王小鳳 ，李 鑫

（1.北京國(guó)電智深控制技術(shù)有限公司，北京102200；2.北京市電站自動(dòng)化工程技術(shù)研究中心，北京102200）

火電廠輔助車間系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱輔助系統(tǒng)）主要包括水、煤、灰3大部分。其中水主要包括化學(xué)補(bǔ)給水處理、凝結(jié)水精處理、化學(xué)廢水處理、凈水站、汽水取樣化驗(yàn)站、污水處理系統(tǒng)等，煤主要指輸煤系統(tǒng)，灰主要指除灰除渣系統(tǒng)。此外輔助系統(tǒng)還有循環(huán)水、燃油泵房、空壓機(jī)房、煙氣脫硫等子系統(tǒng)[1]。

近年來國(guó)內(nèi)發(fā)展大容量火電機(jī)組，輔助車間設(shè)備監(jiān)控點(diǎn)更多、工藝更復(fù)雜、工藝參數(shù)精度要求更高，傳統(tǒng)的輔控系統(tǒng)已不能很好地適應(yīng)上述情況。目前新建電廠輔控系統(tǒng)都在朝著一體化、分散控制、集中監(jiān)控的方向發(fā)展。國(guó)電智深公司自主研發(fā)的EDPF-NT PLUS分散控制系統(tǒng)已經(jīng)成功應(yīng)用于600 MW及以上機(jī)組的自動(dòng)控制并完成了若干套發(fā)電廠輔網(wǎng)一體化控制系統(tǒng)的項(xiàng)目。

1 輔網(wǎng)一體化控制特點(diǎn)

輔網(wǎng)一體化控制就是將火電機(jī)組輔控系統(tǒng)按工藝設(shè)備特性劃分為若干控制子系統(tǒng)，相應(yīng)的系統(tǒng)控制設(shè)備分散布置在各輔助系統(tǒng)電子設(shè)備間或工藝設(shè)備附近，系統(tǒng)設(shè)置集中操作監(jiān)控點(diǎn)和輔助車間集中監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)。各工藝控制子系統(tǒng)通過智能網(wǎng)絡(luò)傳輸設(shè)備與監(jiān)控級(jí)網(wǎng)絡(luò)連接，建立起集中監(jiān)視操作和分散控制的新型輔助車間運(yùn)行管理和控制模式。

1.1 提高輔助車間自動(dòng)化監(jiān)控水平

采用輔助車間一體化集中監(jiān)控，將使輔助車間的監(jiān)控水平逐步趕上主機(jī)系統(tǒng)的監(jiān)控水平，與廠級(jí)監(jiān)控信息系統(tǒng)（SIS）連接變得更簡(jiǎn)單，提高了全廠生產(chǎn)系統(tǒng)的協(xié)調(diào)運(yùn)行和優(yōu)化管理，為實(shí)現(xiàn)全廠管控一體化打下了良好基礎(chǔ)，是建設(shè)信息化電廠的重要組成部分。

1.2 提高機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性

實(shí)現(xiàn)輔助車間一體化監(jiān)視操作和遠(yuǎn)程控制，合并、減少或取消就地操作監(jiān)控點(diǎn)，強(qiáng)制提高設(shè)備的健康水平。確保所有設(shè)備全時(shí)具備自動(dòng)化方式運(yùn)行的條件。使復(fù)雜操作簡(jiǎn)單化，減員增效，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。

1.3 減少備品備件的品種和數(shù)量

所有的輔控系統(tǒng)采用統(tǒng)一的控制設(shè)備、控制手段和監(jiān)控方式。極大地方便了電廠運(yùn)行和檢修人員，減少備品備件的品種和數(shù)量。最大限度降低投資及運(yùn)行維護(hù)成本。如與主控DCS類型一致，減少備品備件的品種和數(shù)量將更為可觀。

1.4 實(shí)現(xiàn)各控制子系統(tǒng)信息資源共享

輔控系統(tǒng)集中監(jiān)控采用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和統(tǒng)一的監(jiān)控設(shè)備，解決了不同系統(tǒng)間通信接口的問題，實(shí)現(xiàn)了真正意義上的各控制子系統(tǒng)信息共享。

