范海東(1979-)
男,浙江臺州人,工程師,畢業(yè)于上海電力學(xué)院自動化專業(yè),主要從事電廠熱工自動化工作。
1 概述
隨著電力市場的進一步開放、電力改革的不斷深化和廠網(wǎng)分開、競價上網(wǎng)的逐步實施,如何提高生產(chǎn)效率、降低發(fā)電生產(chǎn)成本、提高控制水平是每個現(xiàn)代化電廠急需解決的問題。由于熱工自動化技術(shù)的發(fā)展,主廠房的生產(chǎn)人員已大大壓縮,輔助車間生產(chǎn)人員占用多、勞動效率低的問題逐漸突出,成為電廠提高自動化水平、減員增效的重點。
鳳臺電廠2×600MW火電機組的輔助車間分別按(水處理、除灰、輸煤)三個監(jiān)控點設(shè)計的基礎(chǔ)上,采用成熟可靠的可編程控制器和工業(yè)以太網(wǎng)控制技術(shù),將輔助車間監(jiān)控點進一步減少和集中,建立全廠BOP輔機集中監(jiān)控網(wǎng)絡(luò),實現(xiàn)在單元集控室對全廠輔助車間的監(jiān)視和控制,不僅提高了控制水平,并且實現(xiàn)了減員增效、降低勞動強度的目的。
2 鳳臺電廠輔助車間工藝系統(tǒng)及監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
鳳臺發(fā)電廠位于安徽淮南鳳臺,一期裝機容量2×600MW,本廠程輔助車間包括鍋爐補給水及反滲透系統(tǒng)、綜合水泵房系統(tǒng)、制氫站系統(tǒng)、循環(huán)水加藥系統(tǒng)、廢水處理系統(tǒng)、凈水系統(tǒng)、除灰渣系統(tǒng)、輸煤系統(tǒng)等。各輔助車間的控制采用工業(yè)以太網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)控制,即將化學(xué)補給水、凈水、廢水處理控制系統(tǒng)與凝結(jié)水精處理及爐水加藥和汽水取樣系統(tǒng)的控制設(shè)備聯(lián)網(wǎng)組成一個“水網(wǎng)”,在水網(wǎng)控制室(設(shè)在化水控制室)通過實現(xiàn)水系統(tǒng)的集中監(jiān)控。輸煤系統(tǒng)及除灰渣系統(tǒng)也均采用類似方式組成控制系統(tǒng),在相應(yīng)控制點實現(xiàn)對系統(tǒng)運行的監(jiān)控。在系統(tǒng)運行穩(wěn)定、運行值班員經(jīng)全能培訓(xùn)的基礎(chǔ)上可在#1、#2機組集控室對全廠輔助系統(tǒng)進行監(jiān)控。具體結(jié)構(gòu)如圖1所示。
圖1 鳳臺輔控網(wǎng)絡(luò)配置圖
在#1、#2機組化水控制室的控制操作員站上能完成對凝結(jié)水精處理系統(tǒng)(包括鍋爐取樣、加藥系統(tǒng))、鍋爐補給水及水務(wù)管理系統(tǒng)(包括凈化站、化學(xué)水處理)、廢水(含輸煤系統(tǒng)廢水處理)、工業(yè)水、生活水、循環(huán)水加藥系統(tǒng)、制氫系統(tǒng)等控制系統(tǒng)的監(jiān)控。為在系統(tǒng)調(diào)試和啟動初期方便運行操作,全廠水系統(tǒng)設(shè)有以下幾個輔助監(jiān)控點:#1、#2機組凝結(jié)水精處理系統(tǒng)輔助監(jiān)控點、鍋爐補給水及水務(wù)管理系統(tǒng)輔助監(jiān)控點(包括反滲透系統(tǒng))、制氫系統(tǒng)輔助監(jiān)控點,在輔助監(jiān)控點設(shè)有供啟動調(diào)試用的操作員站(兼工程師站)。
在輸煤控制室的控制操作員站上完成對全廠輸煤系統(tǒng)的監(jiān)控,包括從卸煤至主廠房煤斗的整個輸煤系統(tǒng),輸煤系統(tǒng)中有關(guān)專用裝置的信息與輸煤系統(tǒng)程控系統(tǒng)進行通信。在輸煤控制設(shè)3臺操作員站(兼工程師站)對輸煤系統(tǒng)進行監(jiān)控。
