|
一、全厂辅助车间控制系统的现状及发展趋势
随着电子技术的发展与成熟，电厂辅助车间的控制功能由早期的继电器实现逐渐转化为用PLC+上位机实现，PLC+上位机的控制技术由于加强了独立系统运行的安全性及可靠性，因此，在相当长的一段时期内，在各个电厂应用相当广泛。但独立分散且丰富多样的控制系统必然会使用较多的运行人员，而且也暴露了诸如人机界面不一致，备品备件种类多，难于管理及设备投资大等缺点。随着电力市场的改革开放，为适应大型火电厂先进管理的要求，如何优化辅助车间的控制方案、提高辅助车间的自动化水平，以达到减人增效的目的，已成为各个新建和已建大型火电厂所必须面临的问题。2000年燃煤示范电厂及新颁发的《火力发电厂设计技术规程》对辅助车间的控制方式也提出了新的要求，即“相邻的辅助生产车间或性质相近的辅助工艺系统宜合并控制系统及控制点，辅助车间控制点不宜超过三个(输煤、除灰、化水)，其余车间均按无人值班设计。”但新建电厂较多地采用了更为先进的全厂联网监控的方案，一种是采用成熟的DCS来实现辅助车间的控制，另一种是采用PLC+统一的监控软件及先进的网络通讯技术来实现辅助车间的全厂联网监控。本文主要想探讨一下采用PLC+统一的监控软件及先进的网络通讯技术来实现全厂辅助车间控制系统的相关问题。
二、全厂辅控系统方案的几个关键问题
辅助车间的控制范围主要包括以下系统：水处理系统，包括：锅炉补给水处理系统、凝结水精处理系统、净水预处理系统、废水处理系统、锅炉取样／加药系统、循环水加氯系统、生活水系统、消防水系统、淡水系统等；灰渣系统，包括：干灰输送系统、分选系统、炉底渣系统、渣水处理系统、石子煤输送系统、电除尘系统等；输煤系统，包括从卸煤至主厂房煤斗的整个输煤系统、煤取样系统；制氢系统、空调控制系统等。由于工程实施及设备配套的需要，控制系统可能会由数个控制工程公司分别提供。为了达到联网监控的目的、统一人机界面，方便网络维护、管理以及数据库的统一管理和备份，必须把全厂辅助车间控制系统作为一个整体来考虑。其中最为关键的几个问题是：监控软件选型的统一、网络及接口设计的统一、数据库及人机接口设计风格的统一、冗余技术的应用。这些工作将由集成商来完成。监控软件是实现全厂辅助车间联网控制的核心，所有子系统的上位机监控软件必须选择高性能的可靠的统一的产品。网络结构及通讯协议的选择是实现联网的关键问题，是网络实时性、可靠性的保证。
三、网络通讯协议及拓扑结构的选择
控制系统早期采用的现场总线技术始发于上世纪七十年代末八十年代初，到目前为止，已出现的现场总线达一百多种，其中开放型总线就有40多种，常用的现场总线如：Profibus、 CAN、Hart、Lonworks、Genius I／O、Interbus-S等，由于其采用了完全不同的通信协议和无序的发展限制了它的发展。而以太网由于具有速度快、技术发展迅速、扩展性强、可以无限扩展、协议开放、便于自主开发、设备通用、价格便宜等优势而迅速占领控制系统领域。工业标准以太网设备(集线器、交换机)大量涌现，可以实现导轨安装、无风扇设计、以及冗余的24VDC供电等要求。带冗余管理功能工业交换机的出现，解决了以太网实现冗余链路时广播风暴的问题；而支持快速生成树协议(802．1w)的以太网交换机的出现，使得构建冗余环网成为可能。工业级的以太网交换机构建的环网拓扑可以达到小于300ms的故障恢复时间。
下面是几种典型的方案：
3.1 星形结构辅助车间集控系统
星形结构的全厂辅助车间联网控制系统原则性结构图，每个辅助车间控制配置有就地备用操作站，辅助控制系统通过冗余的交换机上联到集控室。
3.2 环形结构辅助车间集控系统
环形结构的全厂辅助车间联网控制系统原则性结构图，环形结构辅控系统的就地车间配置和星形结构一样，只不过通过环形网络把每个车间互连，整个系统的可靠性和星形结构一样。但是，当网络故障时，系统切换速度快于星形结构，不过环形结构系统组织施工比较麻烦。
3.3 星环混合型辅助车间集控系统
星环混合形结构的全厂辅助车间联网控制系统原则性结构图，星环结构混合型辅助车间集控系统综合了星形结构的施工方便、扩展灵活，和环形结构的切换快速、安全可靠的特点，是辅控系统较好的选择。
四、网络设备的选择
由于发电厂辅助车间控制系统I／O点数量庞大、辅助车间物理位置分散、辅助控制系统类型各异，以及存在着强电磁场等特点，为了保证辅助车间集中监控能在发电厂的恶劣环境下稳定运行，其控制系统网络必须能满足安全可靠、高速实时、开放性好等特点。而工业以太网是完全工业级的网络产品，牢靠的重负荷设计，其性能指标远远超过普通的OA网络产品。其交换机采用导轨方式安装，无风扇设计，工作温度范围为0～60℃，工业保护等级IP20，使用寿命长。交换机采用双电源冗余输入，光纤环网具有线路冗余以及实时切换功能。因此工业以太网完全能满足安全可靠、实时容错和开放性好的要求，所以工业以太网应该是全厂辅控系统联网的理想选择。
