。監(jiān)控軟件是實現(xiàn)全廠輔助車間聯(lián)網(wǎng)控制的核心，所有子系統(tǒng)的上位機監(jiān)控軟件必須選擇高性能的可靠的統(tǒng)一的產(chǎn)品。網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及通訊協(xié)議的選擇是實現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵問題，是網(wǎng)絡(luò)實時性、可靠性的保證。 三、網(wǎng)絡(luò)通訊協(xié)議及拓撲結(jié)構(gòu)的選擇 控制系統(tǒng)早期采用的現(xiàn)場總線技術(shù)始發(fā)于上世紀(jì)七十年代末八十年代初，到目前為止，已出現(xiàn)的現(xiàn)場總線達一百多種，其中開放型總線就有40多種，常用的現(xiàn)場總線如：Profibus、 CAN、Hart、Lonworks、Genius I／O、Interbus-S等，由于其采用了*不同的通信協(xié)議和無序的發(fā)展限制了它的發(fā)展。而以太網(wǎng)由于具有速度快、技術(shù)發(fā)展迅速、擴展性強、可以無限擴展、協(xié)議開放、便于自主開發(fā)、設(shè)備通用、價格便宜等優(yōu)勢而迅速占領(lǐng)控制系統(tǒng)領(lǐng)域。工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)設(shè)備(集線器、交換機)大量涌現(xiàn)，可以實現(xiàn)導(dǎo)軌安裝、無風(fēng)扇設(shè)計、以及冗余的24VDC供電等要求。帶冗余管理功能工業(yè)交換機的出現(xiàn)，解決了以太網(wǎng)實現(xiàn)冗余鏈路時廣播風(fēng)暴的問題；而支持快速生成樹協(xié)議(802．1w)的以太網(wǎng)交換機的出現(xiàn)，使得構(gòu)建冗余環(huán)網(wǎng)成為可能。工業(yè)級的以太網(wǎng)交換機構(gòu)建的環(huán)網(wǎng)拓撲可以達到小于300ms的故障恢復(fù)時間。 下面是幾種典型的方案： 3.1 星形結(jié)構(gòu)輔助車間集控系統(tǒng) 星形結(jié)構(gòu)的全廠輔助車間聯(lián)網(wǎng)控制系統(tǒng)原則性結(jié)構(gòu)圖，每個輔助車間控制配置有就地備用操作站，輔助控制系統(tǒng)通過冗余的交換機上聯(lián)到集控室。 3.2 環(huán)形結(jié)構(gòu)輔助車間集控系統(tǒng) 環(huán)形結(jié)構(gòu)的全廠輔助車間聯(lián)網(wǎng)控制系統(tǒng)原則性結(jié)構(gòu)圖，環(huán)形結(jié)構(gòu)輔控系統(tǒng)的就地車間配置和星形結(jié)構(gòu)一樣，只不過通過環(huán)形網(wǎng)絡(luò)把每個車間互連，整個系統(tǒng)的可靠性和星形結(jié)構(gòu)一樣。但是，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)故障時，系統(tǒng)切換速度快于星形結(jié)構(gòu)，不過環(huán)形結(jié)構(gòu)系統(tǒng)組織施工比較麻煩。 3.3 星環(huán)混合型輔助車間集控系統(tǒng) 星環(huán)混合形結(jié)構(gòu)的全廠輔助車間聯(lián)網(wǎng)控制系統(tǒng)原則性結(jié)構(gòu)圖，星環(huán)結(jié)構(gòu)混合型輔助車間集控系統(tǒng)綜合了星形結(jié)構(gòu)的施工方便、擴展靈活，和環(huán)形結(jié)構(gòu)的切換快速、安全可靠的特點，是輔控系統(tǒng)較好的選擇。 四、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的選擇 由于發(fā)電廠輔助車間控制系統(tǒng)I／O點數(shù)量龐大、輔助車間物理位置分散、輔助控制系統(tǒng)類型各異，以及存在著強電磁場等特點，為了保證輔助車間集中監(jiān)控能在發(fā)電廠的惡劣環(huán)境下穩(wěn)定運行，其控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)必須能滿足安全可靠、高速實時、開放性好等特點。