高度集中的輔控網在國華寧海電廠的實現

專家:吳永存 領域:運動控制 行業:電力 日期:11-03-04 13:37 點擊數:2053



吳永存(1965—)
男、碩士,高級工程師,畢業于浙江大學生產過程自動化專業,從事電廠熱工自動化系統的檢修運行維護及管理工作,現為浙江國華浙能發電有限公司工程部主任工程師。
(浙江國華浙能發電有限公司,浙江  寧海  315612) 吳永存

1 概述

    國華寧海電廠一期工程(4×600MW)燃煤機組輔助車間控制系統(BOP)覆蓋了水、煤、灰等共13個輔助車間子系統的監控,下設水、煤、灰三個監控點,集中監控點設在四機一控室里,打破了傳統的全廠輔助車間運行管理模式,自2006年11月正式移交生產運行以來,控制系統運行情況良好,新的管理模式帶來了明顯安全經濟效益,提升了全廠運行管理水平。

2 輔控網集成方案

    輔助車間控制系統簡稱輔控網,又稱BOP 即Balance  Of  Plant的縮寫,它是利用先進的計算機技術、通信技術和網絡技術,將相互獨立的各個外圍輔助系統集成控制,實現外圍控制系統少人值班或無人值班,提高外圍設備控制水平,從而大幅度地提高了勞動生產率,并達到減員增效的目的。

    2000年燃煤示范電站及新版火電廠設計規范中規定,“相鄰的輔助生產車間或性質相近的輔助工藝系統宜合并控制系統及控制點,輔助車間控制點不宜超過三個(輸煤、除灰、化水) ,其余車間均按無人值班設計。”在此大的形勢影響下,已相繼有多個工程輔助車間按煤、灰、水三個輔助車間控制點設計,并在此方面積累了不少經驗。但隨著發電廠對減員增效的要求和運行人員整體素質的提高,特別是網絡技術的飛速發展,把“水”、“灰”、“煤”三個輔控點再進行集中,構成整個電廠的集中輔控網在國內尚屬首次。

    2.1 網絡構成(如圖1所示)



圖1  網絡控制系統配置圖

    2.1.1控制層

    控制層為PLC控制網絡,控制網絡是一種高速確定性的網絡,用于對時間有苛刻要求的應用場合的信息傳輸,它為對等通訊提高了實時的控制和報文傳送服務。它具備一個獨有的預定連接,允許用戶以預定速率重復的發送和接收數據,這就是請求信息包間隔(RPI),就是說通過設定可以重復的以指定的間隔時間從I/O??檣轄郵帳?必須使用RSNetWorx去激活所有的預定連接)。

    2.1.2網絡層

    網絡層為工業以太網, 工業以太網是一種帶有沖突檢測的多點數據通訊方法(CSMA/CD),使用國際標準的TCP/IP協議。寧海電廠4×600MW機組BOP系統采用冗余工業以太網來完成中央控制站和現場控制站之間的數據傳遞,在四機一控室布置有兩臺赫斯曼MICE3124中心交換機,網絡的物理拓撲結構為冗余星型以太網,當網絡中某一段光纜線路出現故障時,網絡能夠自動重新配置并繼續通訊,其重構時間小于500ms,同時在此過程中不會造成數據的丟失或數據的變化。與就地控制子系統分支交換機通過光纖連接,與本地工程師站、操作員站以及服務器通過雙絞線連接,利用工業以太網,可以充分的利用系統資源,數據的傳送可以暢通無阻,并可以方便地進行連接和擴充 。全廠輔助車間網絡控制系統配置如圖1所示。

    2.1.3管理層為SIS系統

    SIS(Supervisory Information System)系統通過光纖接入輔控以太網,通過OPC方式從輔控網取數據:OPC是通過FSGateway抓取InSQL實時數據,再由任意OPC客戶端軟件通過OPC抓取FSGatway的數據。這樣通過SIS系統實現了全廠輔助生產系統在IT的實時顯示。