五、监控软件的配置
监控软件是实现全厂辅助车间联网控制的核心；它完成了与PLC或其它智能仪表的通讯接口和驱动，实时／历史数据库的定义，工艺系统画面的组态、链接和实时监控，报警、报表、故障查询、事故追忆等功能的实现；因此，所有子系统的上位机监控软件必须选择高性能的可靠的统一的产品。由于全厂辅控系统I／O点数庞大，为了系统的稳定运行，最好配置独立的历史数据站，同时，历史站最好是双CPU配置。另外，与外系统的通信结构最好采用OPC2．0规范，辅控系统操作系统建议采用windows2000，不要用windows NT。
六、网管软件及安全防护软件的配置要求
由于全厂辅助车间联网控制系统庞大(比一般600MW机组DCS系统大而复杂)，同时车间之间相互距离远、分散度大，同时，由于控制系统的特殊环境，要求辅控系统的网管软件对系统资源的消耗必须要小，最好不要采用专门的网管服务器，因此，在选择辅控系统的网管软件是，必须满足如下要求：
①支持工业标准——简单网络管理协议(SNMP)，可直接对TCP／IP网络进行管理，监视所有可分配IP地址的设备，对网络上不同的主机和网络设备能进行有效管理；
②基于图形用户界面(GUI)，提供多种数据分析方式，方便系统管理人员分析判断，随时了解整个网络系统配置、分布和运行状态；
③自动进行故障检测、诊断、修复和记录；
④可进行网络流量分析与统计；
⑤提前检测系统和网络可能出现的故障并及时处理。
⑥支持OPC协议，可以无缝嵌入监控系统。
七、冗余技术的应用
7.1 服务器的冗余
为了使控制系统具备更高的性能和更强大的功能，数据库服务器的设置是必须的。一种流行的做法是设置一对或多对冗余的数据库服务器，即集中式或分布式数据库服务器，来完成数据的实时采集、转发及储存。数据库及服务器的冗余是很重要的。
7.2 网络的冗余
十几套PLC控制系统及上层监控系统的联网将会是一个庞大的网络，并由于现场环境的恶劣，网络的可靠性受到严重的威胁。因此合理的网络拓朴结构、网络设备的冗余是必须的。
7.3 电源的冗余
电源的冗余在辅助车间里有时候是一个棘手的问题，通常的做法是取自两路不同的动力电源。但是由于配电方面的制约，往往造成控制系统及网络交换机的失电而造成更大的故障。建议考虑更可靠的配置方案，比如：一路取自动力电源、一路经过小型UPS进入系统电源，而控制系统及交换机等必须能接受两路电源而不单纯依靠设置外部的切换装置。
7.4 控制设备的冗余
可以根据被控设备的重要性及可靠性要求来考虑某个控制系统相关设备的冗余程度。
八、设计及施工组织
由于工程合同授予的原因，可能存在许多工程公司合作来完成全厂的辅助车间的控制系统及集成的工作。每个工程公司都有自己擅长的和喜欢的设计风格，这势必造成各个系统之间的通讯、数据库、HMI设计及一些服务功能的设计规范的不一致，这对辅助车间联网控制是极其不利的。因此，如何统一各个工程公司的设计规范及一些设备、软件的选型成了每个业主或设计单位首先要考虑的问题。一个比较好的做法是，先确定一个有经验的工程公司作为联网集成的服务商，根据全厂总体设计及业主要求，由集成商设计出几个联网方案及相关的设备、软件选型建议、详细的针对每个子控制系统的设计规范，经过专家及相关人员的评审后确定最佳方案，并在后续的合同中将与联网集成相关的设备及软件的技术规范统一。集成商应负有在工程设计过程中统一、协调的责任。
一般来说，需要在工程设计阶段统一的技术规范有：PLC接口、交换机、信号标签(建议采用KKS设备编码)、监控画面(包括：分辨率、布局、图标、操作窗口、报警、颜色等)、数据库定义等。
在施工阶段，集成商根据工程进度将各个控制系统逐步联接，编辑数据库，制作和修改画面，直至全厂联网；并调试历史库及相应的服务功能、完成网络及控制系统的故障诊断功能，最终形成一个功能完善、界面统一、维护方便、安全可靠的全厂辅助车间控制系统。鉴于各个外围系统的开工时间和周期的不同，为了能够与工程同步实现集中监控，完善的工程管理是必要的。下面的图表简要地的描述了某个电厂工程主要子系统及集成的各个阶段的时间节点。
九、结束语
大型火电厂辅助车间的联网控制，把原先分散独立的多个控制系统作为一个整体来考虑，从基建前期就统一规划、统一规范，在设计和施工阶段协调管理、同步施工，通过严格完善的管理、精心调试，一套先进、可靠的全厂辅助车间控制系统的建设是完全可行的。
|
|
