火电厂监控网络的一体化方案.pdf

4 9 2 电力与 能源 第 3 3 卷第 5 期 2 0 1 2年 1 O月 火电厂监控网络的一体化方案 刘春梅 ， 殷 顺 ， 胡雁辉 中机国能电力工程有限公司 ， 上海2 0 0 0 6 1 摘 要 对 火力发电厂 的发 电机组分 散控 制系统 以及煤 、 灰 、 水 等辅助控制系统 的应用现 状作 了分析 ， 包 括 目 前经常采用 的几种配置方案及其优缺点 ， 并对 一体化 配置方 案的可行性 进行 了分析 以及 一体化 配置方 案的 实施方法进行 了探讨 。对控制系统将来 的发展趋 势作 了可行 性探讨 ， 并 且提 出了火电 厂监控 网络 一体化 的 实施方案 。 关键词 火电厂监控网络 ； 辅助控制 系统 ； 分散控制系统 ； 一体化配置 中图分 类号 T M6 2 1 ． 6 文献标 志码 B 文章编码 2 0 9 5 1 2 5 6 2 0 1 2 0 5 0 4 9 2 一O 3 I n t e g r a t e d Pr o po s a l f o r M o n i t o r i n g a n d Co nt r o l Ne t wo r k o f Fo s s i l f i r e d Po we r Pl a n t Li u Ch un me i，Yi n Sh un I H u Ya n hui Ch i n a S i n o g y El e c t r i c E n g i n e e r i n g Co ．，Lt d ． ，S h a n g h a i 2 0 0 0 6 1 0 引言 火 电厂监 控 网络包 括火 电厂发 电机 组 的主控 制系统和煤 、 灰 、 水等辅助控制系统 ， 目前大型机 组 主控 网络 采 用分 散 控 制 系 统 D C S ， 由 于种 种 原 因 ， 专 用控 制装 置之 间 的连接 和交 流遇 到障碍 ， 整个控 制 系统被 分 成 多 个信 息 孤 岛 ， 控 制 的 效果 受到影 响 。采用 火 电厂监控 网络 一体 化方 案建 立 一 个统 一 的硬件 和 软 件 的系统 平 台 ， 利 用 这 个 平 台进行厂级的统一监控 ， 有利于全面反 映生产状 况 ， 而且可 以实现硬件的统一配置 ， 减少控制设备 的备品备件 ， 具有一定 的经济性。本文将对热控 系统 网络配置 的发展 和现状进行分析， 并对一体 化 配置 的可行 性 进 行 研究 ， 提 出实 现 一 体化 配 置 的实施 方案 。 1 热控 系统网络配置的现状 大 型 机 组 主 控 网 络 采 用 分 散 控 制 系 统 D C S ， 其 中的热控系统对机组 的安全经济运行 发挥 了重要 的作 用 。 目前 热控 系统 网络 配置有 三 种方 案 。 1 ． 1 第 一种 方案 第 一 种配 置方 案 ， 热控 系统 网络 所包 括 的机 组 分 散控 制 系统 D C S 、 汽 机数 字 电 液控 制 系统 D EH 、 汽 机 紧急 跳 闸 系 统 E TS 、 给 水 泵 汽 轮 机数 字 电液控 制 系统 MEH 、 给水泵 汽 轮机 紧 急 跳 闸 系统 ME T S 分 别 采 用 不 同品 牌 DC S ， 各 辅 助系统 采用 以可编 程控 制器 P L C 为基 础 的 独立 监视和控制 ， 每个辅助车间设置 1套监控系统 ， 并 设置单 独 的监控 点 。 此方 案 的 背景 是 当时 的 D C S系统 尚处 于初 步阶段， 各种辅机设备厂家都具 备开发 自身设备 控制 系统 的能力 ， 这 些 系统 往 往 不具 备 开 放 型 接 口 ， 电厂 中 只能 组 成 多个 以孤 立 的 专用 控 制 装 置 为基础的小型控制网络 ， 硬件和软件的通讯有许 多障碍 ， 形成了多个信息孤岛。 新 建大 型燃煤 电厂 虽然 可 以要 求辅 机设 备厂 家提供 的 P L C控 制 系统 采 用 同 一 品 牌 的可 编 程 控制器 ， 但是 同一 品牌 的可编程控制器的硬件 和 软件 版本都 可 能存 在 较 大差 异 ， 控 制 策 略 和组 态 上也不尽相 同， 孤立的专用控制装 置之 间的连接 和交流障碍不能完全解决 ， 全厂管控一体化监控 网络很难 实现 。 1 ． 2第二种 方案 第 二 种 配 置 方 案 ， 机 组 DC S 、 DE H、 E TS 、 ME H、 ME TS采 用相 同的 硬件 ； 全 厂辅 助 系统 采 用 P L C集 中监控 网络 。 