DCS輔網(wǎng)一體化在華潤(rùn)盤錦熱電廠中的應(yīng)用

摘 要：該文將傳統(tǒng)輔助控制系統(tǒng)與輔網(wǎng)DCS系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)比，介紹了輔網(wǎng)DCS一體化的優(yōu)勢(shì)。通過(guò)列舉輔網(wǎng)一體化DCS在盤錦熱電廠應(yīng)用的實(shí)際案例，介紹了DCS在該廠的配置、網(wǎng)絡(luò)連接、第三方通信、GPS校時(shí)等設(shè)計(jì)情況。通過(guò)改進(jìn)輔網(wǎng)一體化形式，提升了運(yùn)行人員的技術(shù)水平，電廠也因此受益，提高了經(jīng)濟(jì)效益。

關(guān)鍵詞：輔網(wǎng)一體化；DCS；網(wǎng)絡(luò)；節(jié)能增效

中圖分類號(hào)：TM62 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 前言

華潤(rùn)電力（盤錦）項(xiàng)目1期裝機(jī)容量2×350 MW，機(jī)組輔助車間控制系統(tǒng)覆蓋化學(xué)水及水處理、空壓機(jī)、除灰、暖通、脫硫、輸煤等系統(tǒng)。輔網(wǎng)集中控制設(shè)立在單元主控室，打破了傳統(tǒng)的全廠輔助車間分散式運(yùn)行管理模式。自投產(chǎn)以來(lái)，控制系統(tǒng)運(yùn)行良好，新的設(shè)計(jì)理念和管理模式明顯提高了運(yùn)行人員的技術(shù)水平及安全經(jīng)濟(jì)效益。

1 集中輔網(wǎng)與傳統(tǒng)輔控區(qū)別

火力發(fā)電廠的輔控外圍設(shè)備，在傳統(tǒng)的控制方式上是將各個(gè)子系統(tǒng)獨(dú)立開(kāi)來(lái)，通過(guò)在生產(chǎn)系統(tǒng)附近設(shè)立單獨(dú)的控制室進(jìn)行控制，完成整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程。每個(gè)系統(tǒng)相互獨(dú)立，多數(shù)控制系統(tǒng)按照PLC+“上位機(jī)”模式設(shè)計(jì)，需要較多運(yùn)行人員參與控制。傳統(tǒng)方式輔控網(wǎng)絡(luò)關(guān)系如圖1所示。

輔助車間集中控制網(wǎng)（簡(jiǎn)稱“輔網(wǎng)”，BOP）是利用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)、通信和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，將相互獨(dú)立的各輔助外圍系統(tǒng)連接在一起，實(shí)現(xiàn)集中控制。隨著火力發(fā)電廠生產(chǎn)模式的改變，降低發(fā)電成本、環(huán)保排放達(dá)標(biāo)、減少運(yùn)行人員數(shù)量、提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和經(jīng)濟(jì)效益，輔網(wǎng)集中控制必然成為輔助外圍設(shè)備控制的發(fā)展趨勢(shì)。通過(guò)以太網(wǎng)技術(shù)，將分散在現(xiàn)場(chǎng)各個(gè)部分的子系統(tǒng)通過(guò)DCS硬件完成數(shù)據(jù)采集及控制，利用統(tǒng)一的上位機(jī)操作軟件，實(shí)現(xiàn)“輔網(wǎng)”控制。如圖2所示。

一體化輔網(wǎng)控制系統(tǒng)克服了原有系統(tǒng)獨(dú)立且分散的缺點(diǎn)，加速了系統(tǒng)的運(yùn)行效率，合理、有效地進(jìn)行輔網(wǎng)系統(tǒng)軟、硬件設(shè)計(jì)，統(tǒng)一監(jiān)控界面、統(tǒng)一風(fēng)格、統(tǒng)一操作方式，方便、靈活地進(jìn)行切換和調(diào)用，完成各輔網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)真正的遠(yuǎn)程控制。

與傳統(tǒng)的分散式輔控系統(tǒng)相比，輔網(wǎng)的優(yōu)點(diǎn)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

（1）由于輔助車間系統(tǒng)采用DCS一體化系統(tǒng)，借助搭建的高速以太網(wǎng)絡(luò)，真正實(shí)現(xiàn)了輔助車間集中監(jiān)視及控制，整合資源。將分布在現(xiàn)場(chǎng)的各生產(chǎn)車間內(nèi)操作員整合在輔控車間內(nèi)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)車間無(wú)人值守。

