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王海濤（1971－）

男，吉林白城人，北京工業(yè)大學(xué)軟件工程專業(yè)在讀碩士研究生，曾就職于吉林省電力建設(shè)公司、黑龍江伊春熱電廠，2004年，加入北京和利時系統(tǒng)工程有限公司，擔(dān)任多個項(xiàng)目的項(xiàng)目經(jīng)理。

摘要：本文主要通過DCS控制系統(tǒng)在湖南創(chuàng)元發(fā)電廠項(xiàng)目輔網(wǎng)的應(yīng)用實(shí)例，全方位的論述了自動化科技的發(fā)展給工廠所帶來的方便。同時，通過這個項(xiàng)目的成功應(yīng)用，更是看到未來工控領(lǐng)域全廠一體化解決方案的發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞：和利時；輔網(wǎng)控制；DCS（分散控制系統(tǒng)）；一體化

Abstract: The paper introduces in detail the convenience of factory brought by automation technology development by the example of Assistant Control System application in Hunan Chuangyuan power plant. Meanwhile, the development direction of integration scheme in future industry control can be seen by this successful application.

Key words: HollySys；HollySys；Assistant Control System；DCS (Distributed Control System)；Integration

1  引言

    和利時公司DCS系統(tǒng)歷經(jīng)10年多的發(fā)展，目前已經(jīng)發(fā)展到第四代DCS系統(tǒng)--HOLLIAS-MACS控制系統(tǒng)，并已經(jīng)在多個大型火電廠及其他行業(yè)的控制領(lǐng)域得到了非常廣泛的應(yīng)用。近幾年來，DCS系統(tǒng)更逐漸深入地應(yīng)用到循環(huán)流化床機(jī)組和燃煤機(jī)組的水網(wǎng)、煤網(wǎng)、灰網(wǎng)等輔控領(lǐng)域。湖南創(chuàng)元電廠主機(jī)2X300MW火電機(jī)組主網(wǎng)及輔網(wǎng)(水網(wǎng)、煤網(wǎng)、灰網(wǎng))控制系統(tǒng)項(xiàng)目均采用和利時的MACS系統(tǒng)。主機(jī)控制系統(tǒng)采用DCS控制的較為普遍，輔網(wǎng)則相對較少，本文主要介紹HOLLIAS-MACS控制系統(tǒng)在此類機(jī)組輔網(wǎng)上的設(shè)計(jì)和應(yīng)用。

2  輔網(wǎng)控制系統(tǒng)范圍介紹

    該項(xiàng)目輔控系統(tǒng)共包括水網(wǎng)控制系統(tǒng)、煤網(wǎng)控制系統(tǒng)、灰網(wǎng)控制系統(tǒng)，上述輔助車間的控制全部采用DCS控制系統(tǒng) ，實(shí)現(xiàn)全顯示器/鍵盤監(jiān)控，不設(shè)后備常規(guī)監(jiān)控設(shè)備。輔助車間根據(jù)各車間地理位置和系統(tǒng)的相關(guān)性構(gòu)成水、煤、灰三個控制網(wǎng)絡(luò)，在機(jī)組初始調(diào)試期間，上述各個網(wǎng)絡(luò)互相獨(dú)立，當(dāng)調(diào)試工作完畢，全廠投入運(yùn)行時，通過以太網(wǎng)連接成集中控制網(wǎng)，在集中控制室設(shè)置監(jiān)控站，從而對各個輔助車間實(shí)現(xiàn)監(jiān)控。

    水網(wǎng)包括：化學(xué)補(bǔ)充水車間，取樣加藥車間，凈化站車間，化學(xué)廢水車間。

    煤網(wǎng)包括：輸煤綜合樓，煤倉間，含煤廢水車間。

    灰網(wǎng)包括：除灰綜合樓，燃油泵房，灰?guī)煸O(shè)備間，除灰水泵房。

3  系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 輔控系統(tǒng)整體式框架設(shè)計(jì)