随着 P L C的技术发展 ， P L C已经可 以处理 模 拟 量 数 据 ， 并 且 安 全 性 和 通 讯 能 力 也 接 近 于 DC S的水 平 ， 某 些 P L C还具 有模 拟量 调节 回路控 制功能。P L C的发展促进 了电厂控制一体化 的 发展 ， 采用 全厂 辅助 系统集 中监 控 网络 B O P ， 可 刘春梅 ， 等 火 电厂监控 网络的一体化方案 4 9 3 以形 成 一 个 统 一 的 监 控 站 系 统 ， 通 过 通 讯 将 各 P L C控 制 系统 连 接在 一起 ， 并在 该 监 控站 上集 中 监 控 。这种 监控 方式 己比单纯 的孤 岛式 的辅 助设 备 控制 方式 前进 了一 大 步 ， 但 是 火 力 发 电厂 厂级 监 控信 息 系统 S I S 的各 项 监 控 功 能 的数 据 接 口 没有包涵辅助设备 ， 与全厂监控一体化监控的要 求 尚有 一定 距离 。 1 ． 3第三 种方 案 第 三 种 配 置 方 案 ， 机 组 DC S 、 D EH、 E TS 、 ME H、 ME T S采用 相 同 的硬 件 ； 全 厂辅 助 系统 采 用 与机 组 D C S相 同硬件 ， 组成 辅控 DC S 。 目前 ， 火 电机 组 已普 遍 采 用 D C S控 制 技 术 ， 实 现 了机组 各项 功 能 的控 制 一 体化 ， 大 容 量 机组 采 用全 能 值 班 员 的机 组 运 行 监 视 。D C S为 发 电 机 组 主机 的安全 经 济 运 行 提 供 了保 证 ， 这 种 控制 方 式成 为 当前公 认 的主 机 系 统 的 优 秀 控制 方 式 ， 与 此形 成鲜 明对 比的是各 厂辅 助 车间运 行 监控水 平 相差 较大 。 随着 D C S价格 大幅下 降， 特别是 国产 DC S 价 格 已低 于相应 规模 的 P L C上位 机价 格 ， 性 能 也 更 好 ， 因此 越来 越 多 地 被 用 于实 现 辅 助 车 间集 中 控 制 。采用 这 种控 制 技 术 ， 辅 助 车 间集 中控 制 可 以达 到与 主机 D C S相 当的控 制水 平 ， 并 提供 与 主 机 DC S及 其他 管 理 系统 联 网 的可 能 性 。也 为 实 现 全 厂管控 一体 化创 造 条件 。 2一些 D iE S系统产 品的特点 目前 D C S产 品 的 制 造 商 主 要 有 西 屋 公 司 、 AB B公 司 、 西 门子 公 司 和 上 海 福 克 斯 波 罗 ， 各 公 司产 品 的系统 通讯有 不 同 的特点 。 1 西屋 公 司 西屋 公 司的 O v a t i o n系统 采用 TC P ／ I P通 讯 网络 ， 通 讯速 率 为 1 0 0 Mb p s ， 以光 纤 作 为介 质 ， 两 站 之 间距 离 可 达 2 k m。超 过 2 k m 时 ， 可选择单模 光纤 ， 两 站之 间距 离可达 6 0 k m。 2 AB B公 司 ABB公 司 S y mp h o n y系统 中 用 于过程 控制 和过 程管 理数 据交 换 的控 制 网络为 C n e t ， C n e t的 环 形 网 络 用 于 连 接 现 场 控 制 站 HC U D P U 柜 、 人 机 系 统 接 口和 系统 工 程 设 计 工具 ， 环形 网络使用 内存插入式的存储转发协议 ， 数据 传输 率 为 1 0 Mb p s ， 可 采 用 同轴 电缆 和 光 纤 介质 ， 相邻两节点之间的距离可达 2 k m 以上 。 3 西 门子公 司 西 门子 公 司 的 T X P系 统 的 电 厂 总 线 ， 可 以 用 于 AS 6 2 0 自动 控 制 系 统 D P U 柜 、 O M6 5 0过 程 控 制 和管 理 系 统 的处 理 器 P u／ s U、 E S 6 8 0工 程 设 计 系 统 处 理 器 E S和 D 8 6 7 0诊 断 系统 处 理 器 D S之 间 的通 讯 ， 终端 总 线可 用 于 P U／ S U、 OM6 5 0操作 终端 操 作员 站 、 E S 6 8 0操 作终 端 E T 工程 师 站 和 D S 6 7 0操 作终 端 D T之间的通讯 。