1.5 進(jìn)一步提高系統(tǒng)可靠性

在硬件配置、網(wǎng)絡(luò)選型及控制軟件開發(fā)上都采用統(tǒng)一的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。保證系統(tǒng)的安全可靠。

2 EDPF-NT+控制系統(tǒng)主要特點(diǎn)

EDPF-NT系統(tǒng)是北京國(guó)電智深控制技術(shù)有限公司開發(fā)研制的具有全部知識(shí)產(chǎn)權(quán)的DCS系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用開放式結(jié)構(gòu)、模塊化設(shè)計(jì)、靈活的軟硬件配置、方便的系統(tǒng)擴(kuò)展性，PLUS版具有非常人性化的組態(tài)和用戶界面。整個(gè)系統(tǒng)具有強(qiáng)大的功能和很高的可靠性[2]。同時(shí)，EDPF-NT+系統(tǒng)具有的特點(diǎn)也保證了其完全適應(yīng)電廠輔控一體化的要求。

2.1 可靠的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

EDPF-NT+系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)采用扁平化對(duì)等型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，如圖1所示。

圖1 扁平化對(duì)等型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)Fig.1 Flattening peer network structure

這種結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是：不設(shè)置網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器，降低危險(xiǎn)集中的風(fēng)險(xiǎn)；分布式實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫，提高系統(tǒng)動(dòng)態(tài)安全性；無雪崩效應(yīng)，提高機(jī)組故障情況下的運(yùn)行可行性。

2.2 靈活的柔性分域技術(shù)

EDPF-NT+分散控制系統(tǒng)應(yīng)用了先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)“域”技術(shù)。將不同工藝系統(tǒng)的控制系統(tǒng)分隔不同的域，使整個(gè)電廠的控制系統(tǒng)在物理意義上既統(tǒng)一又相對(duì)獨(dú)立，便于實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)間的相互連接與隔離。系統(tǒng)引入柔性分域技術(shù)，復(fù)雜生產(chǎn)過程按工藝或功能進(jìn)行分域管理，每個(gè)域相對(duì)獨(dú)立，域間信息可以按要求進(jìn)行有選擇的隔離和交互，減小各功能子系統(tǒng)的處理規(guī)模，減少或消除了不同被控對(duì)象及其控制系統(tǒng)之間的耦合，使整個(gè)控制系統(tǒng)進(jìn)一步蜂窩化、模塊化。

基于柔性分域技術(shù)的自動(dòng)化成套控制系統(tǒng)支持大規(guī)模應(yīng)用的需求、復(fù)雜過程的高性能要求、第三方設(shè)備的高度開放集成能力以及管控一體化的更高監(jiān)控模式。

2.3 大信息流下網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行安全

常規(guī)控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)采用廣播和點(diǎn)對(duì)點(diǎn)相結(jié)合的通信方式傳輸控制信息和命令。所有廣播信息平均到達(dá)所有在網(wǎng)設(shè)備端口，包括計(jì)算機(jī)設(shè)備（人機(jī)交互設(shè)備、分布式過程控制站DPU控制器）端口和網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)端口。

EDPF-NT+分散控制系統(tǒng)采用主動(dòng)網(wǎng)絡(luò)信息探測(cè)和網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)設(shè)備安全強(qiáng)化相結(jié)合的安防技術(shù)和方法，通過層層主動(dòng)監(jiān)管、整體協(xié)作，組成一個(gè)完整的多層次的網(wǎng)絡(luò)安全系統(tǒng)，為DCS提供安全可靠的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行環(huán)境，保證業(yè)務(wù)的連續(xù)性和數(shù)據(jù)安全性。

3 某2×600 MW機(jī)組輔網(wǎng)一體化設(shè)計(jì)