    HOLLiAS-MACS系統(tǒng)可以設(shè)計(jì)成采用具有物理服務(wù)器結(jié)構(gòu)的雙層網(wǎng)結(jié)構(gòu)和沒有物理服務(wù)器結(jié)構(gòu)的單層網(wǎng)結(jié)構(gòu)，根據(jù)本系統(tǒng)情況，為便于輔控各系統(tǒng)待機(jī)組調(diào)試工作完成后連接成在集中監(jiān)控室集中監(jiān)控的運(yùn)行要求，本工程采用具有物理服務(wù)器結(jié)構(gòu)的雙層網(wǎng)結(jié)構(gòu)；同時結(jié)合HOLLiAS-MACS系統(tǒng)獨(dú)有的“域”的功能，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)之初，上述系統(tǒng)域號設(shè)計(jì)如下：水網(wǎng)為0號域，煤網(wǎng)為1號域，灰網(wǎng)為2號域。從而完成各個系統(tǒng)的既可以獨(dú)立操作，又可以在必要的時候進(jìn)行切換控制，達(dá)到資源共享的目的。

    輔網(wǎng)控制系統(tǒng)共設(shè)兩臺操作員站，用來監(jiān)控水網(wǎng)，煤網(wǎng)，灰網(wǎng)。

    （1）水網(wǎng)控制系統(tǒng)：包括化學(xué)補(bǔ)水系統(tǒng)，化學(xué)廢水系統(tǒng)，取樣加藥控制系統(tǒng)，凈化站控制系統(tǒng)，脫硫廢水系統(tǒng)5個子系統(tǒng)，每個子系統(tǒng)設(shè)獨(dú)立的控制站，共設(shè)計(jì)5個現(xiàn)場控制站，各控制站分布在不同的就地設(shè)備間，與監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)之間采用光纖連接，形成冗余光纖網(wǎng)絡(luò)。

    （2）煤網(wǎng)控制系統(tǒng)：煤網(wǎng)系統(tǒng)包括輸煤綜合樓部分，煤倉間部分，含煤廢水部分共3個部分，每個部分設(shè)置獨(dú)立的控制站，共設(shè)計(jì)3個現(xiàn)場控制站，各控制站分布在不同的就地設(shè)備間，與監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)之間采用光纖連接，形成冗余光纖網(wǎng)絡(luò)。

    （3）灰網(wǎng)控制系統(tǒng)：灰網(wǎng)系統(tǒng)包括除灰綜合樓，燃油泵房，灰?guī)煸O(shè)備間，除灰水泵房4個部分，每個部分設(shè)置獨(dú)立的控制站，共設(shè)計(jì)4個現(xiàn)場控制站，各控制站分布在不同的就地設(shè)備間，與監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)之間采用光纖連接，形成冗余光纖網(wǎng)絡(luò)。

3.2 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)構(gòu)成

    由于水網(wǎng)、煤網(wǎng)和灰網(wǎng)系統(tǒng)均采用HOLLIAS-MACS系統(tǒng)雙層網(wǎng)典型結(jié)構(gòu)，下面以煤網(wǎng)系統(tǒng)為例，來介紹網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的構(gòu)成。

3.2.1重要節(jié)點(diǎn)

    煤網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)有一臺工程師站，用于完成工程設(shè)計(jì)、組態(tài)、調(diào)試維護(hù)等任務(wù)；兩臺操作員站，用于運(yùn)行人員對系統(tǒng)被控設(shè)備的監(jiān)控、操作等。一對系統(tǒng)服務(wù)器，用于為系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)服務(wù)和歷史數(shù)據(jù)的存儲功能。三對冗余的現(xiàn)場控制站。

3.2.2網(wǎng)絡(luò)設(shè)備

    該系統(tǒng)上層網(wǎng)稱為MNET，分為冗余的A網(wǎng)和B網(wǎng)，網(wǎng)段分別為130和131，采用2臺16口智能以太網(wǎng)交換機(jī)，該系統(tǒng)下層網(wǎng)稱為SNET，分為冗余的A網(wǎng)和B網(wǎng)，網(wǎng)段分別為128和129，采用2臺16口智能以太網(wǎng)交換機(jī)。

      

3.3 工程數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)

    工程分類設(shè)計(jì)如表1所示。

                         表1  工程分類設(shè)計(jì)表

     
 3.4 系統(tǒng)對時結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

    DCS系統(tǒng)的對時結(jié)構(gòu)直接決定了系統(tǒng)SOE信號的精度，該設(shè)計(jì)方案能夠解決由于SOE信號從屬于不同的控制器而帶來精度誤差偏大的問題。精確的對時系統(tǒng)配置框圖和原理框圖如圖2所示。
       
         

