大型火电厂辅助车间控制系统改造方案设计与实现

罗培全

摘 要：针对国华舟山电厂二期已经存在的各辅机系统相互独立的现状，对现场分布的各控制子系统进行分析，提出辅控网改造原则和三层网络分层，针对各辅助车间控制系统提出集成方案。阐明辅控网的组网规约并总结了实施过程中的注意事项。

关键词：火电厂；辅控网；集成；设计；实现

中图分类号：TM611 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2018）17-0113-02

Abstract： In view of the fact that each auxiliary machine system of Guohua Zhoushan Power Plant is independent of each other in the second phase of the power plant， the control subsystems distributed in the field are analyzed， and the principle of reconstruction of auxiliary control network and the layering of three-layer network are put forward. An integrated scheme is proposed for each auxiliary workshop control system. The network protocol of the auxiliary control network is expounded and the matters needing attention in the process of implementation are summarized.

Keywords： thermal power plant； auxiliary control network； integration； design； implementation

引言

随着我国电力体制改革的深入，电力市场竞争的日益激烈，降低资源损耗和提高管理效益成为发电企业的迫切需求。为此，火电厂辅助车间集中控制系统由于网络技术的出现和快速发展成为了新建大型火电工程的典型配置。它使得传统工业企业设备网络架構发生变化，借助工业以太网的应用在不同设备之间建立起统一标准、可靠互联的网络平台，消除所谓的“自动化孤岛”。进而提高机组参与电力市场的竞争能力，提高机组经济运行能力，降低企业生产成本[1-2]。

1 辅助系统现状

神华国华舟山电厂由于舟山本岛上电力需求增长较慢，二期3、4号机组采用同时审批分步建设的方案，3号机组于2010年10月投产，4号机组在2011年10开始启动项目，而在3号机组建设时，二期的辅助车间控制系统为多点分散控制，“自动化孤岛”较多，如3号机组的精处理水系统、飞灰输送系统、电除尘系统、暖通空调系统均设置独立监控点。

精处理水系统采用PLC+上位机的监控方式，监控点设置在凝结水精处理控制室，精处理水控制系统由两对冗余的施耐德昆腾PLC67160及IO卡件组成。一对PLC为精处理PLC，另一对为二期综合水PLC，精处理水控制系统已有操作员站3台。

3号机组飞灰控制系统。飞灰输送系统采用PLC+上位机的监控方式，监控点设置在电除尘楼的电除尘控制室，飞灰输送控制系统由一对冗余的施耐德昆腾PLC67160及IO卡件组成。飞灰输送系统配置操作员站2台。

暖通制冷控制系统采用PLC+上位机监控方式，监控点在二期集中控制室，暖通制冷控制系统采用两对冗余的施耐德昆腾PLC及IO卡件，其中一对PLC为暖通系统PLC，另一对PLC为制冷加热PLC，系统有一台操作员站。

3号机组电除尘控制系统包括微机自动控制的高压控制系统和采用莫迪康昆腾系列140CPU11303 PLC的低压控制系统，系统有一台操作员站。

2 辅控网改造集成方案

由于3号机组建设时当时的技术水平限制采用多点分散控制。舟山电厂二期工程4号机组即将开建时决定借组新机组建设的机会，改造3号机组辅助车间的控制系统，最终完成3、4号机组辅助车间控制系统的高度集成。纳入辅控网控制的系统为包括水网、灰网、暖通、电除尘。输煤系统由于一、二期有独立的煤控中心且硬件为DCS系统，不进入辅控网。一些与机组运行关系密切的系统纳入主机DCS控制，如4号机组除渣，锅炉燃油泵等。锅炉吹灰、凝汽器胶球清洗、翻车机、卸船机、堆取料机、斗轮机系统按照常规设计也不纳入辅控网系统。

2.1 硬件选型

对于舟山4号机组辅助车间控制系统的硬件选型，主要考虑已经建成的3号机组设备，要与3号机组辅控设备联网的兼容性、全厂备品备件的通用性以及辅控网设备的维护便利性相结合。因此，二期辅控网设备选型时统一选用3号机组辅助车间已经使用的法国施耐德公司的昆腾系列的140CPU67160 PLC，主交换机采用德国赫斯曼公司工业级MS系列交换机，分支交换机采用赫斯曼交换机，操作员站采用IntelG640/2G/2x500G/DVD-ROM。配置两台专用网络服务器，并配置有独立的数据库。

2.2 软件配置

软件部分主要由监控软件（开发版和运行版）、编程软件、网管软件以及实时数据库软件组成，分别实现二期辅助车间网络上位机的监控以及系统内部、外部的数据接口及网络管理。操作员站监控软件为iFIX 5.0CiClient，历史数据库软件采用iHistorian standard server 15000pts ver 3.1 网管软件能管理和控制网络设备的每个端口，同时具有OPC接口，以便与监控软件无缝连接，实时监控网络系统。编程软件选用UNITY PRO，XL版本，使所有辅机PLC控制系统可离线或在线进行组态。对原3号机组精处理系统、飞灰系统、电除尘系统、暖通程控系统等操作员站8套监控软件进行升级，iFIX升级成iFIX 5.0CiClient。

2.3 网络结构

根据现有条件和确定的软硬件选型原则，将辅控网控制网络配置成三层网络结构，即控制层、网络层、信息监视层。整个网络配置两个集中监控点，一个在主机集中控制室，另外一个为辅控室的辅助系统监控中心，用于后备的原来各分系统监控点保留。在集控楼的3号机组工程师室配置SIS接口机，用于向信息系统传递生产数据。