    2.2 硬件配置

    在四機一控集控室里有三臺服務器、一臺工程師站、五臺操作員站以及大屏操作員站;三臺服務器中有二臺作為實時數據服務器,在這兩臺服務器中均安裝有IDAS軟件,它們作為下位機PLC與上位機工程師站、操作員站、大屏操作員站以及歷史數據服務器之間的數據通道,互相冗余備用;另一臺作為歷史數據服務器,安裝有InSQL工業數據庫系統,廠級監控信息系統(SIS)通過該服務器讀取輔網所有系統的有用數據,它通過IDAS來讀取PLC數據,同時歷史數據服務器作為輔網的時鐘服務器,接收來自GPS時鐘源的時鐘信號,使輔網的所有計算機的時鐘均能同步。工程師站安裝有InTouch開發版、PLC編程軟件以及網管軟件,可以通過工程師站進行系統畫面編輯,PLC編程以及網絡的管理;在操作員站及大屏計算機中安裝有InTouch運行版,可以通過他們監控全廠所有輔控子系統。
整個系統配置兩臺工業級進口光纖主交換機,設備布置在主控室邊上的工程師站小間,在各輔助車間配置冗余的工業級分支交換機。所有交換機的接口有20%裕量。分支交換機布置于各PLC系統的本地機柜內,并由各PLC系統負責供電。主交換機端口數量為: RJ45 口16個,ST光纖口12個,與外圍端口的聯接全部用冗余超五類線和多模光纖聯接,具體分配如下:PLC到分支交換機采用雙絞線;分支交換機到主交換機采用光纖;服務器,操作員站(工程師站)到主交換機采用雙絞線;BOP系統再通過交換機接入全廠MIS系統。

    每個操作站都配有冗余的10M/100M EtherNet網卡,通過交換機分別與冗余的EtherNet通訊總線相連,因此每個CRT操作站都是冗余通訊總線上的一個站。BOP網操作員站和各系統監控站采取互鎖措施,確保只能接受一處操作員站發出的操作指令。操作員站運行監視具有數據采集、液晶顯示器畫面顯示、參數處理、越限報警、制表打印以及各系統PLC參數設置、設備監控、控制邏輯的修改、系統的調試等功能。對控制系統的組態不影響系統的正常運行。

    整個BOP系統均采用羅克韋爾自動化公司的ControlLogix 1756系列產品,PLC控制系統采用雙機熱備模式,底層網絡通過ControlNet 網通訊??櫚娜哂喙δ蓯迪滯繽ㄐ湃缺?,下位機之間數據通訊交換速度最快為5Mbps,上位機與主站之間采用以太網通訊??樗贛昧?,通訊速度能達到100Mbps。熱備冗余??櫓洳捎霉庀送ㄑ?,且每個機柜內不同類型的I/O??槎劑粲斜贛玫?,每個柜內的??椴奐芏加心?櫚睦┱菇涌?。

    2.3 軟件配置

    軟件部分主要由監控軟件、編程軟件以及實時關系型數據庫組成,它們分別實現全廠輔助車間網絡上位機的監控、各車間PLC邏輯控制功能以及系統內部、外部的數據接口。監控軟件和數據庫軟件采用InTouch9.0、Industrial SQL Server(25000 tag)。監控軟件基于簡體中文版WINDOWS 2000 Professional sp3中文版環境下運行,使系統既有較好的運行實時性,又有良好的開放性。所有設備的代號和測點編號采用KKS編碼。編程軟件選用RS-LOGIX-5000,使所有輔機PLC控制系統可離線又可在線進行組態。另外,還選用Wonderware公司的FactorySuite A2工廠套件軟件,用于歷史數據處理和配置事件,以便對系統進行診斷和分析。

    2.4 電源配置

    配有2路交流220V±10%,50Hz±1Hz的電源至輔助車間電源柜,2路電源通過電路設計自動切換。切換后的電源送至兩臺主交換機、UPS和打印機、2#-6#操作員站、大屏幕。UPS回路包括整流器、48V電池組和并聯逆變電源系統,實際上實現了三路冗余:市電、電池組、整流器輸出。逆變系統是將48V直流電壓通過高頻功率變換產生高品質的交流電,再通過交流電供給負載。一旦逆變系統出現過載或故障時,通過靜態旁路可以不間斷的將負載切換到旁路去走市電,一旦恢復正?;箍梢圓患潿系那謝換嗇姹湎低?。