全廠除灰渣系統(tǒng)集中在電除塵控制室進行監(jiān)控,為在系統(tǒng)調(diào)試和啟動初期方便運行操作,設(shè)有以下幾個輔助監(jiān)控點:#1、#2機組飛灰輸送系統(tǒng)、#1、#2機組渣水(含灰場供水系統(tǒng))系統(tǒng),在輔助監(jiān)控點設(shè)有供啟動調(diào)試用的操作員站。
上述輔控系統(tǒng)采用冗余的PACS RX7i系列產(chǎn)品,I/O模塊采用VERSAMAX產(chǎn)品,PLC的控制器和上位機采用以太網(wǎng)進行通訊,I/O模塊和CPU之間的通訊采用GENIUS總線。各個輔控系統(tǒng)通過工業(yè)以太網(wǎng)交換機組成全廠輔控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。
3 鳳臺電廠輔控系統(tǒng)技術(shù)特點
如上所述,鳳臺電廠輔助控制系統(tǒng)(以下簡稱輔控系統(tǒng))采用相對分散系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫網(wǎng)絡(luò)與集中監(jiān)控相結(jié)合,分水、煤、灰系統(tǒng)三個子系統(tǒng)進行相對集中監(jiān)控。水、煤、灰每個子系統(tǒng)采用PLC直接控制方式,每個系統(tǒng)有自己的獨立數(shù)據(jù)庫服務(wù)器。在全廠輔控中心(單元集控室)的操作站通過各個子系統(tǒng)的服務(wù)器對輔助系統(tǒng)進行控制。
3.1 輔控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通訊
在傳統(tǒng)電廠的輔控系統(tǒng)設(shè)計中,不同輔助系統(tǒng)采用不同廠商的控制系統(tǒng),通訊接口協(xié)議也不盡相同。因此,在組建全廠輔控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)時,存在著許多困難,必須要有統(tǒng)一的通信和接口方式來解決不同種類設(shè)備間的通訊問題。鳳臺輔控系統(tǒng)不同于以往的控制系統(tǒng)做法,采用了統(tǒng)一的設(shè)備和通用的通訊協(xié)議。
PLC統(tǒng)一采用GE的PACS RX7i系列產(chǎn)品,和上位機通訊采用工業(yè)以太網(wǎng),輔控系統(tǒng)采用工業(yè)以太網(wǎng)。因為以太網(wǎng)可以提供從工廠設(shè)備層到廠級信息的全網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)支持,目前現(xiàn)場總線和PLC專用網(wǎng)絡(luò)還不可能提供這么多層次的信息傳輸能力。為了符合電廠未來的發(fā)展和改造,網(wǎng)絡(luò)交換機采用模塊化結(jié)構(gòu),具有網(wǎng)管功能,同時支持IE瀏覽器管理。
輔控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)和PLC、監(jiān)控軟件的接口,以及與第三方通信接口采用OPC規(guī)范,并且支持遠(yuǎn)程通信。
3.2 輔控系統(tǒng)的實時性
輔控系統(tǒng)主機采用PACS RX7i系列產(chǎn)品 ,I/O卡件采用VERSAMAX產(chǎn)品,兩者之間通過GENIUS總線實現(xiàn)連接,GENIUS總線的通訊速率可以達(dá)到156K,滿足電廠輔控系統(tǒng)對于數(shù)據(jù)通信實時性的要求。輔控網(wǎng)絡(luò)選用低延遲的工業(yè)交換機產(chǎn)品,工業(yè)級以太網(wǎng)交換機的支持優(yōu)先級控制,保證整個網(wǎng)絡(luò)滿足實時控制的要求。
