|
一、全廠輔助車間控制系統(tǒng)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)
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(shí)現(xiàn)逐漸轉(zhuǎn)化為用PLC+上位機(jī)實(shí)現(xiàn)，PLC+上位機(jī)的控制技術(shù)由于加強(qiáng)了獨(dú)立系統(tǒng)運(yùn)行的安全性及可靠性，因此，在相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)期內(nèi)，在各個(gè)電廠應(yīng)用相當(dāng)廣泛。但獨(dú)立分散且豐富多樣的控制系統(tǒng)必然會(huì)使用較多的運(yùn)行人員，而且也暴露了諸如人機(jī)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(diǎn)。隨著電力市場(chǎng)的改革開(kāi)放，為適應(yīng)大型火電廠先進(jìn)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(dòng)化水平，以達(dá)到減人增效的目的，已成為各個(gè)新建和已建大型火電廠所必須面臨的問(wèn)題。2000年燃煤示范電廠及新頒發(fā)的《火力發(fā)電廠設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》對(duì)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(diǎn)，輔助車間控制點(diǎn)不宜超過(guò)三個(gè)(輸煤、除灰、化水)，其余車間均按無(wú)人值班設(shè)計(jì)?！钡陆姀S較多地采用了更為先進(jìn)的全廠聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控的方案，一種是采用成熟的DCS來(lái)實(shí)現(xiàn)輔助車間的控制，另一種是采用PLC+統(tǒng)一的監(jiān)控軟件及先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)來(lái)實(shí)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)控軟件及先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)全廠輔助車間控制系統(tǒng)的相關(guān)問(wèn)題。
二、全廠輔控系統(tǒng)方案的幾個(gè)關(guān)鍵問(wèn)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(bǔ)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(gè)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(shí)施及設(shè)備配套的需要，控制系統(tǒng)可能會(huì)由數(shù)個(gè)控制工程公司分別提供。為了達(dá)到聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控的目的、統(tǒng)一人機(jī)界面，方便網(wǎng)絡(luò)維護(hù)、管理以及數(shù)據(jù)庫(kù)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(gè)整體來(lái)考慮。其中最為關(guān)鍵的幾個(gè)問(wèn)題是：監(jiān)控軟件選型的統(tǒng)一、網(wǎng)絡(luò)及接口設(shè)計(jì)的統(tǒng)一、數(shù)據(jù)庫(kù)及人機(jī)接口設(shè)計(jì)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(lái)完成。監(jiān)控軟件是實(shí)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(jī)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(shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵問(wèn)題，是網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)性、可靠性的保證。
三、網(wǎng)絡(luò)通訊協(xié)議及拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的選擇
控制系統(tǒng)早期采用的現(xiàn)場(chǎng)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(chǎng)總線達(dá)一百多種，其中開(kāi)放型總線就有40多種，常用的現(xiàn)場(chǎng)總線如：Profibus、 CAN、Hart、Lonworks、Genius I／O、Interbus-S等，由于其采用了完全不同的通信協(xié)議和無(wú)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(kuò)展性強(qiáng)、可以無(wú)限擴(kuò)展、協(xié)議開(kāi)放、便于自主開(kāi)發(fā)、設(shè)備通用、價(jià)格便宜等優(yōu)勢(shì)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(jī))大量涌現(xiàn)，可以實(shí)現(xiàn)導(dǎo)軌安裝、無(wú)風(fēng)扇設(shè)計(jì)、以及冗余的24VDC供電等要求。帶冗余管理功能工業(yè)交換機(jī)的出現(xiàn)，解決了以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)冗余鏈路時(shí)廣播風(fēng)暴的問(wèn)題；而支持快速生成樹(shù)協(xié)議(802．1w)的以太網(wǎng)交換機(jī)的出現(xiàn)，使得構(gòu)建冗余環(huán)網(wǎng)成為可能。工業(yè)級(jí)的以太網(wǎng)交換機(jī)構(gòu)建的環(huán)網(wǎng)拓?fù)淇梢赃_(dá)到小于300ms的故障恢復(fù)時(shí)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(gè)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(guò)冗余的交換機(jī)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(guò)通過(guò)環(huán)形網(wǎng)絡(luò)把每個(gè)車間互連，整個(gè)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(shí)，系統(tǒng)切換速度快于星形結(jié)構(gòu)，不過(guò)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(kuò)展靈活，和環(huán)形結(jié)構(gòu)的切換快速、安全可靠的特點(diǎn)，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(diǎn)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(qiáng)電磁場(chǎng)等特點(diǎn)，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(yùn)行，其控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)必須能滿足安全可靠、高速實(shí)時(shí)、開(kāi)放性好等特點(diǎn)。而工業(yè)以太網(wǎng)是完全工業(yè)級(jí)的網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品，牢靠的重負(fù)荷設(shè)計(jì)，其性能指標(biāo)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)普通的OA網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品。其交換機(jī)采用導(dǎo)軌方式安裝，無(wú)風(fēng)扇設(shè)計(jì)，工作溫度范圍為0～60℃，工業(yè)保護(hù)等級(jí)IP20，使用壽命長(zhǎng)。