3 輔控網子系統

    寧海電廠一期工程(4×600MW)輔助車間控制系統(BOP)覆蓋了水、煤、灰等共13個輔助車間子系統的監控,各子系統I/O點合計11150點,輔控網各子系統I/O點統計見表1,各子系統與四機一控室的網絡布線距離合計7100點,見表2。輔控網子系統各子系統包括:鍋爐補給水及水務管理系統(包括凈化站、化學水處理、工業廢水、工業水、生活水、消防水等)、輸煤系統(燃料)、凝結水精處理系統(包括鍋爐取樣、加藥系統)、飛灰系統、飛灰分選系統、灰庫區渣水系統、渣水及煤水處理系統、循環水加藥系統、制氫系統等。

表1   輔控網各子系統I/O點統計表
                               

  序號    子系統名稱  I/O 點
 
    1   化水及水務管理系統(凈化站、化學水   處理、工業廢水、消防水等) 2050
 
    2  輸煤程控系統  1500
    3  #1、#2機組凝結水精處理系統 1050
 
    4  #3、#4機組凝結水精處理系統 1050
 
    5  #1、#2飛灰控制系統  1500
 
    6   #3、#4飛灰控制系統 1500
 
    7  灰庫區渣水控制系統  800
    8  制氫站控制系統  500
    9  循環水加藥控制系統  200
    10 其它控制系統(飛灰分選控制系統、灰庫  區渣水系統、渣水及煤水處理系統) 1000
 
  合計    11150


表2   各子系統與四機一控室的網絡布線距離
                                 

 序號  起    點    終       點  距離(m) 
 1  四機一控集控室  化水及水務管理控制室  1000
 2  四機一控集控室  輸煤程控控制室  1000
 3  四機一控集控室  #1#2機組凝結水處理控制室  500
 4  四機一控集控室  #3#4機組凝結水處理控制室  400
 5  四機一控集控室  #1#2飛灰控制系統控制室  600
 6  四機一控集控室  #3#4飛灰控制系統控制室  600
 7  四機一控集控室  灰庫區渣水系統控制室  1200
 8  四機一控集控室  制氫站控制室  1300
 9  四機一控集控室  循環水加藥系統PLC  500
 合計      7100


    由于整個一期工程緊迫,在水、煤、灰設置三個監控點外,為在系統調試和啟動初期方便運行操作,在各電子設備間還設立了渣水煤水控制系統和飛灰分選系統、凝結水精處理控制系統、制氫站控制系統、循環水加藥控制系統四個輔助監控點。

4 網絡中出現的主要問題及解決辦法

    輔控網系統調試、運行過程中,曾出現實時數據刷新慢的問題,經仔細分析查找,我們發現FSGateway的Server端與Client端的通信方式為DCOM,數據刷新慢的原因正是DCOM的通信速率低引起的,如果分別裝在兩臺機器上,網絡的速度將會得到改善。

    據上分析,我們將FSGateway的Server端與Client端,都移至SIS接口機上;同時為了合理安排系統資源,還將幾個較大的系統如鍋爐補給水及水務管理系統、輸煤程控的PLC參數作了適當的優化調整,經此調整后,網絡得到了明顯改觀,各系統的實時性得到保證,至目前為止系統一直穩定運行。

5 結束語

    國華寧海電廠一期工程(4×600MW)輔助車間實現監控網絡化和集中控制,提高了輔助車間運行與管理水平,為減少運行和維護人員創造了條件,同時提高了電廠運行的安全性和經濟性。據了解一期輔助車間達到的自動控制水平,不僅在國內而且國際上均處于非常先進的水平,主要表現為: 

    (1)提升了全廠運行管理水平
 
    ● 值長在控制室可以方便地了解和協調處理機組和全廠輔助車間的運行。
 
    ● 提升全廠輔助車間主輔值班人員的地位和責任,輔助系統受到應有重視。
 
    ● 在全廠IT系統上,能很好地監視、了解全廠輔助車間的運行狀況,為全面提升電廠綜合自動化打下良好的基礎。

    (2)節約運行管理費用

    可以為全廠輔控(不包括輸煤系統)僅設主值班員1人、副值班員2人,及相應的巡檢操作員和備員,可以比常規減員30%,為節約大量的勞動力成本創造了條件。另外,由于整個輔控網系統的硬件和軟件的統一,減少了庫存備品備件及日常管理維護費用。

    (3)減少基建費用

    由于取消了很多就地控制室,減少了建造和裝修費,減少就地辦公設施及操作員站的配置,從而降低了基建費用。



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