【編者按】本文討論了大型火電廠輔助車間系統(tǒng)的控制要求揽券，以大唐南京發(fā)電有限公司的全廠輔助車間為例题姜，介紹了NT6000分散控制系統(tǒng)在輔助車間集中控制項目上的設(shè)計方案、實踐情況榕诬、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和工程特色决榔。

關(guān)鍵詞：DCS、輔助車間集中控制菜犀、現(xiàn)場總線

大唐南京電廠建設(shè)規(guī)模是2臺660MW超超臨界燃煤發(fā)電機組乡鼻。按照大唐集團公司的精神和設(shè)計原則：第一要采用新技術(shù)，來提高自動化水平栽斑，第二要降低電廠的建設(shè)投資成本艇挨，第三在運行之后残炮，要進(jìn)行運行方式的改革，以實現(xiàn)減員增效缩滨。按照這樣一個原則势就，在輔助車間的技術(shù)方案選型上，打破了常規(guī)方案的局限脉漏，選用了集中控制方案;在硬件平臺的選擇上苞冯，將PLC和DCS放在一起進(jìn)行比較，最終經(jīng)過招投標(biāo)選擇了性價比更好侧巨，更加適合集中控制應(yīng)用要求的科遠(yuǎn)NT6000分散控制系統(tǒng)舅锄。同時在部分系統(tǒng)中，采用了現(xiàn)場總線技術(shù)司忱，為現(xiàn)場總線技術(shù)在火電廠的應(yīng)用巧娱，進(jìn)行了有益的嘗試。

1烘贴、控制系統(tǒng)配置

大唐南京電廠全廠輔助系統(tǒng)(車間)集中控制系統(tǒng)的控制范圍包括：綜合泵房、凈水系統(tǒng)撮胧、鍋爐補給水系統(tǒng)庸伏、兩臺機組的凝結(jié)水精處理及再生設(shè)備，化學(xué)取樣加藥系統(tǒng)围娃、機組排水槽技乡、脫硝氨區(qū)、工業(yè)和脫硫廢水處理碎痘、生活污水處理技碍、煤泥水處理、暖通创靴、輸煤云许、除灰系統(tǒng)、除渣偶刃、電除塵和脫硫等工藝系統(tǒng)辣候。按照工藝系統(tǒng)，控制系統(tǒng)分成水務(wù)控制系統(tǒng)嘹谎、灰煤渣控制系統(tǒng)大熟、脫硫控制系統(tǒng);其中水務(wù)控制系統(tǒng)監(jiān)控點設(shè)在主控室內(nèi)，灰煤渣控制系統(tǒng)囤恶、脫硫控系統(tǒng)監(jiān)控點設(shè)在輔控綜合樓偿荷，每個監(jiān)控站均為全功能站，能夠監(jiān)控和操作全廠輔網(wǎng)設(shè)備狀態(tài)唠椭，同時通過權(quán)限設(shè)置不同的用戶跳纳，區(qū)別監(jiān)視和操作輸煤忍饰、除灰、脫硫等工藝系統(tǒng)設(shè)備棒旗，構(gòu)建了一個全廠輔助車間集中控制系統(tǒng)喘批。

1.1、監(jiān)控點配置

本工程設(shè)置2個值班監(jiān)控點和3個后備監(jiān)控點铣揉。值班監(jiān)控點在正常運行時完成對輔助車間各系統(tǒng)的監(jiān)控;后備監(jiān)控點作為調(diào)試饶深、試運行、檢修時的后備操作點逛拱，按無人值班考慮敌厘。一個值班監(jiān)控點設(shè)在單元機組集控室內(nèi), 配置4 套輔助車間控制系統(tǒng)操作員站，監(jiān)控對象為水務(wù)控制系統(tǒng);另一個監(jiān)控值班點設(shè)在輔控綜合樓朽合，配置6 套輔助車間控制系統(tǒng)操作員站俱两，監(jiān)控對象為脫硫、輸煤祖擦、除灰渣系統(tǒng)舶酒。輔控綜合樓工程師站有脫硫工程師站1 套，輔網(wǎng)工程師站1 套酷豫、SIS 接口裝置1 臺缰橘，歷史數(shù)據(jù)服務(wù)器1 套。3個后備監(jiān)控點按無人值班考慮雀秤，分別為化學(xué)水處理2個后備監(jiān)控點赞拼、凝結(jié)水1個后備監(jiān)控點。后備監(jiān)控點用于調(diào)試缔龟、檢修及試運行期間的操作璃锻，具備針對本系統(tǒng)的獨立監(jiān)控能力與組態(tài)調(diào)試能力。