3.1 輔助車間控制系統(tǒng)的控制范圍

某2×600 MW機(jī)組輔助車間控制包括水處理、皮帶輸煤、氣力輸灰及煙氣脫硫。其中水系統(tǒng)包括鍋爐補(bǔ)給水處理系統(tǒng)、凝結(jié)水精處理系統(tǒng)（含汽水取樣加藥系統(tǒng)）、工業(yè)廢水處理系統(tǒng)、儲(chǔ)氫系統(tǒng)、中水處理系統(tǒng)（含循環(huán)水加藥系統(tǒng)），污水處理系統(tǒng)，公用水泵房系統(tǒng)和雨水泵房系統(tǒng)等。輸煤部分包括卸煤裝置、輸煤皮帶、篩煤設(shè)備及煤倉間犁煤器。氣力輸灰部分采用的是克萊德貝爾格曼華通物料輸送有限公司的設(shè)備，包括每臺(tái)機(jī)組的氣力除灰系統(tǒng)和公用的灰?guī)煜到y(tǒng)。脫硫部分采用石灰石－石膏濕法脫硫工藝，采用1爐1塔，100%煙氣旁路，不設(shè)GGH。

3.2 輔助車間（系統(tǒng)）集中控制涵蓋的控制子系統(tǒng)

各工藝系統(tǒng)控制器劃分如表1所示。

表1 各工藝系統(tǒng)控制器分配Tab.1 Controller assignment of each process system

（1）鍋爐補(bǔ)給水系統(tǒng)配置一套控制子系統(tǒng)，公用水泵房系統(tǒng)作為其遠(yuǎn)程I/O站；

（2）凝結(jié)水精處理系統(tǒng)配置一套控制子系統(tǒng)（含加藥取樣控制系統(tǒng)）；

（3）脫硫系統(tǒng)配置1套控制子系統(tǒng)；

（4）工業(yè)廢水處理系統(tǒng)配置1套控制子系統(tǒng)，污水處理系統(tǒng)、雨水泵房作為其遠(yuǎn)程I/O站；

（5）輸煤系統(tǒng)配置1套控制子系統(tǒng)；

（6）除灰系統(tǒng)配置1套控制子系統(tǒng)：除灰樓電子設(shè)備間安裝控制機(jī)柜，灰?guī)焯幇惭bI/O柜；

（7）空調(diào)系統(tǒng)自帶控制系統(tǒng)，通過通訊接口聯(lián)入輔網(wǎng)控制系統(tǒng)；

（8）每臺(tái)機(jī)組電除塵系統(tǒng)自帶PLC控制系統(tǒng)，通過通訊接口聯(lián)入輔網(wǎng)控制系統(tǒng)，合計(jì)2套；

（9）中水處理系統(tǒng)配置1套控制子系統(tǒng)（含循環(huán)水加藥控制系統(tǒng)）。

3.3 輔網(wǎng)一體化控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

采用EDPF-NT+分散控制系統(tǒng)構(gòu)建的輔網(wǎng)一體化控制系統(tǒng)如圖2所示。

圖2 水、煤、灰網(wǎng)及輔網(wǎng)程控EDPF-NT+分散控制系統(tǒng)配置示意圖Fig.2 EDPF-NT+distributed control system network configuration diagram of water，coal，ash networks and auxiliary centralized control

其中輔網(wǎng)集中控制室設(shè)在脫硫集控樓二樓，運(yùn)行人員可在脫硫集控室集中控制水處理系統(tǒng)、輸煤系統(tǒng)、氣力輸灰系統(tǒng)和輸煤系統(tǒng)。另外，為了便于調(diào)試期間的控制鍋爐補(bǔ)給水車間設(shè)置水處理系統(tǒng)的就地操作員站，輸煤程控樓設(shè)置輸煤系統(tǒng)的就地操作員站，除灰系統(tǒng)不設(shè)置就地的操作員站。

