EDPF-NT+系統在火電廠輔網控制中的應用

王小鳳 ，李 鑫

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

火電廠輔助車間系統（簡稱輔助系統）主要包括水、煤、灰3大部分。其中水主要包括化學補給水處理、凝結水精處理、化學廢水處理、凈水站、汽水取樣化驗站、污水處理系統等，煤主要指輸煤系統，灰主要指除灰除渣系統。此外輔助系統還有循環水、燃油泵房、空壓機房、煙氣脫硫等子系統[1]。

近年來國內發展大容量火電機組，輔助車間設備監控點更多、工藝更復雜、工藝參數精度要求更高，傳統的輔控系統已不能很好地適應上述情況。目前新建電廠輔控系統都在朝著一體化、分散控制、集中監控的方向發展。國電智深公司自主研發的EDPF-NT PLUS分散控制系統已經成功應用于600 MW及以上機組的自動控制并完成了若干套發電廠輔網一體化控制系統的項目。

1 輔網一體化控制特點

輔網一體化控制就是將火電機組輔控系統按工藝設備特性劃分為若干控制子系統，相應的系統控制設備分散布置在各輔助系統電子設備間或工藝設備附近，系統設置集中操作監控點和輔助車間集中監控網絡。各工藝控制子系統通過智能網絡傳輸設備與監控級網絡連接，建立起集中監視操作和分散控制的新型輔助車間運行管理和控制模式。

1.1 提高輔助車間自動化監控水平

采用輔助車間一體化集中監控，將使輔助車間的監控水平逐步趕上主機系統的監控水平，與廠級監控信息系統（SIS）連接變得更簡單，提高了全廠生產系統的協調運行和優化管理，為實現全廠管控一體化打下了良好基礎，是建設信息化電廠的重要組成部分。

1.2 提高機組運行的經濟性

實現輔助車間一體化監視操作和遠程控制，合并、減少或取消就地操作監控點，強制提高設備的健康水平。確保所有設備全時具備自動化方式運行的條件。使復雜操作簡單化，減員增效，提高勞動生產率。

1.3 減少備品備件的品種和數量

所有的輔控系統采用統一的控制設備、控制手段和監控方式。極大地方便了電廠運行和檢修人員，減少備品備件的品種和數量。最大限度降低投資及運行維護成本。如與主控DCS類型一致，減少備品備件的品種和數量將更為可觀。

1.4 實現各控制子系統信息資源共享

輔控系統集中監控采用先進的計算機網絡技術和統一的監控設備，解決了不同系統間通信接口的問題，實現了真正意義上的各控制子系統信息共享。

1.5 進一步提高系統可靠性

在硬件配置、網絡選型及控制軟件開發上都采用統一的技術標準。保證系統的安全可靠。

2 EDPF-NT+控制系統主要特點

EDPF-NT系統是北京國電智深控制技術有限公司開發研制的具有全部知識產權的DCS系統。該系統采用開放式結構、模塊化設計、靈活的軟硬件配置、方便的系統擴展性，PLUS版具有非常人性化的組態和用戶界面。整個系統具有強大的功能和很高的可靠性[2]。同時，EDPF-NT+系統具有的特點也保證了其完全適應電廠輔控一體化的要求。

2.1 可靠的網絡結構

EDPF-NT+系統的網絡采用扁平化對等型網絡結構，如圖1所示。

圖1 扁平化對等型網絡結構Fig.1 Flattening peer network structure

這種結構的特點是：不設置網絡服務器，降低危險集中的風險；分布式實時數據庫，提高系統動態安全性；無雪崩效應，提高機組故障情況下的運行可行性。

2.2 靈活的柔性分域技術

EDPF-NT+分散控制系統應用了先進的網絡“域”技術。將不同工藝系統的控制系統分隔不同的域，使整個電廠的控制系統在物理意義上既統一又相對獨立，便于實現網絡間的相互連接與隔離。系統引入柔性分域技術，復雜生產過程按工藝或功能進行分域管理，每個域相對獨立，域間信息可以按要求進行有選擇的隔離和交互，減小各功能子系統的處理規模，減少或消除了不同被控對象及其控制系統之間的耦合，使整個控制系統進一步蜂窩化、模塊化。

