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王海濤（1971－）

男，吉林白城人，北京工業大學軟件工程專業在讀碩士研究生，曾就職于吉林省電力建設公司、黑龍江伊春熱電廠，2004年，加入北京和利時系統工程有限公司，擔任多個項目的項目經理。

摘要：本文主要通過DCS控制系統在湖南創元發電廠項目輔網的應用實例，全方位的論述了自動化科技的發展給工廠所帶來的方便。同時，通過這個項目的成功應用，更是看到未來工控領域全廠一體化解決方案的發展方向。

關鍵詞：和利時；輔網控制；DCS（分散控制系統）；一體化

Abstract: The paper introduces in detail the convenience of factory brought by automation technology development by the example of Assistant Control System application in Hunan Chuangyuan power plant. Meanwhile, the development direction of integration scheme in future industry control can be seen by this successful application.

Key words: HollySys；HollySys；Assistant Control System；DCS (Distributed Control System)；Integration

1  引言

    和利時公司DCS系統歷經10年多的發展，目前已經發展到第四代DCS系統--HOLLIAS-MACS控制系統，并已經在多個大型火電廠及其他行業的控制領域得到了非常廣泛的應用。近幾年來，DCS系統更逐漸深入地應用到循環流化床機組和燃煤機組的水網、煤網、灰網等輔控領域。湖南創元電廠主機2X300MW火電機組主網及輔網(水網、煤網、灰網)控制系統項目均采用和利時的MACS系統。主機控制系統采用DCS控制的較為普遍，輔網則相對較少，本文主要介紹HOLLIAS-MACS控制系統在此類機組輔網上的設計和應用。

2  輔網控制系統范圍介紹

    該項目輔控系統共包括水網控制系統、煤網控制系統、灰網控制系統，上述輔助車間的控制全部采用DCS控制系統 ，實現全顯示器/鍵盤監控，不設后備常規監控設備。輔助車間根據各車間地理位置和系統的相關性構成水、煤、灰三個控制網絡，在機組初始調試期間，上述各個網絡互相獨立，當調試工作完畢，全廠投入運行時，通過以太網連接成集中控制網，在集中控制室設置監控站，從而對各個輔助車間實現監控。

    水網包括：化學補充水車間，取樣加藥車間，凈化站車間，化學廢水車間。

    煤網包括：輸煤綜合樓，煤倉間，含煤廢水車間。

    灰網包括：除灰綜合樓，燃油泵房，灰庫設備間，除灰水泵房。

3  系統設計

3.1 輔控系統整體式框架設計

    HOLLiAS-MACS系統可以設計成采用具有物理服務器結構的雙層網結構和沒有物理服務器結構的單層網結構，根據本系統情況，為便于輔控各系統待機組調試工作完成后連接成在集中監控室集中監控的運行要求，本工程采用具有物理服務器結構的雙層網結構；同時結合HOLLiAS-MACS系統獨有的“域”的功能，在系統設計之初，上述系統域號設計如下：水網為0號域，煤網為1號域，灰網為2號域。從而完成各個系統的既可以獨立操作，又可以在必要的時候進行切換控制，達到資源共享的目的。

    輔網控制系統共設兩臺操作員站，用來監控水網，煤網，灰網。

    （1）水網控制系統：包括化學補水系統，化學廢水系統，取樣加藥控制系統，凈化站控制系統，脫硫廢水系統5個子系統，每個子系統設獨立的控制站，共設計5個現場控制站，各控制站分布在不同的就地設備間，與監控網絡之間采用光纖連接，形成冗余光纖網絡。

    （2）煤網控制系統：煤網系統包括輸煤綜合樓部分，煤倉間部分，含煤廢水部分共3個部分，每個部分設置獨立的控制站，共設計3個現場控制站，各控制站分布在不同的就地設備間，與監控網絡之間采用光纖連接，形成冗余光纖網絡。

    （3）灰網控制系統：灰網系統包括除灰綜合樓，燃油泵房，灰庫設備間，除灰水泵房4個部分，每個部分設置獨立的控制站，共設計4個現場控制站，各控制站分布在不同的就地設備間，與監控網絡之間采用光纖連接，形成冗余光纖網絡。