交換機(jī)采用雙電源冗余輸入，光纖環(huán)網(wǎng)具有線路冗余以及實(shí)時(shí)切換功能。因此工業(yè)以太網(wǎng)完全能滿足安全可靠、實(shí)時(shí)容錯(cuò)和開(kāi)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(shí)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(dòng)，實(shí)時(shí)／歷史數(shù)據(jù)庫(kù)的定義，工藝系統(tǒng)畫(huà)面的組態(tài)、鏈接和實(shí)時(shí)監(jiān)控，報(bào)警、報(bào)表、故障查詢、事故追憶等功能的實(shí)現(xiàn)；因此，所有子系統(tǒng)的上位機(jī)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(diǎn)數(shù)龐大，為了系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，最好配置獨(dú)立的歷史數(shù)據(jù)站，同時(shí)，歷史站最好是雙CPU配置。另外，與外系統(tǒng)的通信結(jié)構(gòu)最好采用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(hù)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(jī)組DCS系統(tǒng)大而復(fù)雜)，同時(shí)車間之間相互距離遠(yuǎn)、分散度大，同時(shí)，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(duì)系統(tǒng)資源的消耗必須要小，最好不要采用專門的網(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(jiǎn)單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議(SNMP)，可直接對(duì)TCP／IP網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行管理，監(jiān)視所有可分配IP地址的設(shè)備，對(duì)網(wǎng)絡(luò)上不同的主機(jī)和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備能進(jìn)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(shí)了解整個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)配置、分布和運(yùn)行狀態(tài)；
③自動(dòng)進(jìn)行故障檢測(cè)、診斷、修復(fù)和記錄；
④可進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)流量分析與統(tǒng)計(jì)；
⑤提前檢測(cè)系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)可能出現(xiàn)的故障并及時(shí)處理。
⑥支持OPC協(xié)議，可以無(wú)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(qiáng)大的功能，數(shù)據(jù)庫(kù)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(duì)或多對(duì)冗余的數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器，即集中式或分布式數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器，來(lái)完成數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集、轉(zhuǎn)發(fā)及儲(chǔ)存。數(shù)據(jù)庫(kù)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(huì)是一個(gè)龐大的網(wǎng)絡(luò)，并由于現(xiàn)場(chǎng)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(shí)候是一個(gè)棘手的問(wèn)題，通常的做法是取自兩路不同的動(dòng)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(jī)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(dòng)力電源、一路經(jīng)過(guò)小型UPS進(jìn)入系統(tǒng)電源，而控制系統(tǒng)及交換機(jī)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(lái)考慮某個(gè)控制系統(tǒng)相關(guān)設(shè)備的冗余程度。
八、設(shè)計(jì)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(lái)完成全廠的輔助車間的控制系統(tǒng)及集成的工作。每個(gè)工程公司都有自己擅長(zhǎng)的和喜歡的設(shè)計(jì)風(fēng)格，這勢(shì)必造成各個(gè)系統(tǒng)之間的通訊、數(shù)據(jù)庫(kù)、HMI設(shè)計(jì)及一些服務(wù)功能的設(shè)計(jì)規(guī)范的不一致，這對(duì)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(gè)工程公司的設(shè)計(jì)規(guī)范及一些設(shè)備、軟件的選型成了每個(gè)業(yè)主或設(shè)計(jì)單位首先要考慮的問(wèn)題。一個(gè)比較好的做法是，先確定一個(gè)有經(jīng)驗(yàn)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(jì)及業(yè)主要求，由集成商設(shè)計(jì)出幾個(gè)聯(lián)網(wǎng)方案及相關(guān)的設(shè)備、軟件選型建議、詳細(xì)的針對(duì)每個(gè)子控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)規(guī)范，經(jīng)過(guò)專家及相關(guān)人員的評(píng)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(fù)有在工程設(shè)計(jì)過(guò)程中統(tǒng)一、協(xié)調(diào)的責(zé)任。
一般來(lái)說(shuō)，需要在工程設(shè)計(jì)階段統(tǒng)一的技術(shù)規(guī)范有：PLC接口、交換機(jī)、信號(hào)標(biāo)簽(建議采用KKS設(shè)備編碼)、監(jiān)控畫(huà)面(包括：分辨率、布局、圖標(biāo)、操作窗口、報(bào)警、顏色等)、數(shù)據(jù)庫(kù)定義等。
在施工階段，集成商根據(jù)工程進(jìn)度將各個(gè)控制系統(tǒng)逐步聯(lián)接，編輯數(shù)據(jù)庫(kù)，制作和修改畫(huà)面，直至全廠聯(lián)網(wǎng)；并調(diào)試歷史庫(kù)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，最終形成一個(gè)功能完善、界面統(tǒng)一、維護(hù)方便、安全可靠的全廠輔助車間控制系統(tǒng)。鑒于各個(gè)外圍系統(tǒng)的開(kāi)工時(shí)間和周期的不同，為了能夠與工程同步實(shí)現(xiàn)集中監(jiān)控，完善的工程管理是必要的。下面的圖表簡(jiǎn)要地的描述了某個(gè)電廠工程主要子系統(tǒng)及集成的各個(gè)階段的時(shí)間節(jié)點(diǎn)。
九、結(jié)束語(yǔ)
大型火電廠輔助車間的聯(lián)網(wǎng)控制，把原先分散獨(dú)立的多個(gè)控制系統(tǒng)作為一個(gè)整體來(lái)考慮，從基建前期就統(tǒng)一規(guī)劃、統(tǒng)一規(guī)范，在設(shè)計(jì)和施工階段協(xié)調(diào)管理、同步施工，通過(guò)嚴(yán)格完善的管理、精心調(diào)試，一套先進(jìn)、可靠的全廠輔助車間控制系統(tǒng)的建設(shè)是完全可行的。
|
|
