火電廠輔助車間控制系統設計

李 德

哈爾濱電站設備成套設計研究所有限公司，黑龍江 哈爾濱 150046

0 引言

如今的火電機組通常采用的是分散式集中型控制系統（DCS）技術，使得系統中的各個設備可以進行一體化的控制，在值班模式下基本實現了工作人員對整個系統的運行信息進行監控。分散式集中控制技術保障了發電機組主機系統的安全經濟運行。但是，相反的，輔助車間監控能力與其相比，監控能力則大大折扣，智能化自動化水平低。現在電廠在減員的同時又能提高發電效率的大環境之下，完成在輔助車間不安置或只安置較少的值班人員，又能提高安全性和效率，所以對輔助車間進行監控網絡化和集中控制意義重大。目前在國內，一些電廠已經實現了按水、煤、灰工藝過程劃分的車間級控制。

1 火電廠輔助車間控制系統的設計原則

大型火電廠輔助車間約包括40多個系統工藝設備，且這些系統工藝設備分布位置相對分散，在系統運行時，這些系統都是獨立運行互不干擾，但同時又要求這些系統與主系統的管理和運行要步調相同，互相協調運行。

輔助車間工藝流程復雜，在設計時首先要考慮到輔助車間的復雜性，然后要制定好在運行時系統的可靠實時性策略，最后設計好的輔助車間控制系統要完全服從于主線控制系統，以此來實現輔助車間的車間級控制，例如:按水、煤、灰劃分的車間級控制。設計思路確定后，要把火電廠輔助車間集中為1個控制點，這樣不僅可以滿足只需少量工作人員便可監控，而且可以減少能源損耗、提高發電效率，達到輔助車間智能自動化控制目的。在地理分布上，輔助車間系統相對距離較遠，且設備類型繁多復雜，容易出現機械轉動故障、傳感器信號傳輸故障等現象，有一些如煤、灰、水樣分析等分析項目只能通過人工去操作，不能進行在線監控。考慮到輔助車間運行的安全性，在建立控制系統時，要在問題頻發處建立系統冗余，當一條控制線路或傳感器出現故障，則迅速切換至備用控制線路系統。備用的線路系統具有和主運行監控系統功能類似，一般不會啟用。

2 電廠輔助車間控制系統的需達到的自動化水準

電廠輔助車間控制系統要達到多級監控，，如圖1所示，如管理級、車間級、現場級，為了電廠輔助車間系統的安全性能和預防操作混亂，該系統需要設立用戶權限系統，方便相應的人員操作，對于不同級別權限的工作人員，高優先級操作監控時，低優先級暫時鎖閉。管理級可集中監控整個系統的運行信息，達到少人高效的要求，即實現了輔助車間級集中監控，實現了監視系統網絡化。現場級工程師的權限只能作出相應系統設備的監控和重要參數設置。

圖1 電廠輔助車間控制系統構架

3 火電廠輔助車間控制系統設計

分散的控制系統由核心控制器PLC加上相應的上位PC機監控，這種控制系統的設計方案在相當一段時間應用在電廠輔助車間控制系統的設計中，可見其重要地位。此控制系統設計方案能夠滿足電廠輔助車間的設備分散的特點，且能夠將各種控制器連接起來構成監控網絡，這些分散的監控對象主要包括輸煤信息、除渣除灰、化學水、燃油泵房、循環水、廢水、凝結水等，如圖1所示，處理這些對象的相關設備都配有監控器，以便于相關工作人員控制和監測運行信息。電廠輔助車間的大部分系統并不是持續運行的，而是間歇性的。整個輔助控制系統的控制核心為各個開關量的控制。

PLC和上位PC機的結合能夠充分發揮電廠輔助車間集中控制車間工藝系統中的良好控制性能的優點，而且可以適時的減少控制點，提高自動化程度，減少投資，降低運行成本，帶來巨大效益。PLC加上位PC機的電廠輔助車間實現控制集中化，首先必須將各個獨立的現場設備系統網絡融合到一起，形成車間級控制網絡，然后將各個車間級控制網絡集合到一起便整合成一個集中控制的管理級網絡。通常有2中組網模型來構建車間級監控網絡:

1）用專用的通信媒介實現PLC與PLC主站之間的網絡通訊，并實現PLC與上位PC機的通訊:在車間級控制網絡中，當核心控制器PLC型號一樣的時候，采用可靠成熟且有硬件和軟件支持的PLC專用通訊網絡組網，這種網絡具有實時有效的信息傳遞的優點；當核心控制器PLC型號不一樣的時候，則會使得組網的過程變得復雜。這種網絡架構可以完成車間級控制網絡和整個管理級網絡的功能，現場級的通訊媒介組成的通信網絡通過路由連接上層控制網絡，這兩種通訊網絡是隔離開的，在運行的過程中不會發生信息干擾和，保障了整個通訊網絡的安全性能；2）用統一的網絡形式實現系統通信，例如以太網:操作員站、工程師站以及企業級站使用的監控系統都為高性能且運行可靠的計算機，所以實現計算機與計算機之間通訊的媒介主要是以太網，以太網是目前建立計算機網絡常選用的通訊媒介。現場級的各個控制設備系統核心PLC和PLC之間也采用以太網連接，這種連接的優點是具有標準化的網絡，即使是類型不同的PLC也能使之互相聯網且通訊實時性高傳輸速率快，同時用這種方案連接網絡時，具有通用的軟件和硬件支持。以太網的最新發展中采用了全雙工通訊，交換技術，VlAN技術IGMP技術，端口優先級技術等網絡技術，使其具有超高實時性的可靠性的計算機網絡。為保證網絡的實時性和可靠性， 輔助車間控制系統采用聯網的工業以太網保證了整個系統的可靠性和實時性，系統采用了C/S和B/S兩種架構，根據電廠情況合理分配好兩種網絡架構，如操作員總控制站和工程師站要采用C/S架構的客戶端，而作為像管理級的決策者只需要通過WEB瀏覽器了解工況信息的則采用B/S架構的客戶端。操作站PC機上安裝的組態軟件要采用與所有PLC和網絡設備兼容性好、安全且支持冗余，同時可以記錄電廠運行數據建立實時數據庫和歷史數據庫，如 iFix，WinCC 等。

4 結論

火電廠輔助車間控制系統革新了自動化系統的設計風格，通過清晰明朗的界面合理操作，嚴格控制了企業實施這一系統的運營成本和資源投入。Web網絡的應用，使組態軟件實現了范圍內的實時在線監控，成為了企業決策者和生產過程的紐帶，擴展了系統功能，優化了系統結構。不僅如此，在國內電站電廠輔助控制系統相對落后的背景下，火電廠輔助車間控制系統的建設為改造傳統電廠輔助控制系統提供了新方案，從成本效益來看，若將該系統實施在傳統生產系統的改造計劃中，系統正常運轉所帶來的經濟效益明顯彌補了改造及維護期間投入成本，可以預見該系統應用前景樂觀，適于推廣。

[1]王革新.組建發電廠高可用性輔控網絡的關鍵技術初探[J].自動化博覽，2006(2):76-78.

[2]孫瑜，張金祥，劉明佳，等.國產DCS在600MW超臨界機組輔助車間控制一體化中的應用[J].中國電力，2008，41(8):76-79.

[3]顏渝坪，崔逸群，王春利.火電廠現場總線控制系統的成功應用[J].中國電力，2007，40(3):56-60.

[4]呂玲，夏明.火電廠輔助車間集中控制方案研究[J].中國電力，2009，42(8):36-40.

[5]王芝娟.蒲石河電站計算機監控系統方案比較[J].東北水利水電，1996(1):35-40.

[6]李壯揚，林廣銀.沙角C電廠輔助控制網絡系統一體化改造[J].廣東電力，2008，21(3):64-67.