火电厂辅助系统控制方案探讨.pdf

2 0 0 6年 4月 第 3 4卷 第 2期 总第 1 8 3期 Apr ．2 0 06 Vo 1 ． 3 4 No ． 2 S e r ． No ． 1 8 3 火 电厂辅助系统控制方案探讨 Di s c us s i o n o n Co nt r ol Sc he me f o r t h e Aux i l i a r y Sy s t e m o f Po we r Pl a nt 秦鹏 ， 郭 兆君 东北 电力设计 院 ， 吉林 长春1 3 0 0 2 1 摘要 针 对火电厂要求实现全厂 自动控制系统 的集 中监 控问题 ， 介绍 了火电厂辅助车 间控制方式 、 辅助 系统 的特 点 、 控制 现状及存在 的问题 ， 用辅助 系统控制 方案工程实例说明辅助 系统 控制设计应注意的 问题 。 关键词 辅 助系统 ； 自动控制 ； 火电厂 ； P L C ■ 中图分类 号 TM6 2 1 ． 7 ； TM7 6 9 文献标识码 B 文章编 号 1 0 0 9 5 3 0 6 2 0 0 6 0 2 0 0 0 8 0 3 火 电厂辅 助 系统 的 自动化 控 制是 热工 控 制 的重 要组成部分 ， 直接影响火 电厂 的整体 自动化水平。 从 目前情况看 ， 各辅助车间控制系统相互孤立 ， 大多不 能与 D C S间进行通信 ， 形成多个 自动化孤岛 ， 造成 运行管理不便 ， 生产效率不高。 随着计算机控制技术 的发展 ， 以及网络技术 日益成熟 ， 使各辅助系统的集 中监控 成 为现 实 。 火力发电厂设计技术规程 DL 5 0 0 0 --2 0 0 0 规定“ 相邻 的辅助生产车间或性质相近 的辅助工艺 系统宜合并控制系统及控制点 ， 辅助车间控制点不 宜超过三个 输煤、 除灰 、 化水， 其余车间均可按无 人值 班设计。 ” 随着辅助 系统 自动 化水平 的不 断提 高 ， 目前绝大多数新建 电厂都考虑了辅助系统可编 程控制器 P I C集 中控制网络。 为确保辅助系统 P I C 集中控制 网络的正 常投运 ， 在初步设计 阶段应统一 布线规划水 、 灰 、 煤 P L C集 中控制网络 ， 提出相应 的 辅助系统 P I C集中控制网络布线规划图。 1 火 电厂辅助 系统 的特点 火 电厂辅助系统包括输煤系统 、 燃油泵房、 除灰 除渣 系 统 、 化 学 水处 理 系统 、 凝 结 水 处 理 系统 、 废水 处理系统、 循环水系统、 锅炉 吹灰 系统等 ， 它们的正 常运行是机组甚至整个电厂安全经济运行 的重要保 障 。其 主要 特点 如下 。 a ． 地点分散 ， 除锅炉吹灰系统外 ， 输煤 系统、 燃 油泵房 、 除灰除渣系统、 化学水处理系统 、 凝结水处 收稿 日期 2 0 0 6 0 2 2 O 作者简 介 秦鹏 1 9 7 2 一 ， 男， 工程师 ， 现 从事热控设计 工作 。 8 理系统、 废水处理 系统、 循环水系统等遍布全厂 ． 且 配 备有 专 门 的控 制 室及 运行 人 员 。 b ． 非连续控 制， 除循环水 系统外 ， 其余 系统几 乎是间歇式运行 ， 即在一定 的要求后才进行操作 ， 满 足一定的条件后 ， 系统停止运行 ， 等待下一次运行。 c ． 主控 室 要 求 随 时 对 辅 助 系 统 的状 态 进 行 掌 握 ， 以保证整个电厂的正常运行。 d ． 各系统应处于健康状态 ， 出现问题应及时处 理 ， 否则将影响全厂的安全经济运行 。 2 控 制现状及存在 问题 2 ． 1 辅助 系统 的控 制现 状 a ． 主要辅助 系统 的控 制核心大部采 用 以 P L C 加上位计算机组成 ， 一些略为次要 的辅助控制 系统 也逐 步 采 用 小 型 P I C 控 制 ， 未 采 用 P L C 的则 采 用 就地手操 、 远操和组合仪表等常规控制装置。 b ． 辅助系统的 P I C往往由不同的厂家供应， 造 成各个控制系统的 P I C种类不一样。 c ． 开关量控制 占据着辅助系统控制的核心 ， 大 量的阀门、 电磁阀、 电动机等要受联锁条件的逻辑控 制 ， 主要以设备的状态、 阀门的开关、 电机的启停、 压 力流量和料液位 的限值等条件进行控制 。 d ． 主要辅助系统如输煤 系统、 燃油泵房、 除灰除 渣系统 、 化学水处理 系统、 循环水系统等需提供专门 的控制室并配备一定数量的运行人员值班操作。 