而工業(yè)以太網(wǎng)是*工業(yè)級的網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品，牢靠的重負荷設(shè)計，其性能指標(biāo)遠遠超過普通的OA網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品。其交換機采用導(dǎo)軌方式安裝，無風(fēng)扇設(shè)計，工作溫度范圍為0～60℃，工業(yè)保護等級IP20，使用壽命長。交換機采用雙電源冗余輸入，光纖環(huán)網(wǎng)具有線路冗余以及實時切換功能。因此工業(yè)以太網(wǎng)完滿足安全可靠、實時容錯和開放性好的要求，所以工業(yè)以太網(wǎng)應(yīng)該是全廠輔控系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)的理想選擇。 五、監(jiān)控軟件的配置 監(jiān)控軟件是實現(xiàn)全廠輔助車間聯(lián)網(wǎng)控制的核心；它完成了與PLC或其它智能儀表的通訊接口和驅(qū)動，實時／歷史數(shù)據(jù)庫的定義，工藝系統(tǒng)畫面的組態(tài)、鏈接和實時監(jiān)控，報警、報表、故障查詢、事故追憶等功能的實現(xiàn)；因此，所有子系統(tǒng)的上位機監(jiān)控軟件必須選擇高性能的可靠的統(tǒng)一的產(chǎn)品。由于全廠輔控系統(tǒng)I／O點數(shù)龐大，為了系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，配置獨立的歷史數(shù)據(jù)站，同時，歷史站是雙CPU配置。另外，與外系統(tǒng)的通信結(jié)構(gòu)采用OPC2．0規(guī)范，輔控系統(tǒng)操作系統(tǒng)建議采用windows2000，不要用windows NT。 六、網(wǎng)管軟件及安全防護軟件的配置要求 由于全廠輔助車間聯(lián)網(wǎng)控制系統(tǒng)龐大(比一般600MW機組DCS系統(tǒng)大而復(fù)雜)，同時車間之間相互距離遠、分散度大，同時，由于控制系統(tǒng)的特殊環(huán)境，要求輔控系統(tǒng)的網(wǎng)管軟件對系統(tǒng)資源的消耗必須要小，不要采用專門的網(wǎng)管服務(wù)器，因此，在選擇輔控系統(tǒng)的網(wǎng)管軟件是，必須滿足如下要求： ①支持工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)——簡單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議(SNMP)，可直接對TCP／IP網(wǎng)絡(luò)進行管理，監(jiān)視所有可分配IP地址的設(shè)備，對網(wǎng)絡(luò)上不同的主機和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備能進行有效管理； ②基于圖形用戶界面(GUI)，提供多種數(shù)據(jù)分析方式，方便系統(tǒng)管理人員分析判斷，隨時了解整個網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)配置、分布和運行狀態(tài)； ③自動進行故障檢測、診斷、修復(fù)和記錄； ④可進行網(wǎng)絡(luò)流量分析與統(tǒng)計； ⑤提前檢測系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)可能出現(xiàn)的故障并及時處理。 ⑥支持OPC協(xié)議，可以無縫嵌入監(jiān)控系統(tǒng)。 七、冗余技術(shù)的應(yīng)用 7.1 服務(wù)器的冗余 為了使控制系統(tǒng)具備更高的性能和更強大的功能，數(shù)據(jù)庫服務(wù)器的設(shè)置是必須的。一種流行的做法是設(shè)置一對或多對冗余的數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，即集中式或分布式數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，來完成數(shù)據(jù)的實時采集、轉(zhuǎn)發(fā)及儲存。