順序控制在現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的工程實踐

楊功華，武永泉

(1.中機國能電力工程有限公司，上海 200061;2.江蘇省電力公司南京供電公司，南京 210013)

目前，國際上已出現(xiàn)多種現(xiàn)場總線，并有著各自不同的應用場合[1，2]。對此，本文以某電廠47 t/h的供熱鍋爐為例，著重介紹該廠現(xiàn)場總線遠程IO順序控制的工程設計及實現(xiàn)。

1 系統(tǒng)設計的基本思路

根據(jù)集中供熱系統(tǒng)的組成及特點，控制方案應充分發(fā)揮現(xiàn)場總線功能自治、危險分散、可靠性高的優(yōu)點[3，4]。順序控制系統(tǒng)設計的基本思路如下:

1)電氣系統(tǒng)和控制策略的設計能確保現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)在失電時保持在原有的運行狀態(tài)。

2)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡包含兩層:現(xiàn)場級和監(jiān)控級。現(xiàn)場級數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡速率為31.25 kbps;監(jiān)控級數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡采用10 Mbps以太網(wǎng)。

2 System302現(xiàn)場總線

該廠采用SMAR公司System302現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)，從整體上可以分為兩個部分:模擬量控制子系統(tǒng)、開關量控制系統(tǒng)。現(xiàn)場總線遠程IO采用的設備是DC302。利用DC302實現(xiàn)開關量控制邏輯的執(zhí)行。

System302硬件部分主要包括智能現(xiàn)場儀表、現(xiàn)場總線通用網(wǎng)關、總線電源PS302和總線終端器BT302，用于連接上位監(jiān)控系統(tǒng)以太網(wǎng)和現(xiàn)場總線的網(wǎng)關模件DFI302等。用于模擬信號控制的現(xiàn)場總線儀表包括:FI302(4～20 mA電流、總線轉換器)、IF302(總線4～20 mA轉換器)、LD302(差壓和壓力變送器)、TT302(溫度變送器)、此外還有FP302(總線氣動信號轉換器)和FP302(總線閥門定位器)、PT302(壓力變送器)等。本項目使用了用于離散量控制的現(xiàn)場設備DC302。

System302系統(tǒng)的軟件部分主要包括上位組態(tài)軟件Syscon、上位軟件與硬件通信接口PCI OLE Server等。

3 控制系統(tǒng)結構設計

3.1 系統(tǒng)硬件結構

整個系統(tǒng)設計了AI點22個，AO點4個，DI點10個，DO點19個。現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)如圖1所示。

圖1 現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)結構圖

該系統(tǒng)包含三條冗余的現(xiàn)場總線，每一條分別由不同的網(wǎng)橋引出，任何一條現(xiàn)場總線或一個網(wǎng)橋發(fā)生故障均不會影響系統(tǒng)正常運行。使用三個DC302控制電動門及電機。由于這些存在著一定聯(lián)鎖關系，因此將它們放在同一條總線上。即可以增加設備的響應速率又可以減少總線的通信量。

控制系統(tǒng)采用System302系統(tǒng)和20個現(xiàn)場總線智能儀表組成，包含 LD302、TT302、FI302、IF302和DC302。設有兩臺操作員站，每一臺操作員站的人機界面軟件均設有全局數(shù)據(jù)庫，可以互為備份。設置工程師站一臺，該站可同時作為管理級優(yōu)化計算站。

為保證系統(tǒng)的高效可靠性，充分考慮了硬件上的冗余設置。現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)中的現(xiàn)場級通信網(wǎng)絡和系統(tǒng)級通信網(wǎng)絡、網(wǎng)關設備、電源設備、操作員站均設有冗余，任何單點控制故障均不影響系統(tǒng)的正常運行。

3.2 系統(tǒng)軟件結構

監(jiān)控程序設計和運行的軟件平臺使用力控人機界面軟件，現(xiàn)場儀表控制策略組態(tài)軟件選用Syscon。監(jiān)控計算機安裝接口軟件OPC Server，用于實現(xiàn)上位監(jiān)控程序的通信和連接。