3.3 輔控系統(tǒng)的可靠性
全廠輔控系統(tǒng)關(guān)系著全廠的穩(wěn)定可靠運行,因此系統(tǒng)可靠性成為構(gòu)建輔控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)時需要考慮的一個最主要因素。本著“管理集中,控制分散”的原則,采用合理的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)來滿足輔控系統(tǒng)可靠性要求,主要體現(xiàn)在以下幾點:
(1) 由于電廠電磁干擾大,采用光纖介質(zhì)來增加網(wǎng)絡(luò)的抗干擾能力。
(2) 通訊網(wǎng)絡(luò)冗余配置,以提高系統(tǒng)的可靠性和實時性。
(3) 依據(jù)“管理集中,控制分散”原則,電廠運行人員可以在集控室或其它現(xiàn)場控制室對全廠輔助系統(tǒng)實現(xiàn)集中監(jiān)視和控制,但過程控制數(shù)據(jù)庫相對分散在水煤灰三個獨立的服務(wù)器中。
另外,在本系統(tǒng)中,CPU采用冗余配置,并通過光纖連接來切換工作CPU和備用CPU,能夠達(dá)到真正意義上的冗余。
3.4 輔控系統(tǒng)軟件的高可用性配置
除了采用冗余和高可靠的硬件設(shè)備組建高可用性輔控網(wǎng)絡(luò),還必須合理配置整個輔控系統(tǒng)的監(jiān)控軟件架構(gòu)。監(jiān)控軟件是輔控系統(tǒng)的核心,所有輔控子系統(tǒng)的上位機監(jiān)控軟件選擇高性能的統(tǒng)一產(chǎn)品InTouch。
由于全廠輔控系統(tǒng)I/O點數(shù)龐大,全廠輔控系統(tǒng)軟件架構(gòu)采用基于分布式過程數(shù)據(jù)庫的客戶/服務(wù)器(DBC)模式。各系統(tǒng)通過本區(qū)域的容錯服務(wù)器采集輔助系統(tǒng)的過程數(shù)據(jù),下層所有的PLC只與該容錯服務(wù)器有接口。這樣,每個PLC只有一個上位機接口,避免了多臺上位計算機和PLC接口,大大減輕了PLC通信接口的負(fù)荷,不僅提高了系統(tǒng)響應(yīng)速度,而且提高了系統(tǒng)可靠性,解決了全廠輔控系統(tǒng)速度慢的問題,而且大大提高了系統(tǒng)運行穩(wěn)定性。
4 結(jié)束語
鳳臺電廠輔助車間控制系統(tǒng)實現(xiàn)全廠聯(lián)網(wǎng)控制具有許多優(yōu)勢。首先,輔助車間控制系統(tǒng)實現(xiàn)了輔助系統(tǒng)集中監(jiān)控及綜合調(diào)度,它能夠?qū)崿F(xiàn)整個電廠輔助系統(tǒng)的優(yōu)化控制,最大限度地滿足電廠機組安全、高效運行的要求。其次,輔助車間控制系統(tǒng)高度的自動化和網(wǎng)絡(luò)化,可最大限度地節(jié)約人力資源,提高勞動生產(chǎn)率,實現(xiàn)效率最大化,滿足投資方的要求,實現(xiàn)投資的良性互動。最后,PLC型號實現(xiàn)了全廠統(tǒng)一,各輔助車間均采用GE公司的PACS RX7i PLC,硬件統(tǒng)一,這樣就為全廠輔助車間連網(wǎng)改造創(chuàng)造了十分有利的條件,同時減少了備品備件的數(shù)量。
電廠輔控系統(tǒng)實現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)控制是一個必然的發(fā)展趨勢,與此同時實現(xiàn)輔控系統(tǒng)與電廠SIS系統(tǒng)、MIS系統(tǒng)的實時互連,真正實現(xiàn)全廠網(wǎng)絡(luò)化和信息化,使電廠競爭力更加強大。