1.2值豫、控制器與I/O 配置

整套控制系統(tǒng)配置25對冗余控制器玫葡，IO點配置規(guī)模為13000點左右。

(1)水務(wù)控制系統(tǒng)配置

綜合泵房胚览、凈水處理配置1對控制器;

反滲透茶月、化學(xué)除鹽、再生系統(tǒng)及化學(xué)電源系統(tǒng)配置2 對控制器;

每臺機組的凝結(jié)水精處理及汽水取樣配置2 對控制器;

凝結(jié)水精處理再生配置1對控制器;

暖通系統(tǒng)配置2對控制器;

工業(yè)廢水處理及脫硫廢水配置2對控制器鹉动。

在廢水系統(tǒng)中采用了profibus現(xiàn)場總線技術(shù)轧坎，每條總線上分別有DP、PA設(shè)備組成泽示，DP總線包含的設(shè)備有：馬達(dá)控制器缸血、電磁閥導(dǎo)、電動門執(zhí)行機構(gòu)等; PA總線包含的設(shè)備有：液位計械筛、壓力變送器捎泻、流量等飒炎。替代了傳統(tǒng)IO點300點。現(xiàn)場總線方案與常規(guī)系統(tǒng)相比笆豁，減少了常規(guī)IO模件的使用郎汪，減少大量電纜及電纜敷設(shè)工作，能夠獲取總線設(shè)備的大量現(xiàn)場信息闯狱，降低了工程造價煞赢，縮短了施工和調(diào)試時間，系統(tǒng)可靠性高哄孤，診斷信息豐富照筑，便于后期維護。

(2)灰煤渣控制系統(tǒng)配置

輸煤綜合樓旅霍、轉(zhuǎn)運站诽矩、雨水泵配置2對控制器;

輸煤碼頭、煤倉铣翁、煤場配置3對控制器;

每臺機組除灰渣配置2對控制器;

灰?guī)熳獯ァ⒒夜谩眳^(qū)配置2對控制器供馍。

(3)脫硫控系統(tǒng)配置

每臺機組脫硫配置4對控制器误扯，脫硫公用系統(tǒng)配置2對控制器。

1.3银景、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

大唐南京電廠輔網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)分為三大環(huán)形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)組成，幾個子工藝系統(tǒng)組成單個冗余環(huán)形網(wǎng)絡(luò)鹤梳，單個冗余環(huán)網(wǎng)之間相對獨立诽粪，又通過交換機集聯(lián)的方式連接，形成全廠網(wǎng)絡(luò)岁九。詳細(xì)分布如下：

(1)水務(wù)網(wǎng)絡(luò)：綜合泵房君铁、凈水、化補水据块、廢水码邻、脫硫廢水、#1另假、2精處理及公用像屋、#1、2機暖通及公用;

(2)灰煤渣網(wǎng)絡(luò)：#1边篮、2機灰渣己莺、灰?guī)臁⒖諌簷C公用戈轿、輸煤(碼頭凌受、煤場阵子、煤倉)、電除塵通訊;

(3)脫硫網(wǎng)絡(luò)：#1胜蛉、2機脫硫挠进、脫硫公用。

大唐南京電廠輔控網(wǎng)絡(luò)圖

2誊册、項目應(yīng)用總結(jié)

2008年7月皇驼，該項目招投標(biāo)結(jié)束，2009年4 月第一次設(shè)計聯(lián)絡(luò)會完成靡隔，2010年8月4日和2010年12月4日扶蜻，兩臺機組順利通過168 小時，正式投入商業(yè)運營谆纸，標(biāo)志著大唐南京全廠輔助車間DCS 集中控制系統(tǒng)通過現(xiàn)場驗收搔绿。目前兩臺機組運行將近1年的時間，輔控集中控制系統(tǒng)硬件運行穩(wěn)定可靠耻炕，13000余點法顺、遍布全廠的大型控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)運行穩(wěn)定，未出現(xiàn)硬件損壞;系統(tǒng)易于使用定邪，經(jīng)過短期的培訓(xùn)快挡，維護人員就能夠熟練掌握系統(tǒng)的維護和修改。

