Ovation系統在1 000MW機組工程中的應用研究

楊文強，李慎斌，董　鵬

（1．華能山東發電有限公司，濟南　250002；2.華能萊蕪發電有限公司，山東　萊蕪　271102）

Ovation系統在1 000MW機組工程中的應用研究

楊文強1，李慎斌2，董鵬2

（1．華能山東發電有限公司，濟南250002；2.華能萊蕪發電有限公司，山東萊蕪271102）

功能完備、操作友好的DCS系統對于火力發電廠而言，在降低人工成本，提高機組運行效率，增強機組運行安全性等方面意義重大。就Ovation系統在百萬級火電機組工程中的應用進行分析，目的在于指導建設合理、易于操作、安全性高的機組控制系統。

分散控制系統；1 000MW機組；Ovation系統；火電廠

0　引言

Ovation是一種分散控制系統（DCS），其模塊化設計可根據電廠具體需要精確配置過程管理系統［1］。Ovation系統可將小型安裝模塊擴展到能夠容納多達254個智能模塊（稱為站點），其中每個站點都是一個獨立模塊，可執行各種功能［2-3］。Ovation使用商用硬件平臺、操作系統和開放式網絡技術，具有靈活的功能配置，在使用Ovation系統時，必須進行合理配置。基于某1 000MW火力發電機組Ovation系統的應用，就Ovation系統關鍵模塊的配置進行研究，期望能夠為其他機組建設提供參考。

1　Ovation系統配置影響因素分析

在對Ovation系統進行配置時，需對以下因素進行考慮，避免出現錯誤配置導致系統安全性降低，甚至出現事故［4］。

1）采用冗余高速網絡。確保利用以太網標準將輸入和輸出數據發送到連接該網絡的所有工作站和控制器。

2）采用工作站（基于 Solaris或基于 Windows的計算機）接收和發送數據。確保執行運行過程所需的任何操作得以實現。此類工作站通常連接到交換機上，通過交換機連接到網絡。

3）采用控制器執行調節和順序控制策略。將控制器連接到輸入和輸出模塊上，控制器是包含I/O模塊的站點，這些模塊是連接到實際工廠設備上的傳感器，這些傳感器將測量點的值廣播到Ovation網絡上。

4）合理選用硬件，如機柜、電纜和接地設備。

5）確保I/O模塊工作正常。模塊將現場信號（溫度、壓力等）從實際工廠處理過程連接到控制器，而后通過網絡將信息發送到工作站，工作站的控制指令發送到控制器。系統配置軟件包運行在Ovation工作站上，執行配置、管理和操作Ovation系統所需的任務。

2　Ovation系統關鍵模塊配置

Ovation系統關鍵功能模塊［5］包括Ovation系統硬件設備、多網絡配置、接地配置、系統機柜電源配置、系統報警配置、系統安全中心配置以及系統安全儀表選用等模塊。

2.1Ovation系統設備配置

Ovation系統的硬件設備主要包括工作站、機柜以及外圍設備，對于設備的放置位置、物理環境以及電子信息環境都有較為嚴格要求。

在選擇Ovation系統設備放置位置時，需考慮以下情形：防止陽光直射；考慮天氣（雨、雪等）因素；防止雷擊；防止灰塵；防止ESD（靜電放電）；防止EMI/ RFI（電磁干擾/無線電頻率干擾）［6］。

此外，對于設備的物理環境，主要包括工作溫度、濕度、高度、撞擊、震動以及噪聲等外部因素都要加以考量。以Sun T2000服務器為例，其工作環境中，溫度為5～35℃、濕度為20%～80%為宜，工作及空閑時噪聲均為62 dB以下。

設備的電子信息環境［7］包括輸入電壓、頻率、電流、功耗、散熱等，仍以SunT2000服務器為例，輸入電壓/電流為100 V/4.5 A～200 V/2.25A，頻率為50～60Hz，功耗為450W，散熱速度為1 440 kW/h。

其他設備在進行配置時亦有相關要求，可根據產品說明進行詳細配置。

2.2Ovation系統多網絡配置

Ovation多網絡功能使獨立的Ovation網絡可相互通信，使得收集并檢索數據以及實施一個網絡到另一個網絡的控制成為可能［8］。配置多網絡功能的Ovation系統支持網絡間的監視、控制功能。規劃和實施多網絡是一個復雜的過程，在配置多網絡時，應當注意考慮以下內容：多網絡系統中的Ovation網絡數目；每個網絡中的站點數目、站點類型；要建立的安全類型；對現有網絡更改以適應多網絡環境；本地網絡基礎設施強加的限制。