數(shù)據(jù)庫及服務(wù)器的冗余是很重要的。 7.2 網(wǎng)絡(luò)的冗余 十幾套PLC控制系統(tǒng)及上層監(jiān)控系統(tǒng)的聯(lián)網(wǎng)將會是一個龐大的網(wǎng)絡(luò)，并由于現(xiàn)場環(huán)境的惡劣，網(wǎng)絡(luò)的可靠性受到嚴(yán)重的威脅。因此合理的網(wǎng)絡(luò)拓樸結(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的冗余是必須的。 7.3 電源的冗余 電源的冗余在輔助車間里有時候是一個棘手的問題，通常的做法是取自兩路不同的動力電源。但是由于配電方面的制約，往往造成控制系統(tǒng)及網(wǎng)絡(luò)交換機的失電而造成更大的故障。建議考慮更可靠的配置方案，比如：一路取自動力電源、一路經(jīng)過小型UPS進入系統(tǒng)電源，而控制系統(tǒng)及交換機等必須能接受兩路電源而不單純依靠設(shè)置外部的切換裝置。 7.4 控制設(shè)備的冗余 可以根據(jù)被控設(shè)備的重要性及可靠性要求來考慮某個控制系統(tǒng)相關(guān)設(shè)備的冗余程度。 八、設(shè)計及施工組織 由于工程合同授予的原因，可能存在許多工程公司合作來完成全廠的輔助車間的控制系統(tǒng)及集成的工作。每個工程公司都有自己擅長的和喜歡的設(shè)計風(fēng)格，這勢必造成各個系統(tǒng)之間的通訊、數(shù)據(jù)庫、HMI設(shè)計及一些服務(wù)功能的設(shè)計規(guī)范的不一致，這對輔助車間聯(lián)網(wǎng)控制是極其不利的。因此，如何統(tǒng)一各個工程公司的設(shè)計規(guī)范及一些設(shè)備、軟件的選型成了每個業(yè)主或設(shè)計單位首先要考慮的問題。一個比較好的做法是，先確定一個有經(jīng)驗的工程公司作為聯(lián)網(wǎng)集成的服務(wù)商，根據(jù)全廠總體設(shè)計及業(yè)主要求，由集成商設(shè)計出幾個聯(lián)網(wǎng)方案及相關(guān)的設(shè)備、軟件選型建議、詳細的針對每個子控制系統(tǒng)的設(shè)計規(guī)范，經(jīng)過專家及相關(guān)人員的評審后確定*方案，并在后續(xù)的合同中將與聯(lián)網(wǎng)集成相關(guān)的設(shè)備及軟件的技術(shù)規(guī)范統(tǒng)一。集成商應(yīng)負有在工程設(shè)計過程中統(tǒng)一、協(xié)調(diào)的責(zé)任。 一般來說，需要在工程設(shè)計階段統(tǒng)一的技術(shù)規(guī)范有：PLC接口、交換機、信號標(biāo)簽(建議采用KKS設(shè)備編碼)、監(jiān)控畫面(包括：分辨率、布局、圖標(biāo)、操作窗口、報警、顏色等)、數(shù)據(jù)庫定義等。 在施工階段，集成商根據(jù)工程進度將各個控制系統(tǒng)逐步聯(lián)接，編輯數(shù)據(jù)庫，制作和修改畫面，直至全廠聯(lián)網(wǎng)；并調(diào)試歷史庫及相應(yīng)的服務(wù)功能、完成網(wǎng)絡(luò)及控制系統(tǒng)的故障診斷功能，zui終形成一個功能完善、界面統(tǒng)一、維護方便、安全可靠的全廠輔助車間控制系統(tǒng)。鑒于各個外圍系統(tǒng)的開工時間和周期的不同，為了能夠與工程同步實現(xiàn)集中監(jiān)控，完善的工程管理是必要的。下面的圖表簡要地的描述了某個電廠工程主要子系統(tǒng)及集成的各個階段的時間節(jié)點。 九、結(jié)束語 大型火電廠輔助車間的聯(lián)網(wǎng)控制，把原先分散獨立的多個控制系統(tǒng)作為一個整體來考慮，從基建前期就統(tǒng)一規(guī)劃、統(tǒng)一規(guī)范，在設(shè)計和施工階段協(xié)調(diào)管理、同步施工，通過嚴(yán)格完善的管理、精心調(diào)試，一套*、可靠的全廠輔助車間控制系統(tǒng)的建設(shè)是*可行的。 |
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2025中國鄭州衡器與計量技術(shù)設(shè)備展覽會
展會城市：鄭州市展會時間：2025-11-07