通過NT6000在大唐南京電廠的應(yīng)用總結(jié)买臣，我們認(rèn)為NT6000的技術(shù)特點能夠很好地滿足集中控制的需求现蹂。

2.1、豐富靈活的組態(tài)模式滿足復(fù)雜多變的應(yīng)用需求

輔助車間集中控制包括多種多樣的控制需要术陶，有復(fù)雜的順序控制凑懂，也有復(fù)雜的模擬量控制。傳統(tǒng)的PLC系統(tǒng)的模擬量處理能力相對較弱梧宫，而傳統(tǒng)DCS在完成復(fù)雜順序控制時也顯示比較繁瑣接谨。

NT6000 DCS分散控制系統(tǒng)，支持IEC61131-3標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的五種編程語言塘匣，功能塊圖FBD脓豪、順序功能圖SFC、結(jié)構(gòu)化文本ST忌卤、梯形圖LD扫夜、指令表IL。傳統(tǒng)PLC系統(tǒng)的模擬量處理能力相對較弱的一個主要標(biāo)志是FBD功能塊中缺少專業(yè)化的控制模塊驰徊，而不得不使用結(jié)構(gòu)化文本ST或梯形圖LD來做復(fù)雜的二次開發(fā)历谍。NT6000的功能塊中除了標(biāo)準(zhǔn)的模擬量和開關(guān)量運算功能塊，還針對工業(yè)現(xiàn)場的常用需要設(shè)計了集成功能模塊辣垒，包括電動機望侈、各種開關(guān)閥門印蔬、調(diào)門、水位測量猛疗、流量計算的功能塊铅州，只要從功能庫中直接調(diào)出模塊，連接相關(guān)的IO測點定合，就可以組成功能完善的邏輯組態(tài)溶瞬。

對于傳統(tǒng)DCS而言，一般僅支持功能模塊圖FBD組態(tài)喂惜，完成模擬量控制的能力較強鄙骏，但是對于復(fù)雜的順序功能則顯示比較繁瑣。NT6000中的順序功能圖SFC是IEC61131-3標(biāo)準(zhǔn)中專門解決復(fù)雜順序功能的解決方案服半。SFC以自然語言的結(jié)構(gòu)來描述復(fù)雜的順序過程碗冈，組態(tài)效率和可讀性都非常好。對有著大量順序控制需求的輔助車間集中控制而言滤灸，SFC組態(tài)方式是一個非常好的解決方案怪褐。

2.2、高可靠性翁旁、大容量的網(wǎng)絡(luò)支持全廠分布集中控制

輔網(wǎng)集中控制中工藝系統(tǒng)比較多蝠欲，設(shè)備分布在全廠各個角落，整個輔網(wǎng)組網(wǎng)非常龐大倦微，所以網(wǎng)絡(luò)的安全性和容量就成為輔網(wǎng)中的一個重要問題妻味。NT6000的系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)叫做eNet，eNet是架構(gòu)在兩套獨立的工業(yè)以太網(wǎng)上的實時數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò),掛接在eNet上每一個設(shè)備欣福，包括控制器弧可、操作站員站、工程師站都有兩個獨立的以太網(wǎng)口劣欢，兩套網(wǎng)絡(luò)相互冗余。為了冗余特性裁良，eNet的A網(wǎng)和B網(wǎng)不是一用一備的關(guān)系凿将，而且同時工作，每一條報文通過A網(wǎng)和B網(wǎng)同時發(fā)送价脾，在數(shù)據(jù)接收端進(jìn)行判斷和篩選牧抵。因此,eNet不存在網(wǎng)絡(luò)切換的時間，不會出現(xiàn)A網(wǎng)B網(wǎng)切換過程中的數(shù)據(jù)中斷侨把。

為了提高NT6000的網(wǎng)絡(luò)傳輸效率犀变， eNet網(wǎng)絡(luò)采用了基于組播技術(shù)的控制器主動發(fā)送機制，由KM940控制器根據(jù)數(shù)據(jù)的變化情況秋柄，進(jìn)行主動地發(fā)送考叽，控制器只發(fā)送一份數(shù)據(jù)肢姜，由交換機根據(jù)操作站的需求進(jìn)行數(shù)據(jù)復(fù)現(xiàn)和傳輸。因此连碎，隨著操作站數(shù)量的增加驰闺，網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷和控制器負(fù)荷是恒定，1臺操作員站和100只操作員站弧哥，對于eNet的負(fù)荷壓力是近似的呕豪。