（2）輔助車間控制系統(tǒng)一體化，DCS系統(tǒng)為同一系列品牌，DCS設(shè)備集成度提高，備件同一化，可達(dá)到減少庫(kù)存儲(chǔ)備、降低人工維護(hù)費(fèi)用及生產(chǎn)成本的目的。

（3）輔助系統(tǒng)生產(chǎn)設(shè)備的多種通信傳輸方式，可通過(guò)DCS兼容的接口協(xié)議，統(tǒng)一實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸和采集。

（4）輔網(wǎng)控制系統(tǒng)的一體化，在優(yōu)化了生產(chǎn)流程的同時(shí)，也對(duì)運(yùn)行人員提出較高要求，必須要熟悉生產(chǎn)工藝和工藝流程，提高人員的技能水平和綜合素質(zhì)。

2 集中式輔網(wǎng)系統(tǒng)介紹

2.1 和利時(shí)輔網(wǎng)在國(guó)內(nèi)機(jī)組配置簡(jiǎn)介

華潤(rùn)電力（盤錦）項(xiàng)目裝機(jī)容量為2×350 MW，輔助控制系統(tǒng)選用和利時(shí)公司生產(chǎn)的HollySys MACS 6系統(tǒng)，編程軟件為和利時(shí)自主研發(fā)的Auto Think，硬件選用SM系列，配合操作軟件MACS 6.5.1，完成整套機(jī)組輔網(wǎng)的集中監(jiān)控。輔網(wǎng)系統(tǒng)按照生產(chǎn)設(shè)計(jì)了28個(gè)現(xiàn)場(chǎng)控制站，分為脫硫、化水、輸煤、除灰4個(gè)系統(tǒng)，完成整個(gè)一期工程輔控網(wǎng)集中控制。

2.2 輔網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)設(shè)計(jì)概況

集中輔控網(wǎng)絡(luò)作為DCS系統(tǒng)傳輸?shù)纳窠?jīng)線，必須秉承安全、可靠的原則設(shè)計(jì)。盤錦項(xiàng)目整個(gè)輔網(wǎng)系統(tǒng)的控制站按照生產(chǎn)系統(tǒng)的劃分，布置在各個(gè)生產(chǎn)車間附近單獨(dú)的電子間內(nèi)，各遠(yuǎn)程控制站之間的通信采用冗余雙路單模光纖進(jìn)行通信，再經(jīng)光電轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換信號(hào)后，接入設(shè)置在主廠房的交換機(jī)，完成數(shù)據(jù)的傳輸及控制。

輸煤系統(tǒng)的生產(chǎn)車間分散性較大，擴(kuò)展柜多，設(shè)備重要性較高，在設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)時(shí)，為避免網(wǎng)絡(luò)單個(gè)節(jié)點(diǎn)故障影響下游擴(kuò)展柜故障，擴(kuò)大故障范圍，輸煤系統(tǒng)的遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)采用了“并聯(lián)”方式接入主控制柜網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，各個(gè)遠(yuǎn)程控制站冗余網(wǎng)絡(luò)通過(guò)DP-Hub接入，避免網(wǎng)絡(luò)“串聯(lián)”連接方式的上游節(jié)點(diǎn)故障影響下游網(wǎng)絡(luò)帶來(lái)的隱患。

每個(gè)控制站網(wǎng)絡(luò)設(shè)置為128A、129A、128B、129B四段網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)互為冗余，可實(shí)現(xiàn)無(wú)擾切換。工程師站、歷史站、操作員站作為上層網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)節(jié)點(diǎn)，通過(guò)設(shè)置的冗余的網(wǎng)絡(luò)128、129接入DCS以太網(wǎng)。

2.3 MACS 6.5.1網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)與以往版本區(qū)別

和利時(shí)DCS研發(fā)的上一代操作系統(tǒng)MACS 6.1.5與現(xiàn)今使用的MACS 6.5.1有較大差異。MACS 6.1.5采用星形網(wǎng)絡(luò)，所有上層網(wǎng)絡(luò)與下層網(wǎng)絡(luò)通過(guò)互為冗余的I/O服務(wù)器進(jìn)行交互，所有的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)I/O服務(wù)器處理后，信息傳遞到下層網(wǎng)絡(luò)，同樣，下層網(wǎng)絡(luò)采集的數(shù)據(jù)也是經(jīng)過(guò)I/O服務(wù)器處理后傳輸?shù)缴蠈泳W(wǎng)絡(luò)。上層網(wǎng)絡(luò)需要多增加130、131網(wǎng)段，加之服務(wù)器、交換機(jī)等設(shè)施。增加了成本。