圖1所示為多網絡配置流程，對于如何計劃多網絡及其連接方式進行了說明。對于相互通信的Ovation多網絡，必須通過專門硬件連接網絡。其他考慮事項涉及安全、權限以及尋址和命名規則等［9］。使用的硬件取決于系統執行功能。硬件包括工作站、機柜內放置的I/O模塊、路由器、交換機、電纜和各種設備等。

以使用主干連接的典型多網絡配置為例，如圖2所示的兩個單元可能位于極為相近的位置，也可能位于疏散的地理位置。不管哪種情況，操作概念都是相同的，即主干或核心網絡提供所有已連接單元間的IP連接。

圖1　多網絡系統配置流程

2.3Profibus系統配置

Profibus（過程現場總線）DP（分散式外圍設備）是一種鏈接設備（也稱為從設備）和自動化系統的全數字、雙向通信系統。ProfibusDP用網絡或多站點配置替換了傳統的一對一接線，從而降低了安裝和材料成本。傳統的模擬和離散現場設備采用點對點接線（每個設備一個線對）。例如，如果電廠中有1 000個現場設備，則需要1 000個線對。此外，傳統設備的一個線對只能傳送一條信息 （通常是一個過程變量或控制輸出）。

傳統的模擬設備安裝是用一對專用線將每個現場設備連接到主機系統，Profibus DP安裝則是采用單根雙絞線（又稱為總線或干線）連接至多個設備。電纜、相連設備和支持組件稱為分段［10］。分段可設計為分支或樹布局拓普。圖3描述了采用Ovation系統的典型Profibus實施情況。

在對Profibus進行配置時，須注意每個Profibus設備都必須具有獨特的物理設備標簽和對應的網絡地址。網絡地址是Profibus用于設備的當前地址。每個Profibus設備都有各自的配置文件，稱為GSD文件。此文件由設備廠商提供，包含設備的系統參數并存儲在Ovation數據庫中。

圖2　典型主干連接多網絡配置

圖3　采用Ovation的Profibus實施

2.4Ovation控制器配置

如圖4所示為OCR400控制器。電站中的控制器通常使用一臺或多臺機柜，包含通過電纜連接到現場設備的輸入和輸出模塊。這些模塊可監控現場設備所發生的任何狀態變化。Ovation控制器可與Q-Line I/O和Ovation I/O以及可選擇的第三方I/O通信。

控制器I/O接口模塊通過使用控制器基本組件（位于控制器下方）上的物理端口L1和L2，支持多達16個本地Ovation I/O分支。在為Ovation I/O配置時，每個端口最多可配置四個遠程Ovation I/O節點。兩個端口均不支持本地Ovation系統I/O節點。在為遠程Q-Line配置R3/R4時，每個端口可支持最多4個節點，并且每個節點可配置4個板條箱。在為本地Q-Line配置時，R4最多可在本地Q-Line上支持4個板條箱（1個節點），但R3必須未被占用。

圖4　OCR400控制器

3　應用實例分析

3.1模塊基本配置

對某火力發電廠百萬級機組應用Ovation系統實例進行分析。該電廠本期建設2臺1 039MW超超臨界汽輪發電機組。鍋爐為東方鍋爐（集團）股份有限責任公司生產的超超臨界參數變壓運行直流爐。汽輪機為東方汽輪機有限公司生產的1 000MW級、超超臨界、一次中間再熱、單軸、四缸四排汽、凝汽式汽輪機。

單元機組DCS控制范圍包括：鍋爐及其輔助設備；汽機及其輔助設備；發電機及其輔助設備；電氣控制系統等所有的監視和控制。功能包含MEH、鍋爐吹灰、脫硝SCR部分、循環水泵房、排水發電機房等。在兩臺機組的DCS網絡之間，通過DAS、SCS、MCS、FSSS、BPS（旁路控制系統）、DEH、計算機接口構建機組公用DCS網絡，對空壓機房系統、燃油泵房系統以及電氣廠用電的公用部分等進行監視和控制。