大唐南京電廠輔控eNet網(wǎng)絡(luò)中總共使用管理型工業(yè)以太網(wǎng)交換機17對， A\B網(wǎng)的交換機獨立成網(wǎng)榆眷。根據(jù)工藝系統(tǒng)的劃分糯档，組成水務(wù)網(wǎng)絡(luò)、灰煤渣網(wǎng)絡(luò)屡旺、脫硫網(wǎng)絡(luò)等三大環(huán)形冗余網(wǎng)絡(luò)(詳見大唐南京電廠輔控網(wǎng)絡(luò)圖)蜡幼，三個環(huán)形網(wǎng)絡(luò)之間進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)集聯(lián)。

這樣設(shè)計非常適合集控系統(tǒng)的施工過程贼酵。電廠建設(shè)首先是進(jìn)行水網(wǎng)的安裝調(diào)試糙笛，形成水務(wù)網(wǎng)絡(luò)，然后進(jìn)行灰煤渣控網(wǎng)的安裝組建調(diào)試工作烛愧，再進(jìn)行脫硫網(wǎng)的建設(shè)調(diào)試工作油宜，最后各個工藝系統(tǒng)調(diào)試結(jié)束，將所有的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行大連接怜姿，組建成為全廠輔網(wǎng)集中控制系統(tǒng)慎冤。

2.3、靈活的現(xiàn)場總線支持減少施工量沧卢、提升數(shù)字化水平

大唐南京電廠的建設(shè)目標(biāo)是樣本示范工程蚁堤，因為在設(shè)計中就決定采用現(xiàn)場總線技術(shù)，為同類機組的建設(shè)探索新路積累經(jīng)驗但狭。NT6000分散控制系統(tǒng)支持多種標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)場總線協(xié)議披诗，提供Profibus、FF立磁、Hart呈队、Modbus等各種現(xiàn)場總線通訊接口。項目設(shè)計中在廢水系統(tǒng)和脫硫廢水系統(tǒng)中采用了profibus技術(shù)唱歧，通過Profibus總線連接了現(xiàn)場的變送器宪摧、執(zhí)行器、閥島等現(xiàn)場設(shè)備烙凝。下圖是廢水#1號總線拓?fù)鋱D连欲。

大唐南京廢水總線圖

在上圖中,Profibus的網(wǎng)絡(luò)分為三個部分

(1)是從總線通訊卡連出來的單DP總線，DP總線掛接了12個DP從站設(shè)備(電機、電磁閥箱)椅损，每個從站設(shè)備只有一個DP接口帘战，為了提高可靠性，在總線設(shè)備最末端通過環(huán)形連接進(jìn)入另一塊總線通訊卡首袍，形成環(huán)形總線網(wǎng);(這種方式主要是為現(xiàn)場總線就地設(shè)備無法實現(xiàn)冗余總線而設(shè)計的)

(2)是掛接DP總線上的PA總線(壓力憋勇、流量、液位)衰呢，PA總線掛接了4個PA從站設(shè)備夫凭。

(3)是從冗余總線通訊卡連出來的雙DP總線，雙DP總線掛接了2臺雙DP接口的電動門猪出。(今后這種連接方式是現(xiàn)場總線的發(fā)展方向)

以上的系統(tǒng)包括了四種設(shè)備妇乏，31個總線型智能設(shè)備，包括了電動機保護單元鬓催、電磁閥箱肺素、變送器和智能型電動門，替代了傳統(tǒng)IO點300點宇驾。系統(tǒng)的總規(guī)模雖然不大倍靡，但是已經(jīng)能夠代表每一個現(xiàn)場總線分支的完整應(yīng)用。如果我們將廢水系統(tǒng)的方案课舍，進(jìn)行平臺的擴展塌西，就可以構(gòu)成一個完整的基于現(xiàn)場總線的控制系統(tǒng)。

綜上所述筝尾，NT6000分散控制系統(tǒng)在大唐南京電廠輔助車間集中控制的成功應(yīng)用捡需，是DCS應(yīng)用于大型火電廠輔助車間集中控制的一個成功的嘗試。NT6000所具有的靈活的組態(tài)方式筹淫、高可靠性大容量的網(wǎng)絡(luò)為采用DCS技術(shù)實現(xiàn)輔助車間集中控制創(chuàng)造了有益技術(shù)條件站辉。Profibus現(xiàn)場總線的應(yīng)用，為今后輔助車間的發(fā)展方向提供了有建設(shè)性的參考损姜。該項目從2010年8月投運以來饰剥，系統(tǒng)運行穩(wěn)定，操作簡單摧阅，維護工作極少寺癌，獲得了用戶的好評。

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