电厂总线和终端总线通过使 用光 缆 的局域 以太 网建立 ， 采 用 I E E E 8 0 2 ． 3标 准 的碰撞检测 C S MA／ C D 协议 ， 传输介质可采用 同轴 电缆和光 纤 ， 最远 距离 可达 4 3 0 0 m。 Me s t s o 公 司 的MAX D NA 系 统 采 用 MAX n e t 通讯 网络 连 接 工 程 师 站 、 操 作 员 站 和机 柜RP U D P U柜 ，MAX n e t 通 讯 采 用 1 0 0 Mb p s 的交换 式 以太 网 ， 支 持双绞 线 和光 纤介 质 。当机柜 与控 制室 的距 离低 于 1 8 0 m 时 可采用 双 绞线 ， 超过 1 8 0 m 时需采 用光 纤介 质 ， 最 远距 离 可 达 1 8 0 0 m。 4 上 海 福 克 斯 波 罗 上 海 福 克 斯 波 罗 的 I ／ AS e r i e s 系 统 的 结 构 ，按 节 点 概 念 构 成 ， I ／ AS e r i e s 系统 各个 站 控 制处 理 机 ， 应 用 操 作 站 处 理机 等 通 过 节点 总线 No d e b u s 相 互 连 接 ， 形 成 过 程 管 理 和 控 制 节 点 ，节 点 总 线 符 合 I E E E S 0 2 ． 3标 准 。 系统 采用 总线 形式 ， 传递 媒 体 为 同轴 电缆 或光 缆 ， 通 讯 管 理 方 式 采用 碰 撞 检 测 C S MA／ C D 方式 ， 数据传 输率为 1 0 0 Mb p s ， 节 点 总线最 大长 度 可 为 7 0 0 m。控 制处 理 机 通过 现 场 总线 和现 场 总 线 组件 连 接 ， 现 场 总线 采 用 双 绞 线 ， 最大长度 可达 1 8 O O m， 采用光 缆可达 2 0 k m。 从 以上 几 家在火 电厂 常用 的 D C S来 看 ， 除 了 I ／ A S e r i e s系统 节点 总 线 因长 度有 一 定 限制 必须 合理设计优化外， D C S厂家的高速数据总线的通讯 距离均能满足在电厂分别建立集控室、 锅炉电子设 备间、 汽机电子设备间等的物理分散要求 。 3一体化配置方案 火 电厂监 控 网络包 括火 电厂 发 电机 组 的主控 制系 统 和煤 、 灰 、 水 等辅 助 控 制 系统 ， 监 控 网络一 体化 是一个 采 用 统 一 的硬 件 和 软 件 的 系统 平 台。 在这 个平 台上 应 用 厂级 监 控 信 息 系统 S I S 和厂 级管 理信 息 系统 MI S ， 可 以保 证 全 厂 生产 数 据 库 的统一 完整 ， 最 大 程 度地 反 映生 产 状 况 的统 计 信息 ， 有利 于全 厂 仪 表 和控 制设 备 的统 一 管理 和 降低 维护 成本 ， 并做 到统 一 配置硬 件 ， 减 少备 品备 件 ， 具有一定的经济性。 4 9 4 刘春梅 ， 等 火 电厂监控 网络 的一体化方案 3 ． 1可行性 随着 网络 和计算 机 技 术 的发 展 ， D C S的性 能 指标也有了很大的提高， 在 电厂已得到普遍应用， 集控室内取消了常规仪表及后备手操设备 仅保 留少数几个停机、 停炉的手操按钮 ， 集控室布置 越来 越 简洁 ， 在 同一 个 集控 室 内可 以布 置更 多 的 单元 机组 控制 系统 和辅 助控制 系 统监控设 备 。结 构改进后 D C S网络抗干扰性有很大提高 ， D C S网 络节点间的最大距离已达 2 ～4 k m， 通 过通信 总 线 ， 操 作员站 可 以布 置 在 离 过程 控 制 机 柜 较 远 的 集 控室 内。 采 用先 进 、 成熟 、 可靠 的 D C S网络 ， 在 集 控 室 内能 实现 对辅 助 车 间集 中监 控 ， 将使 辅 助 车 间 的 监控水 平逐 步赶 上 主机 系 统 的监 控 水 平 ， 与 厂 级 监控 信息 系统 S I S 连 接变 得更 为简单 ， 提 高 了全 厂生 产 系统 的协 调运 行 和 优 化 管理 水 平 ， 为 实 现 全厂 管控 一体 化 打 下 了 良好 基 础 ， 也 为 电 厂减 员 增效 和节 约投 资创 造条件 。 3 ． 2实 施方 案 监 控 网络 由主 网 和辅 网两 部分 组 成 ， 主 网和 辅网采用优化配置。主机 D C S系统包括数据采 集 系统 D AS 、 调 节 控 制 系 统 MC S 、 燃 烧 器 管 理系统 B MS 和顺序 控制系统 S C S 。