4 輔網(wǎng)控制系統(tǒng)與第三方設(shè)備通訊

EDPF-NT+分散控制系統(tǒng)的最新一代控制器DPUIII與第三方控制系統(tǒng)的連接可以有以下幾種方案[3]。

4.1 基于以太網(wǎng)通訊

基于以太網(wǎng)通訊：通訊協(xié)議為Modbus TCP/IP。支持以太網(wǎng)通信協(xié)議的第三方控制系統(tǒng)如PLC控制器等可直接掛接在EIO總線上。如果第三方系統(tǒng)多于一個(gè)時(shí)，可使用網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)構(gòu)建EIO總線網(wǎng)絡(luò)。可以指定EIO總線上的任意1對(duì)過程控制器或虛擬過程控制器與1個(gè)或數(shù)個(gè)第三方控制系統(tǒng)設(shè)備構(gòu)成一個(gè)獨(dú)立邏輯子網(wǎng)。通常情況下，控制器作為該子網(wǎng)主站與各第三方控制系統(tǒng)從站建立過程級(jí)通信關(guān)系。多個(gè)邏輯子網(wǎng)構(gòu)成EDPF-NT+的過程級(jí)現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)平臺(tái)，如圖3所示。

圖3 基于Modbus TCP/IP協(xié)議的DCS與第三方設(shè)備通訊示意圖Fig.3 Schematic diagram of communication between DCS and third-party devices based on Modbus TCP/IP protocol

4.2 基于串口通訊

DCS與第三方系統(tǒng)之間通過串口服務(wù)器作為轉(zhuǎn)接接口，通訊協(xié)議為Modbus RTU[4]。串口服務(wù)器一端通過以太網(wǎng)與EIO總線連接，另一端則通過RS485接口和第三方控制系統(tǒng)連接。串口服務(wù)器通常具有多個(gè)連接端口，每個(gè)端口連接一個(gè)第三方系統(tǒng)或現(xiàn)場(chǎng)總線儀表?？梢灾付‥IO總線上的任意1對(duì)過程控制器與連接在串口服務(wù)器上的多個(gè)第三方系統(tǒng)構(gòu)成一個(gè)獨(dú)立邏輯子網(wǎng)，構(gòu)成過程級(jí)現(xiàn)場(chǎng)總線通信系統(tǒng)，如圖4所示。

圖4 基于Modbus RTU協(xié)議的DCS與第三方設(shè)備通訊示意圖Fig.4 Schematic diagram of communication between DCS and third-party devices based on Modbus RTU protocol

4.3 FF、PROFIBUS、HART等現(xiàn)場(chǎng)總線通訊

多種現(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)備通過具有冗余功能的協(xié)議轉(zhuǎn)換模件接入DPU控制器的EIO總線，參與實(shí)時(shí)控制策略，并能夠把部分控制功能分配到現(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)備中。北京國(guó)電智深控制技術(shù)有限公司自主研發(fā)的PROFIBUS-DP主站接口卡是EDPF_NT PLUS控制器的擴(kuò)展卡件之一，與其他的IO卡件具有同等的地位，作為DCS與PROFIBUS-DP的接口，實(shí)現(xiàn)了DCS與現(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)備的無縫連接[5]。PROFIBUS-DP在網(wǎng)絡(luò)中以主站的形式存在，它解決了系統(tǒng)與其他廠家測(cè)控系統(tǒng)和智能設(shè)備的互聯(lián)問題，用于將標(biāo)準(zhǔn)的PROFIBUS從站設(shè)備連入EDPF-NT+系統(tǒng)，利用DP-PA連接器和耦合器還可以接入PROFIBUS-PA設(shè)備。通過控制器與PB卡之間的通訊鏈路，DP和PA設(shè)備能夠成功與系統(tǒng)內(nèi)控制站、操作站等進(jìn)行信息雙向通信。

4.4 采用傳統(tǒng)IOBUS總線技術(shù)的現(xiàn)場(chǎng)總線接口

過程控制器DPUIII通過冗余IOBUS總線掛接EDPF-COM模件，提供IOBUS過程級(jí)現(xiàn)場(chǎng)總線接口。EDPF-COM模件是一種安裝于常規(guī)I/O基座上的IOBUS總線通信接口適配器，模件上設(shè)計(jì)有2個(gè)隔離串行RS485通信接口和一個(gè)編程接口。缺省通訊規(guī)約為Modbus RTU，最高通信速率為19200BAUD，信息傳輸速率確保開關(guān)量不低于8000點(diǎn)/s、模擬量不低于1000點(diǎn)/s。