                       圖2   系統(tǒng)配置框圖及原理框圖

3.4.1系統(tǒng)校時流程

（1）GPS天線收到時間信號；
   （2）從串口上發(fā)到FM197校時集線器中；
   （3）FM197校時集線器發(fā)到系統(tǒng)時間服務(wù)器中；
   （4）時間服務(wù)器定時或在本機(jī)時間改變時在網(wǎng)內(nèi)廣播校時包；
   （5）設(shè)置同時間服務(wù)器同步的客戶機(jī)收到校時包后改變本機(jī)系統(tǒng)時間；
   （6）客戶機(jī)開始運(yùn)行系統(tǒng)時向時間服務(wù)器請求校時。

3.4.2系統(tǒng)校時特點(diǎn)

（1）控制系統(tǒng)校時收發(fā)以網(wǎng)絡(luò)傳遞為主；
   （2）SOE關(guān)鍵快速時鐘校對以硬接線發(fā)妙脈沖為主，保證站間SOE時鐘誤差≤1ms；
   （3）采用校時集線器接受GPS時鐘信號，給DCS時鐘服務(wù)器、SIS系統(tǒng)及其他設(shè)備同時進(jìn)行校時；
   （4）網(wǎng)絡(luò)校時時鐘服務(wù)器唯一設(shè)置。

3.5 系統(tǒng)的配電及接地

 單元機(jī)組和公用系統(tǒng)各自分別含有一套配電柜，為每個機(jī)柜和其它用電設(shè)備供電。配電柜接受兩路來UPS1電源和UPS2電源，包含為每路用電設(shè)備提供獨(dú)立保險(xiǎn)開關(guān)，配有專用的交流冗余切換裝置，采用雙路電源切換。

 電源切換裝置核心設(shè)備為施耐德快速動作接觸器。采用雙電源切換裝置，第一路UPS1為主，第二路以UPS2為主，保證系統(tǒng)內(nèi)無論哪一路出現(xiàn)欠壓、故障或者接觸器故障時，可以保證DCS工作電源穩(wěn)定及切換正常。其接觸器切換時間不大于20ms，可以保證負(fù)載正常工作。切換后的電源為DCS相關(guān)設(shè)備供電。切換裝置原理及經(jīng)過切換裝置供電的圖如圖3所示。

      

                      圖3   切換裝置原理及裝置圖

                            圖4   接地示意圖

3.5.1 接地方案

    由現(xiàn)場附近的熱工電源盤供電，或由布置于控制室里的DCS電源柜供電。為保證遠(yuǎn)程I/O柜內(nèi)各采集模塊的電源穩(wěn)定，電源經(jīng)過UPS電源穩(wěn)壓后供給，該路電源失去時UPS仍可保證遠(yuǎn)程I/O能正常工作一段時間。

    遠(yuǎn)程I/O柜布置于現(xiàn)場，離控制室里的DCS系統(tǒng)接地柜的匯流總排較遠(yuǎn)，因此遠(yuǎn)程I/O柜的接地就近接入現(xiàn)場的地網(wǎng)。遠(yuǎn)程I/O的安全地、屏蔽地和邏輯地在柜內(nèi)一點(diǎn)匯流后作為接地點(diǎn)，該接地點(diǎn)由專用的接地電纜接入現(xiàn)場地網(wǎng)，接地電阻要求不大于4歐姆。

    創(chuàng)元電廠2*300MW機(jī)組工程是一個含主機(jī)組及輔助控制系統(tǒng)的大型一體化控制的火電機(jī)組，輔網(wǎng)控制系統(tǒng)是全廠熱工自動化的重要組成部分，采用以上的各項(xiàng)設(shè)計(jì)方案，使電廠輔網(wǎng)控制達(dá)到了布置分散，控制集中，達(dá)到了全廠一體化的目標(biāo)。隨著DCS分散控制系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用，無論是硬件系統(tǒng)，軟件設(shè)計(jì)組態(tài)，還是在運(yùn)行管理上都積累了很多成熟可信的經(jīng)驗(yàn)。同時，依靠先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)來合理有效地提高全廠的控制水平，是整個電廠經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的重要保障。輔助控制系統(tǒng)與主機(jī)組DCS實(shí)現(xiàn)一體化控制，能夠優(yōu)化電廠資源配置、降低備品備件數(shù)量、減少維護(hù)費(fèi)用、達(dá)到降低產(chǎn)品成本，減人增效，為實(shí)現(xiàn)“廠網(wǎng)分開，競價上網(wǎng)”，增強(qiáng)電廠的市場競爭力提供了重要保證。