通過現(xiàn)場總線通信技術和OPC技術，在中央控制室實現(xiàn)了控制系統(tǒng)的故障診斷和現(xiàn)場設備的故障診斷及在線管理。

4 順序控制系統(tǒng)的設計

鍋爐系統(tǒng)配有送風機、引風機等轉動機械，有比較復雜的啟停連鎖和順序控制功能。在現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)中，很難實現(xiàn)開關量的控制功能采用SMAR公司的DC302來實現(xiàn)。但通過DC302包含的柔性功能塊(FFB)卻能實現(xiàn)鍋爐輔機的控制和保護策略。

以引風機控制邏輯為例介紹順序控制系統(tǒng)的實現(xiàn)方法。

4.1 引風機控制邏輯

引風機控制的部分SAMA圖如圖2所示。

圖2 引風機控制的SAMA圖

在組態(tài)中，引風機控制邏輯主要通過FFB實現(xiàn)。DC302模塊有8個硬輸出，16個硬輸入，使用符號O1-O8，I01-I08表示。柔性功能塊有8個軟輸入端，8個軟輸出端，使用符號IN1-IN8，OUT1-OUT8表示。各測點及對應關系如下:

引風機上電:O1——硬輸出

停引風機:O2——IN2

啟引風機:O3——IN3

引風機復位:O4——IN4

引風機已啟動:I01——硬輸入

引風機已停止:!I01——硬輸入

聯(lián)鎖投入:——IN5

報警輸入:——IN1

FFB中設置引風機控制邏輯的部分腳本及說明如下:

其中，A01等表示輔助變量，TP表示脈沖函數(shù)，TON表示延遲函數(shù)，RS表示RS觸發(fā)器。

4.2 功能塊參數(shù)配置

由于基金會現(xiàn)場總線的控制策略分散在各個總線設備里[5]，因此組態(tài)的過程本質上就是對各個總線設備功能塊參數(shù)配置的過程。各個功能之間的連接更關注設備之間的通信負荷。所有儀表的資源塊和轉換塊的目標模式都要設置:MODE_BLK.TARGET=Auto。控制引風機和送風機的啟停的DC302功能塊的參數(shù)設置如表1所示。

表1 DC302功能塊參數(shù)配置

5 現(xiàn)場總線與PLC控制系統(tǒng)對比

該項目實施的現(xiàn)場有多臺同類型的鍋爐，其他鍋爐均使用傳統(tǒng)的PLC控制系統(tǒng)。PLC控制系統(tǒng)的現(xiàn)場照片如圖3所示，使用現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的控制柜的照片如圖4所示。從圖4上可明顯地看到，鍋爐使用現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)之后，減少了電纜的數(shù)量，此外電纜長度、控制柜的數(shù)量和橋架的用量也相應減少。現(xiàn)場總線控制柜的布置更加簡潔，更利于維護。

6 結語

通過上述介紹，可以看到采用System302基金會現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)實現(xiàn)了電廠開關量控制，即通過合理組態(tài)實現(xiàn)對鍋爐輔機的控制及其保護策略，也充分體現(xiàn)了現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)應用于順序控制方面上的優(yōu)勢。另外，該的工程實施，起到了培訓和普及現(xiàn)場總線知識的作用，有利于現(xiàn)場人員逐漸認識并接受現(xiàn)場總線技術。

[1]周根來.基金會現(xiàn)場總線在中原石油化工總廠鍋爐上的應用[J].自動化與儀表，2000，(2):36-38.

[2]吳濤.苯乙烯裝置設計中基金會現(xiàn)場總線的應用[J].石油化工自動化，2005，(3):9-11.

[3]張宏宇，吳奕，工業(yè)生產(chǎn)蒸汽鏈條鍋爐DCS控制系統(tǒng)[J].控制工程，2004，(3):254-256.

[4]韓忠旭.順序控制技術在火電廠的應用[J].電網(wǎng)技術，2001，25(10):63-69.

[5]周勇，張廣川.基于基金會現(xiàn)場總線的控制系統(tǒng)[J].工業(yè)控制計算機，2005，(11):16-18.