4.5 采用EIO技術(shù)構(gòu)建大容量數(shù)據(jù)通信網(wǎng)關(guān)

EDPF-NT+多功能接口工作站是一臺(tái)大吞吐量數(shù)據(jù)通信網(wǎng)關(guān)，專門用于同大容量第三方控制系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)通信。該多功能接口工作站可以支持多種標(biāo)準(zhǔn)總線通信協(xié)議，提供多通道數(shù)據(jù)傳輸。工作站內(nèi)固化有虛擬控制器，通過EIO技術(shù)與大批量第三方控制系統(tǒng)設(shè)備建立通信連接，將網(wǎng)關(guān)信息轉(zhuǎn)換為DCS標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，并具備對(duì)I/O數(shù)據(jù)加工處理能力。

4.6 EDPF-NT+分散控制系統(tǒng)與SIS通訊

EDPF-NT+系統(tǒng)與SIS的通訊是通過系統(tǒng)自帶的接口程序來完成的，接口程序運(yùn)行在接口站上，接口程序的主要功能是根據(jù)預(yù)定義的點(diǎn)列表，按照規(guī)定的點(diǎn)發(fā)送周期定期向數(shù)據(jù)接收方SIS方發(fā)送DCS點(diǎn)的實(shí)時(shí)信息，實(shí)時(shí)信息包括點(diǎn)的數(shù)值和狀態(tài)[6]。為了確保DCS系統(tǒng)的長(zhǎng)期運(yùn)行安全，實(shí)現(xiàn)在DCS和SIS邊界的單向隔離和傳送實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)功能，確保SIS側(cè)的任何問題都不會(huì)影響到DCS系統(tǒng)中，EDPF-NT+系統(tǒng)的SIS接口工作站由數(shù)據(jù)收集計(jì)算機(jī)和硬件防火墻構(gòu)成，如圖5所示。

圖5 單向隔離網(wǎng)關(guān)示意圖Fig.5 Schematic diagram of one-way isolated gateway

硬件防火墻可設(shè)置成DCS側(cè)數(shù)據(jù)單向向外傳輸或僅允許部分合法數(shù)據(jù)雙向傳輸，以確保DCS的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)安全。

5 結(jié)語

EDPF-NT+分散控制系統(tǒng)在火電機(jī)組輔網(wǎng)一體化控制中，取得了非常好的效果，真正實(shí)現(xiàn)了輔助系統(tǒng)分散控制、集中監(jiān)控，減少了就地操作監(jiān)控點(diǎn)，使復(fù)雜操作簡(jiǎn)單化，節(jié)省了人力，提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率。

[1]黃煥袍，潘鋼，曲云，等.分散控制系統(tǒng)及其應(yīng)用[M].北京：中國(guó)電力出版社，2013：17-18.

[2]陳峰，牛海明，邱忠昌.EDPF-NT+分散控制系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)與組態(tài)[M].北京：中國(guó)電力出版社，2013：5-7.

[3]楊素珍，黃煥袍，張敏，等.基于Modbus協(xié)議的通訊在國(guó)產(chǎn)分散控制系統(tǒng)上的應(yīng)用[J].電力建設(shè)，2012，33（6）：81-83.

[4]北京國(guó)電智深控制技術(shù)有限公司企業(yè)標(biāo)準(zhǔn).EDPF-NT+系統(tǒng)第三方通訊標(biāo)準(zhǔn)[S].2011-6-30.

[5] 北京國(guó)電智深控制技術(shù)有限公司.EDPF-NT+PB卡使用手冊(cè)[S]，2012.

[6]陳峰，牛海明，邱忠昌.EDPF-NT+分散控制系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)與組態(tài)[M].北京：中國(guó)電力出版社，2013.