e ． 各 控 制 系 统 间相 互 独 立 ， 大 多 不 能 与 主 控 室 维普资讯 2 0 0 6年 4月 第 3 4卷 第 2期 总第 1 8 3期 吉 林 电 力 J i l i n El e c t r i c P o we r Ap r ． 2 00 6 Vo 1 ． 34 No． 2 S er ． No． 1 8 3 或 MI S之间进行通信 。 2 ． 2 辅助系统控制存在的问题 a ． 分散 的控制室不仅增加了投资及运行维护费 用， 同时不易于管理。 b ． P L C的控制造成值班人员工作量少 ， 但总体 人员 偏 多 。 C ． 各个 辅助系统与 主控 室 的信息 自动交换 极 少 ， 主控室对辅助系统 的控制往往通 过电话方式联 系 ， 实 时性 差 。 d ． 各个辅助系统控制采用不同的硬件和软件， 给备品备件管理、 人员培训及维护带来难度 。 e ． 各辅助系统的重要信息不能接入 MI S网。 3 辅助车 间控制方式 及工程实例 3 ． 1 辅 助车 间控 制方 式 全厂辅助控制网络系统 B OP 将对全厂辅助车 间采用集 中监控 的方式 ， 即在单元控制 室内辅控操 作员站上能对除灰渣及电除尘系统 、 输煤系统 、 燃油 泵 房 、 循环 水 处理 系统 、 水预 处 理 系统 、 空 压 机 系统 、 生活污水处理系统、 全厂化学水处理系统等进行监 控 ， 同时将厂区各辅助控制系统 的控制从功能上划 分为水、 煤 、 灰三大块 ， 采用上位机网络和 P L C相结 合的方式在单元控制室实现监控 。 3 ． 2 辅助系统控制方案工程实例 3 ． 2 ． 1 工程 概 况 印度 B AI C O电厂装机容量 4 1 3 5 Mw ， 第一 台机组 已于 2 0 0 5年 5月发电， 锅炉为哈尔滨锅炉厂 生产、 汽轮机为东方汽轮机厂生产、 发电机为济南发 电 设 备 厂 生 产。辅 助 车 间 采 用 AB 公 司 的 C o n t r o l l o g i x系列 P L C。 该厂辅助车间包括除灰 除渣及灰库系统 、 锅炉 补 给水 系 统 、 循 环 水 处理 系统 、 水 预 处 理 系统 、 废水 处理系统 、 空压站系统 、 输煤系统 。 P L C型号实现了 全 厂 统 一 ， 各 辅 助 车 间 均 采 用 AB 公 司 的 C o n t r o l l o g i x系列 P L C， 这样 就为全厂各辅 助车间 连网创 造了十分有利 的条件 ， 同时减少了备 品备件 的数 量 。 本工程辅助车间集 中监控网的设计采用“ 网络 分层 ， 控制集中” 的原则 。实现上述辅助系统集 中监 控可以用各种不同的网络拓朴结构和不同的通讯方 式 ， 只要满足系统实时性、 稳定性等要求即可。 3 ． 3 系统网络结构 该 系统 的网络结构可 以划分为 3层 见图 1 ， 底层 为 P I C 主机 I ／ O 站 包 括 远 程 I ／ O 之 间 的输 入 、 输 出通 讯 网 络 ， 中层 主 干 网络 是 P I C 和 工 控 上 位机之间的实时监控通讯 网络 ， 最上层是上位机信 息交换通讯 网络。通过物理和逻辑手段将辅助网络 系统按照功能划分后 ， 使系统成为模块化 、 局部化结 构 ， 特定的数据流会在各 自的网络中传递． 保证信息 的实时性和高速性 ， 完全符合“ 功能分散 、 物理分散” 的原 则 。 该控 制 网设 置 2台 主交换 机作 为 网络 核心 交换 机 ， 双机 冗余 配 置 ， 系统 服 务器 配置 1 0 0 MB服 务器 专用 以太网卡， 分别接入 2台主交换机； 各子系统均 设 有 1 0 0 MB小型 交换 机 ， 用 于就 地 接 入 P L C子 系 统 。系统中的主干网络采用 1 0 0 MB以上的以太网 光缆 ， 为双缆冗余结构 ， 以增加整个 系统 的可靠性 。 当网络中某一段光缆出现故障时 ， 网络能 自动重新 配 置 并 继续 通 讯 ， 且 不 会 造成 数 据 的丢 失 或数 据 的 变化 。 即使上位机或以太网出现故障 ， 在中间控制点 也可分别实现对各辅助控制系统的控制。 a ． 第 一 层 工 业 网层 在 水 处 理控 制 系 统 、 除灰 控制系统、 输煤控制系统分别建立工业控制 网络， 在 水处理室、 除灰控制室、 输煤控制室设立相对集 中监 控点 ， 这满 足了规划 院和火 电规程 DL 5 0 0 0 --2 0 0 0 中关于辅助车间的相关要求。 