基于柔性分域技術的自動化成套控制系統支持大規模應用的需求、復雜過程的高性能要求、第三方設備的高度開放集成能力以及管控一體化的更高監控模式。

2.3 大信息流下網絡運行安全

常規控制系統網絡通信系統采用廣播和點對點相結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所有在網設備端口，包括計算機設備（人機交互設備、分布式過程控制站DPU控制器）端口和網絡交換機端口。

EDPF-NT+分散控制系統采用主動網絡信息探測和網絡節點設備安全強化相結合的安防技術和方法，通過層層主動監管、整體協作，組成一個完整的多層次的網絡安全系統，為DCS提供安全可靠的網絡運行環境，保證業務的連續性和數據安全性。

3 某2×600 MW機組輔網一體化設計

3.1 輔助車間控制系統的控制范圍

某2×600 MW機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。其中水系統包括鍋爐補給水處理系統、凝結水精處理系統（含汽水取樣加藥系統）、工業廢水處理系統、儲氫系統、中水處理系統（含循環水加藥系統），污水處理系統，公用水泵房系統和雨水泵房系統等。輸煤部分包括卸煤裝置、輸煤皮帶、篩煤設備及煤倉間犁煤器。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備，包括每臺機組的氣力除灰系統和公用的灰庫系統。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GGH。

3.2 輔助車間（系統）集中控制涵蓋的控制子系統

各工藝系統控制器劃分如表1所示。

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

（1）鍋爐補給水系統配置一套控制子系統，公用水泵房系統作為其遠程I/O站；

（2）凝結水精處理系統配置一套控制子系統（含加藥取樣控制系統）；

（3）脫硫系統配置1套控制子系統；

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

（5）輸煤系統配置1套控制子系統；

（6）除灰系統配置1套控制子系統：除灰樓電子設備間安裝控制機柜，灰庫處安裝I/O柜；

（7）空調系統自帶控制系統，通過通訊接口聯入輔網控制系統；

（8）每臺機組電除塵系統自帶PLC控制系統，通過通訊接口聯入輔網控制系統，合計2套；

（9）中水處理系統配置1套控制子系統（含循環水加藥控制系統）。

3.3 輔網一體化控制系統網絡結構

采用EDPF-NT+分散控制系統構建的輔網一體化控制系統如圖2所示。

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

其中輔網集中控制室設在脫硫集控樓二樓，運行人員可在脫硫集控室集中控制水處理系統、輸煤系統、氣力輸灰系統和輸煤系統。另外，為了便于調試期間的控制鍋爐補給水車間設置水處理系統的就地操作員站，輸煤程控樓設置輸煤系統的就地操作員站，除灰系統不設置就地的操作員站。

4 輔網控制系統與第三方設備通訊

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

4.1 基于以太網通訊

基于以太網通訊：通訊協議為Modbus TCP/IP。支持以太網通信協議的第三方控制系統如PLC控制器等可直接掛接在EIO總線上。如果第三方系統多于一個時，可使用網絡交換機構建EIO總線網絡。可以指定EIO總線上的任意1對過程控制器或虛擬過程控制器與1個或數個第三方控制系統設備構成一個獨立邏輯子網。通常情況下，控制器作為該子網主站與各第三方控制系統從站建立過程級通信關系。多個邏輯子網構成EDPF-NT+的過程級現場總線技術平臺，如圖3所示。

圖3 基于Modbus TCP/IP協議的DCS與第三方設備通訊示意圖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與第三方系統之間通過串口服務器作為轉接接口，通訊協議為Modbus RTU[4]。串口服務器一端通過以太網與EIO總線連接，另一端則通過RS485接口和第三方控制系統連接。串口服務器通常具有多個連接端口，每個端口連接一個第三方系統或現場總線儀表。可以指定EIO總線上的任意1對過程控制器與連接在串口服務器上的多個第三方系統構成一個獨立邏輯子網，構成過程級現場總線通信系統，如圖4所示。