2.4 分系统接入方案

（1）4号机组精处理系统。4号机组精处理系统主要有前置除铁器、精处理混床，凝结水、给水自动加药装置，而树脂再生装置和酸碱装置和3号机组公用，已经在建设3号机组时建成，但3号机组精处理程序独占了再生装置和酸碱装置，在4号机组精处理并入时，采用3号机组的PLC，不增加PLC，系统新增测量数分别为DI 167点，DO 86点，AO 7点，AI 48点，共307点，CPU的带载没有问题，采用基于Modbus Plus协议的分布式DIO模块的方式并入3号机组精处理PLC，DIO模块和原系统通过光纤连接。（2）4号机组暖通系统。在3号机组建设时已经完成了二期3、4号机组的冷热源的建设，新增暖通设备较少，控制系统基本建设完成，此次改造主要增加對4号机组暖通的控制，这些设备主要包括汽机房、配电室、励磁小室等房间的降温通风，电子设备间的空调，新增100个测点，因此从技术和经济角度出发，采用同轴电缆扩展远程IO柜的方式。（3）飞灰输送及氨区设备控制系统。国华舟山电厂4号机组的飞灰输送系统以及氨区设备均是一套独立的工艺系统，且测点数量较多，因此这两个系统均采用分别配置一对PLC+上位机，在调试及运行初期实现就地监控，调试完成及系统稳定后最终归入辅控网监控。（4）4号机组静电除尘系统。4号机组电除尘控制系统包括微机自动控制的高压控制系统和采用一对莫迪康昆腾冗余热备PLC，PLC型号为140CPU11303的低压控制系统，系统配置双交换机，双网卡的操作员站。电除尘上位机监控范围为高压直流供电装置、低压供电装置。电除尘控制系统配置一台操作员站，供操作员操作和工程师调试之用，安装在电除尘就地控制室。电除尘低压控制系统的PLC能通过网桥模块完成和高压控制系统的通讯，从而实现对整个电除尘系统的数据采集、控制、管理等。

2.5 组网规约

为了顺利实现辅助车间控制网络的组网，必须对各个分系统进行规范约定。规范人机界面组态，保证接入辅控网的各子系统界面风格和操作方式的一致性；规范二期辅助车间网络架构及通信介质形式；规范各系统网络硬件接口，确保网络通讯的兼容性；规范各子系统数据格式，防止系统间数据相互冲突。这些规定至少包括各系统画面文件名，标签名称，通讯配置的命名要求，用户自定义库，精灵等的命名，全局变量和脚本的命名，记录、报警等使用的设备名。

3 工程实施中问题及措施

（1）3号机组电除尘具有网桥模块等非PLC标准模块，且不具备双网冗余结构。联网时进行相应的设置通讯，将原来的操作员站配置为Server，并将系统挂入其中一路网络A网中。（2）3号机组辅助车间各系统IP地址混乱，且有些没有冗余配置。在具有双路冗余的设备中，IP地址采用了分网段地址，如3号机组精处理PLC主机架上配置了2只以太网模块，地址分别设置为192.160.0.79和192.168.1.79。最终将飞灰系统挂接在A网，而电除尘通过修改IP地址、更换接口也挂接到A网，但实现了联网。在寻找IP地址资源时，采用专用的IP地址分配软件，以免与现有系统控制子站IP地址冲突。（3）控制权限的切换及闭锁。联网后工艺系统设备的控制不仅能在本地操作员站上完成控制，也能在辅网系统操作员站上进行控制，为了避免同时对同一个设备在不同网络上进行控制，在就地操作员站上位画面操作权限与辅网系统上位画面操作权限进行切换，并能够互锁的能力，切换方案如下：控制系统在下位PLC程序中设有操作权限设定中间寄存器，通过设定中间寄存器的值，来切换不同级别的操作权限。当寄存器为0时，仅允许本地操作站操作；寄存器为1时，仅允许辅网系统操作站操作，避免了不同级别的操作员站同时对同一个设备进行控制。（4）辅控网的改造工作完成后能否真正发挥其应有的作用，很大程度上取决于运行人员的水平。以前只需熟悉一个专业就可胜任工作，如精处理操作员站熟悉精处理系统而不熟悉输灰和电除尘车。实施辅助车间集控运行后，则要求熟悉多个专业，对人员素质、水平的要求更高。因此，要加大运行人员培训力度，使其尽快成为合格的全能值班员。同时也要加强对控制设备维护人员的培训和提高。

4 结束语

本工程既是一个新建工程，又是一个改造工程，具有项目的特殊性。借助新建机组建设的机会，完成对辅助车间控制系统的集成改造，通过辅助车间控制系统的集成改造，实现了辅助车间各子系统的集中监控，提高了辅助车间运行与管理水平，为减少运行和维护人员创造了条件。同时提高了电厂运行的安全性和经济性。此项目在投产后一年之内没有大的设备异常事件，系统安全可靠。由于借助了新机组的建设，没有改造专项的施工、调试单位，改造费用低，值得类似项目借鉴。

参考文献：

[1]孙兆龙，何亮.火电厂集中控制系统研究[J].城市建设理论研究，2016（1）：32.

[2]锻炼.火电厂辅控网的设计与实现[D].上海：华东理工大学，2014.