由汽机／ 给水泵汽机制造厂成套供货的汽机数字电液控制 系统 D E H 、 汽 机 紧 急 跳 闸 系 统 E TS 、 给水 泵 汽机数 字 电液控 制 系统 ME H 、 给 水泵 汽机 紧急 跳 闸系统 ME TS 等 系 统 的软 硬 件 与 主机 DC S 相同， 与 D C S组成一体化控制系统 。由锅炉制造 厂成套供货的吹灰 程控 、 烟温探针控制等纳入主 机 DCS。 两 台机组 的分 散控 制系 统之 间设 置一公 用 网 段 ， 分别 与两 台 机组 的 D C S通 过 网关 联 接 ； 全 厂 水 、 煤 、 灰 等 辅助 系统 车 间 采用 一套 独立 的辅控 D C S ， 辅 控 D C S分 别 设 置 水 网 、 灰 网 、 煤 网 三 个 “ 域 ” ， 域 之 间采 用 全 双 工 交换 机 直 接 互联 。辅 控 D C S通过 网桥 与机 组公 用 DC S网络 联接 ， 在机 组 D C S操作 员 站 上 可 实 现 对 辅 助 系 统 车 间 进 行 监 视 。两 台机组 的脱 硫 系统采 用一套 独立 的脱 硫 控 制 系统 F GDD C S ， F GDDC S通 过 网桥 与 机组公用 D C S网络联 接， 在机组 D C S操作员站 上可实现对烟气脱硫 系统进行监视 。通 过交换 机／ 网络 接 口机 ， S I S与 主 网和 辅 网 相 联 ， 可 以获 取生 产过 程 的实时 信息 。 辅控 系统 采用 P L C与 D C S方 案 的 技术 和经 济比较 在技术性能方面 ， 当辅助系统采用集中监 控方式时， D C S以其成熟 的通讯 网络和高性能 的 硬件产品， 特别是 以整个系统作为开发和供货 的 设计 理 念 ， 表 现 出 比 P L C的集 中监 控方 式 更 加安 全 、 可靠和先进。在经济方面， 对于相同的被控对 象 和完 成相 同 的监 控功 能 ， 采 用 D C S方案 的投资 要比采用 P L C方案略高 。国内的一些 D C S供应 商有辅 助控 制 系统 的工 程业 绩 ， 并 且 其 价 格 较 国 外品牌低 ， 国内许多火电厂已开始采用 D C S一体 化 的控 制方 案 。机 组 控 制 系统 含 汽轮 机 岛和 锅 炉 岛 配 套 控 制 系 统 采 用 D C S ， 辅 控 D C S 、 脱 硫 F G D DC S采用 与机 组控 制 系统 同一 的 DC S ， 并 通 过公 用 D C S网络 实 现互 连 ， 实 现 全 厂 监 控 一 体 化 。 1 集控 室 工 程方 案设 计 中 ， 两 台机 组设 置 一 个集 控室 ， 集 控 室 布 置 机组 D C S操 作 员 站 、 网 控 操作 员站 、 值长 站 、 液 晶显 示器 、 全厂 闭路 电视 、 火灾报 警盘 等设 备 ； 预 留有辅 控 系统 操作 员 站 的 布置位置 ， 以便逐步过渡到全厂集 中控制方式。 2 辅 控 室 全 厂 水 、 煤 、 灰 等 辅 助 系 统 车 间 采用集 中控制方式， 全厂设置一个辅控 室， 辅 控室设置在灰渣控制楼内。辅控室布置辅控系统 操作 员站 、 脱硫 F GDD C S操 作员 站 。 3 后 备 监控 点 在 锅 炉 补 给 水处 理 车 间和 输 煤综合 楼设 置水 控 和煤 控 后 备 站 ， 可 以满 足就 地 维护 和调试 的需 要 。 4 机 组 DC S、 辅控 DCS、 脱硫 FGDDCS采 用 同一 品 牌 D C S 只 有 实 现 了全 厂控 制 系统 的 互 连 ， S I S才 能得 到实 时 的全 厂生 产 数 据 ， 使 全厂 监控一 体化 成为 可能 。 4 结 语 DC S目前 已广 泛应 用 于 电厂 的机 组 控 制 ， 在 辅 助车 间采用 D C S系统 的方案 也不 少 ， 特别 是 机 组 D C S与辅网 D C S一体化设计 ， 其优点主要体 现在提高管理效率 ， 节省建设投 资， 减少维护难 度 。因此 ， 从 电厂一 开始 就进 行统 一 的规划 ， 可 以 做到即节省投资， 又提高 自动化水平 。 收稿 日期 2 0 1 2 0 9 - 1 2 作者简介 刘春梅 ， 1 9 7 7 一 ， 女 ， 工程师 ， 硕 士研 究 生， 从事 电 力 热 控设 计 。 编 辑 吴 国 粱