新版本MACS 6.5.1的控制系統(tǒng)取消了I/O服務(wù)器。輔網(wǎng)新系統(tǒng)的工程師站、操作員站等上層網(wǎng)絡(luò)，不再通過(guò)I/O服務(wù)器完成上層網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)與下層網(wǎng)的連接，取而代之的是冗余的高速總線型網(wǎng)絡(luò)。總線型網(wǎng)絡(luò)不僅節(jié)約了I/O服務(wù)器節(jié)點(diǎn)，減少了數(shù)據(jù)傳輸周期，提升了網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)處理能力，降低了負(fù)荷率，消除了服務(wù)器出現(xiàn)故障帶來(lái)地對(duì)下層網(wǎng)絡(luò)的影響，使數(shù)據(jù)傳輸更可靠、更快速。

2.4 輔網(wǎng)GPS校時(shí)原理

GPS系統(tǒng)校時(shí)分為單域的系統(tǒng)校時(shí)和多域的系統(tǒng)校時(shí)，盤錦項(xiàng)目輔網(wǎng)DCS整個(gè)輔網(wǎng)都劃分在一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中，校時(shí)系統(tǒng)為單域校時(shí)，校時(shí)信號(hào)設(shè)計(jì)比較簡(jiǎn)單。

輔網(wǎng)校時(shí)信號(hào)取自電氣系統(tǒng)GPS系統(tǒng)，通過(guò)485電纜接入和利時(shí)ATS3200校時(shí)機(jī)箱，再由RJ45網(wǎng)線送至2臺(tái)歷史站的網(wǎng)口，所有上位機(jī)都接收歷史站校時(shí)信號(hào)。

2.5 輔網(wǎng)系統(tǒng)與外部控制系統(tǒng)連接方式

該系統(tǒng)與外部設(shè)備系統(tǒng)通信時(shí)有多種通信協(xié)議可選，盤錦熱電廠SIS系統(tǒng)采用OPC協(xié)議，與濕式除塵器系統(tǒng)選用485通信方式。輔網(wǎng)系統(tǒng)整體分為一個(gè)域，上位機(jī)需安裝和利時(shí)的HOLLiAS Comm通信軟件，對(duì)應(yīng)啟動(dòng)一套就可實(shí)現(xiàn)通信及數(shù)據(jù)的采集，上位機(jī)也可以安裝操作員在線軟件，同時(shí)運(yùn)行以上2種軟件不發(fā)生沖突，可兼做操作員站使用。

2.6 輔網(wǎng)系統(tǒng)接地方式

DCS系統(tǒng)的接地主要分為2種：保護(hù)接地和屏蔽接地。保護(hù)接地是保護(hù)人身安全和設(shè)備安全的接地，盤錦項(xiàng)目輔網(wǎng)的保護(hù)接地方式是將操作員站、工程師站及現(xiàn)場(chǎng)控制站的保護(hù)接地點(diǎn)串聯(lián)后，接入DCS系統(tǒng)專用的公用的接地銅排，再由一根總線接入“大地”。通常這些銅排設(shè)置在電子間下層的電纜夾層接地柜中。屏蔽地的主要作用是抑制外界電池干擾，同時(shí)也防止設(shè)備產(chǎn)生的磁場(chǎng)影響其他設(shè)備設(shè)置的一種接地，屏蔽地的接地方式將各控制站的接地點(diǎn)，并聯(lián)接入接地銅排。設(shè)置在遠(yuǎn)程的擴(kuò)展柜，機(jī)柜的保護(hù)地和屏蔽地分別接入附近沒(méi)有大功率電機(jī)工作的電氣系統(tǒng)接地柜中。

3 結(jié)語(yǔ)

DCS輔網(wǎng)一體化的出現(xiàn)，改變了以往各子系統(tǒng)PLC的傳統(tǒng)配置，將各分散的生產(chǎn)車間的通過(guò)可靠的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進(jìn)行連接，將控制部分集中在一個(gè)控制室中，完成各生產(chǎn)系統(tǒng)的控制。盤錦熱電廠一體化的設(shè)計(jì)，提高了輔助系統(tǒng)的可靠性，以便其能適應(yīng)高度自動(dòng)化的控制功能。同時(shí)，使運(yùn)行人員必須熟悉各種輔助車間生產(chǎn)流程和生產(chǎn)工序，提高生產(chǎn)技能及運(yùn)行水平，就地控制室實(shí)現(xiàn)“無(wú)人值守”目標(biāo)，達(dá)到減員增效的目的。

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