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

4.3 FF、PROFIBUS、HART等現場總線通訊

多種現場總線設備通過具有冗余功能的協議轉換模件接入DPU控制器的EIO總線，參與實時控制策略，并能夠把部分控制功能分配到現場總線設備中。北京國電智深控制技術有限公司自主研發的PROFIBUS-DP主站接口卡是EDPF_NT PLUS控制器的擴展卡件之一，與其他的IO卡件具有同等的地位，作為DCS與PROFIBUS-DP的接口，實現了DCS與現場總線設備的無縫連接[5]。PROFIBUS-DP在網絡中以主站的形式存在，它解決了系統與其他廠家測控系統和智能設備的互聯問題，用于將標準的PROFIBUS從站設備連入EDPF-NT+系統，利用DP-PA連接器和耦合器還可以接入PROFIBUS-PA設備。通過控制器與PB卡之間的通訊鏈路，DP和PA設備能夠成功與系統內控制站、操作站等進行信息雙向通信。

4.4 采用傳統IOBUS總線技術的現場總線接口

過程控制器DPUIII通過冗余IOBUS總線掛接EDPF-COM模件，提供IOBUS過程級現場總線接口。EDPF-COM模件是一種安裝于常規I/O基座上的IOBUS總線通信接口適配器，模件上設計有2個隔離串行RS485通信接口和一個編程接口。缺省通訊規約為Modbus RTU，最高通信速率為19200BAUD，信息傳輸速率確保開關量不低于8000點/s、模擬量不低于1000點/s。

4.5 采用EIO技術構建大容量數據通信網關

EDPF-NT+多功能接口工作站是一臺大吞吐量數據通信網關，專門用于同大容量第三方控制系統進行實時通信。該多功能接口工作站可以支持多種標準總線通信協議，提供多通道數據傳輸。工作站內固化有虛擬控制器，通過EIO技術與大批量第三方控制系統設備建立通信連接，將網關信息轉換為DCS標準數據結構，并具備對I/O數據加工處理能力。

4.6 EDPF-NT+分散控制系統與SIS通訊

EDPF-NT+系統與SIS的通訊是通過系統自帶的接口程序來完成的，接口程序運行在接口站上，接口程序的主要功能是根據預定義的點列表，按照規定的點發送周期定期向數據接收方SIS方發送DCS點的實時信息，實時信息包括點的數值和狀態[6]。為了確保DCS系統的長期運行安全，實現在DCS和SIS邊界的單向隔離和傳送實時數據功能，確保SIS側的任何問題都不會影響到DCS系統中，EDPF-NT+系統的SIS接口工作站由數據收集計算機和硬件防火墻構成，如圖5所示。

圖5 單向隔離網關示意圖Fig.5 Schematic diagram of one-way isolated gateway

硬件防火墻可設置成DCS側數據單向向外傳輸或僅允許部分合法數據雙向傳輸，以確保DCS的網絡數據安全。

5 結語

EDPF-NT+分散控制系統在火電機組輔網一體化控制中，取得了非常好的效果，真正實現了輔助系統分散控制、集中監控，減少了就地操作監控點，使復雜操作簡單化，節省了人力，提高了勞動生產率。

[1]黃煥袍，潘鋼，曲云，等.分散控制系統及其應用[M].北京：中國電力出版社，2013：17-18.

[2]陳峰，牛海明，邱忠昌.EDPF-NT+分散控制系統工程設計與組態[M].北京：中國電力出版社，2013：5-7.

[3]楊素珍，黃煥袍，張敏，等.基于Modbus協議的通訊在國產分散控制系統上的應用[J].電力建設，2012，33（6）：81-83.

[4]北京國電智深控制技術有限公司企業標準.EDPF-NT+系統第三方通訊標準[S].2011-6-30.

[5] 北京國電智深控制技術有限公司.EDPF-NT+PB卡使用手冊[S]，2012.

[6]陳峰，牛海明，邱忠昌.EDPF-NT+分散控制系統工程設計與組態[M].北京：中國電力出版社，2013.