b ． 第二层 以太 网层 通过在单元集 中控制室 冗 余 配置 的 1 0 0 MB以太 网光 纤 交换 机采 用 双光 纤 冗余分别连接设在水处理 、 除灰、 输煤控制室的交换 机 ， 水处理 、 除灰 、 输煤各控制室的操作站和数据库 服务器分别通过冗余设置 的网卡连接各 自控制室的 交换 机 组成 辅助 车 间 的上层 星型 以太 网络 。 水 处理 、 除灰、 输煤各控制室的操作站和数据库服务器作为 连接各 自工业网络的网关 ， 起到 了连接和隔离工业 网与上层以太网的作用 。辅助车间集 中监控网络采 用 的这种星型以太 网结构实现了网络间的数据高速 传输 ， 提高了网络的可扩展性和灵活性 ， 同时又实现 了彼 此相 对独 立 的工 艺系 统 间的相 对 隔离 。 C ． 第三层全厂监控网层 通过冗余配置的光纤 交换机连接全厂 S I S系统， 并对辅助控制系统进行 监视 、 管理。 4 辅 助系统控制设计应 注意 的问题 a ． 由于各个辅助系统 的专业差别 比较大 ， 而每 个 系统都有在此方面经验成熟 的专业厂家 。这就要 求在各系统招标和技术谈判 中要全盘考虑 ， 在控制 9 维普资讯 2 0 0 6年 4月 第 3 4卷 第 2期 总 第 1 8 3期 Apr ．2 0 06 Vo 1 ． 3 4 No．2 Se r ． No． 1 8 3 厂级 自动化 系统 辅 助车 间自动 化 系统 PL C 主 机 I ， 0站 电厂信息管理系统 防火墙 l l l 髫 接口服务器 操作员站l l l 操作员站2 l l 操作员站3 l l 工程师站l l 打印 机 誊 l I I I囊 I I 銮 曩 l I磊 攀 羹 l 房 控 制 I I 系 统 I l I I ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． -_ J 接 口 设 备 输煤P L C 控制系统 输煤控 制室 图 1 系统 网络 结 构 策略、 控制主设 备 P L C 、 通讯协议 、 以及系统的开 现连网和在控制室的集 中监控就有必要做统一的要 放性方面要有统一的要求 。 求 ， 因此在辅助车 间各个车间必须全盘考 虑并且必 b ． 将整个辅助 网络 大框架 和部分辅助 系统 须制定统一 的辅助车间网路网络规划 ， 各个辅助车 放在一个标段招标 ， 从而选择一个有业绩 、 有成功经 间厂家均应遵循统一的规划实行 ， 为各个 系统 的连 验的投标商来总承包 ， 并 由其负责对其他各辅助系 网、 画面统一和数据的汇总创造条件 。 统 的整合 。 C ． 由于各系统的采购顺序不同 ， 要求业 主和设 计单位始终要把辅助网络控制的方案放在重要的位 置 ， 以免有遗漏而造成整个网络衔接不上 ， 达不到预 期 控制水平 。 d ． 辅助网络控制系统的正常投运很大程度上取 决 于各 P L C孑 系统本 身的 自动投 入情况 ， 在 电动 门、 气动门和电磁 阀等执行元件的选型 中应尽量选 择开关动作灵活、 准确无误和位置反馈可靠 的产品。 程序控制所涉及 的设备应是可控 的， 不能有手动阀 之类的设备。 e ． 对规模较小 、 被控对象较远 、 较分散的辅助车 间及 系统 ， 可采用远程 I ／ o 控制 器。在水 、 煤 、 灰集 中控制点设闭路 电视监视系统 ， 对系统 中无人值班 而又重要 的设备或区域辅助监视 ， 减少巡检工作量。 f ． 辅助车 间由于涉及到 的厂家多 ， 各个厂家水 平和经验 良莠不齐 ， 都有 自己的软件编制 习惯 ， 要实 1 0 5 结论 全厂辅助车 间的集中监控 ， 极大地提高 了火电 厂的生产效率并把控制系统和信息系统紧密的结合 起来 。这些特点将是未来现代化火电厂辅助控制方 案的一大趋势 ， 把水、 煤 、 灰三个监控 网络集 中起来 形成全厂的“ 辅助控制公用 网” ， 实现高度集 中的全 厂辅助系统 的新型生产模式 ， 使全厂的辅助 系统集 中控制达到一个新的水平。 火 电厂辅助车间可以实现监控网络化和集 中控 制 ， 提高辅助车间运行与管理水平、 减少运行和维护 人员 ， 提高 电厂运行的安全性和经济性 。 辅助车间监 控网络化和集 中控制是火电厂实现综合 自动化 的基 础， 建议加以推广 。 编辑郝 竹 筠 维普资讯