3.2 網絡結構構成

    由于水網、煤網和灰網系統均采用HOLLIAS-MACS系統雙層網典型結構，下面以煤網系統為例，來介紹網絡結構的構成。

3.2.1重要節點

    煤網系統設計有一臺工程師站，用于完成工程設計、組態、調試維護等任務；兩臺操作員站，用于運行人員對系統被控設備的監控、操作等。一對系統服務器，用于為系統提供數據服務和歷史數據的存儲功能。三對冗余的現場控制站。

3.2.2網絡設備

    該系統上層網稱為MNET，分為冗余的A網和B網，網段分別為130和131，采用2臺16口智能以太網交換機，該系統下層網稱為SNET，分為冗余的A網和B網，網段分別為128和129，采用2臺16口智能以太網交換機。

      

3.3 工程數據庫設計

    工程分類設計如表1所示。

                         表1  工程分類設計表

     
 3.4 系統對時結構設計

    DCS系統的對時結構直接決定了系統SOE信號的精度，該設計方案能夠解決由于SOE信號從屬于不同的控制器而帶來精度誤差偏大的問題。精確的對時系統配置框圖和原理框圖如圖2所示。
       
         

                       圖2   系統配置框圖及原理框圖

3.4.1系統校時流程

（1）GPS天線收到時間信號；
   （2）從串口上發到FM197校時集線器中；
   （3）FM197校時集線器發到系統時間服務器中；
   （4）時間服務器定時或在本機時間改變時在網內廣播校時包；
   （5）設置同時間服務器同步的客戶機收到校時包后改變本機系統時間；
   （6）客戶機開始運行系統時向時間服務器請求校時。

3.4.2系統校時特點

（1）控制系統校時收發以網絡傳遞為主；
   （2）SOE關鍵快速時鐘校對以硬接線發妙脈沖為主，保證站間SOE時鐘誤差≤1ms；
   （3）采用校時集線器接受GPS時鐘信號，給DCS時鐘服務器、SIS系統及其他設備同時進行校時；
   （4）網絡校時時鐘服務器唯一設置。

3.5 系統的配電及接地

 單元機組和公用系統各自分別含有一套配電柜，為每個機柜和其它用電設備供電。配電柜接受兩路來UPS1電源和UPS2電源，包含為每路用電設備提供獨立保險開關，配有專用的交流冗余切換裝置，采用雙路電源切換。

 電源切換裝置核心設備為施耐德快速動作接觸器。采用雙電源切換裝置，第一路UPS1為主，第二路以UPS2為主，保證系統內無論哪一路出現欠壓、故障或者接觸器故障時，可以保證DCS工作電源穩定及切換正常。其接觸器切換時間不大于20ms，可以保證負載正常工作。切換后的電源為DCS相關設備供電。切換裝置原理及經過切換裝置供電的圖如圖3所示。

      

                      圖3   切換裝置原理及裝置圖

                            圖4   接地示意圖

3.5.1 接地方案

    由現場附近的熱工電源盤供電，或由布置于控制室里的DCS電源柜供電。為保證遠程I/O柜內各采集模塊的電源穩定，電源經過UPS電源穩壓后供給，該路電源失去時UPS仍可保證遠程I/O能正常工作一段時間。

    遠程I/O柜布置于現場，離控制室里的DCS系統接地柜的匯流總排較遠，因此遠程I/O柜的接地就近接入現場的地網。遠程I/O的安全地、屏蔽地和邏輯地在柜內一點匯流后作為接地點，該接地點由專用的接地電纜接入現場地網，接地電阻要求不大于4歐姆。

    創元電廠2*300MW機組工程是一個含主機組及輔助控制系統的大型一體化控制的火電機組，輔網控制系統是全廠熱工自動化的重要組成部分，采用以上的各項設計方案，使電廠輔網控制達到了布置分散，控制集中，達到了全廠一體化的目標。隨著DCS分散控制系統的廣泛應用，無論是硬件系統，軟件設計組態，還是在運行管理上都積累了很多成熟可信的經驗。同時，依靠先進的計算機技術、網絡通訊技術來合理有效地提高全廠的控制水平，是整個電廠經濟運行的重要保障。輔助控制系統與主機組DCS實現一體化控制，能夠優化電廠資源配置、降低備品備件數量、減少維護費用、達到降低產品成本，減人增效，為實現“廠網分開，競價上網”，增強電廠的市場競爭力提供了重要保證。