將公共DCS網絡的交換機連接到1號機組的根交換機上。1號、2號機組的根交換機均向上連接到整個DCS系統的核心交換機上，向下連接鍋爐、汽機側的子交換機，子交換機下面掛接各控制器和操作站，從而構成整個的網絡系統。

該機組DCS共設計I/O點：單元機組11 205點，公用系統717點。單元機組DCS共配置了28對DPU，公用系統配置了4對DPU。DPU的配置基本上按照工藝系統及DCS功能劃分，DEH和MEH采用與DCS相同的硬件。

ProfiBus-DP總線連接的智能設備包括：Honeywell分析儀表 （包括電導率、硅表、納表、pH表、酸度計，堿度計）；Polymetro濁度表；Festo閥島；蘇州萬隆電機控制器。FF總線連接的智能設備主要包括：羅斯蒙特壓力/差壓變送器；848T溫度模塊；E+H雷達液位計。

Ovation系統中，每塊FF總線通信卡可以提供兩個FF總線通信接口，連接兩條FF總線。每塊Profibus-DP通信卡提供兩個DP總線接口，可以引出兩條DP總線。

3.2應用注意事項

同一網段上掛接的設備不宜過多，否則影響傳輸速率；更換總線設備時，GSD文件 （總線設備與DCS之間的通信規定）應與原設備保持一致，否則無法通信；不同種類的總線電纜相互之間必須保持一定的距離，當交叉時必須正交交叉，不能平行排列以減少通信干擾；Profibus-DP總線上DB9接頭的終端電阻位置的設置應重視。除了最后一個設備DB9接頭的終端電阻設置在ON位置上，其他均應設置在OFF上，否則將導致所有設備的通信中斷。

4　結語

對Ovation系統在1 000MW機組中的應用進行研究，確定了Ovation系統關鍵模塊的系統配置，并就Ovation系統在1 000MW機組中的應用進行了實例分析，對應用過程中的注意事項進行了詳細的研究，能夠為同行業其他機組的Ovation系統應用提供幫助。

［1］陳軍.電廠DCS網絡監控系統的研究與設計［J］.數字技術與應用，2015（11）：99.

［2］尚思沖.DCS應用中存在的問題及發展趨勢［J］.自動化應用，2015（12）：50-52.

［3］李濱.OVATION控制系統在1 000MW超超臨界機組的應用［J］.華東電力，2012，40（8）：1 452-1 455.

［4］張苗苗.Ovation系統在萊州電廠1 000MW機組工程中的應用［J］.自動化與儀器儀表，2015（5）：39-41.

［5］侯子良.積極推動火電廠控制方式的第二次變革［J］.自動化博覽，2014（4）：16-18.

［6］張波，向賢兵，曾蓉.基于Ovation系統的控制器及I/O組態研究［J］.自動化與儀器儀表，2013（5）：36-39.

［7］韓璞，董澤，張倩.自動化技術的發展及其在火電廠中的應用［J］.華北電力大學學報（自然科學版），2008，35（6）：94-98.

［8］韓璞，潘衛華，焦嵩鳴，等.現場總線氧量儀表的智能化設計與實現［J］.華北電力大學學報（自然科學版），2008，35（1）：26-29.

［9］劉吉臻.現代電站自動化技術進展［J］.現代電力，2005，22（1）：1-6.

［10］孟慶偉，房方，劉吉臻.一種熱工控制系統綜合性能的評價方法［J］.中國電機工程學報，2011，31（23）：101-107.

The Application of Ovation System in 1 000MW Unit Project

YANGWenqiang1，LIShenbin2，DONG Peng3
（1.Shandong H uaneng P ower G eneration C o.，Ltd.，Jinan 250002，China；2.Huaneng L aiwu P ower G eneration C o.，Ltd.，Laiwu 271102，China）

A DCS system with complete function and friendly operation plays an important role in reducing human resource cost，improving the efficiency of power unit and enhancing the run security for coal-fired power plants.The application of Ovation system in 1 000 MW thermal power unit is studied to guide to construct a reasonable，easily to operate and of high security power unit control system.

DCS；1 000MW power unit；Ovation system；coal-fired power plants

B

1007-9904（2016）03-0053-04

2015-12-04

楊文強（1976），男，工程師，從事電廠熱工技術與管理工作；

李慎斌（1978），男，工程師，從事電廠熱工檢修工作；

董鵬（1980），男，工程師，從事電廠熱工技術與管理工作。