GE Fanuc的PACSystemsRX7i PLC在鳳臺(tái)電廠全廠輔網(wǎng)實(shí)施中的應(yīng)用

概述
      隨著電力市場的進(jìn)一步開放、電力改革的不斷深化和廠網(wǎng)分開、競價(jià)上網(wǎng)的逐步實(shí)施如何提高生產(chǎn)效率、降低發(fā)電生產(chǎn)成本、提高控制水平是每個(gè)現(xiàn)代化電廠急需解決的問題，由于熱工自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展主廠房的生產(chǎn)人員已人大壓縮，輔助車間生產(chǎn)人員占用多、勞動(dòng)效率低的問題逐漸突出，成為電廠提高控制水平、減員增效的重點(diǎn)。
       鳳臺(tái)電廠2X600MW火電機(jī)組的設(shè)計(jì)具有較高的控制水平，輔助車間部分在控制點(diǎn)分別按水處理、除灰、輸煤三個(gè)控制點(diǎn)進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計(jì)，將輔助車間監(jiān)控點(diǎn)進(jìn)一步減少和集中，采用成熟可靠的可編程控制器結(jié)合飛速發(fā)展的以太網(wǎng)控制技術(shù)建立全廠BOP輔機(jī)集中監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)在單元控制室對(duì)全廠輔助車間的監(jiān)視和控制，不僅提高了控制水平并且實(shí)現(xiàn)了減員增效、降低勞動(dòng)強(qiáng)度的目的。

工程概況和簡介
      鳳臺(tái)發(fā)電廠位于安徽淮南鳳臺(tái)，一期裝機(jī)容量2X600MW，預(yù)計(jì)第一臺(tái)機(jī)組2008年4月發(fā)電，三大主機(jī)鍋爐、汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)均采用國產(chǎn)東方鍋爐廠、汽機(jī)廠和發(fā)電機(jī)廠的產(chǎn)品。各輔助系統(tǒng)的控制采用聯(lián)網(wǎng)控制，即將化學(xué)補(bǔ)給水、凈水、廢水處理控制系統(tǒng)與凝結(jié)水精處理及爐水加藥和汽水取樣系統(tǒng)的控制設(shè)備聯(lián)網(wǎng)組成一個(gè)“水網(wǎng)”，在水網(wǎng)控制室（設(shè)在化水控制室）通過水網(wǎng)控制操作員站實(shí)現(xiàn)水系統(tǒng)的集中監(jiān)控。輸煤系統(tǒng)及除灰渣系統(tǒng)也均采用PC+PLC組成控制系統(tǒng)，在相應(yīng)控制點(diǎn)實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行的監(jiān)控，待運(yùn)行穩(wěn)定成熟后各輔助系統(tǒng)可再全部聯(lián)網(wǎng)并將操作員站移至集控室內(nèi)進(jìn)行監(jiān)控。

輔助車間工藝系統(tǒng)及網(wǎng)絡(luò)組成和結(jié)構(gòu)
       本廠程輔助車間包括鍋爐補(bǔ)給水及反滲透系統(tǒng)、綜合水泵房系統(tǒng)、制氫站系統(tǒng)、循環(huán)水加藥系統(tǒng)、廢水處理系統(tǒng)、凈水系統(tǒng)、除灰渣系統(tǒng)、輸煤系統(tǒng)，列表如下：
 
      本方案輔助車間采用集中監(jiān)控方式，具體分四個(gè)監(jiān)控點(diǎn)，即在#1#2機(jī)組化水控制室里設(shè)水系統(tǒng)監(jiān)控點(diǎn)，在煤控室設(shè)全廠輸煤系統(tǒng)監(jiān)控點(diǎn)，在電除塵區(qū)設(shè)全廠脫硫及除灰渣系統(tǒng)監(jiān)控點(diǎn)，在#1#2機(jī)組集控室設(shè)全廠輔助系統(tǒng)監(jiān)視點(diǎn)。并將四個(gè)監(jiān)控點(diǎn)的實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)，在#1#2機(jī)組化水控制室操作員站上對(duì)全廠水系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控，也可對(duì)全廠飛灰系統(tǒng)、渣水處理系統(tǒng)、飛灰分選系統(tǒng)、輸煤系統(tǒng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)視，同時(shí)將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)送入廠級(jí)實(shí)時(shí)信息監(jiān)控系統(tǒng)（SIS）。在系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、運(yùn)行值班員經(jīng)全能培訓(xùn)的基礎(chǔ)上，可在#1#2機(jī)組集控室對(duì)全廠輔助系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控。
 
        在#1#2機(jī)組化水控制室里外圍控制操作員站上能完成對(duì)凝結(jié)水精處理系統(tǒng)（包括鍋爐取樣、加藥系統(tǒng)）、鍋爐補(bǔ)給水及水務(wù)管理系統(tǒng)（包括凈化站、化學(xué)水處理）、廢水（含輸煤系統(tǒng)廢水處理）、工業(yè)水、生活水、循環(huán)水加藥系統(tǒng)、制氫系統(tǒng)等控制系統(tǒng)的監(jiān)控。為在系統(tǒng)調(diào)試和啟動(dòng)初期方便運(yùn)行操作，全廠水系統(tǒng)設(shè)有以下幾個(gè)輔助監(jiān)控點(diǎn)：#1#2機(jī)組凝結(jié)水精處理系統(tǒng)輔助監(jiān)控點(diǎn)、鍋爐補(bǔ)給水及水務(wù)管理系統(tǒng)輔助監(jiān)控點(diǎn)（包括反滲透系統(tǒng)）、制氫系統(tǒng)輔助監(jiān)控點(diǎn)，在輔助監(jiān)控點(diǎn)設(shè)有供啟動(dòng)調(diào)試用的操作員站（兼工程師站）。
       在輸煤控制室完成對(duì)全廠輸煤系統(tǒng)的監(jiān)控，包括從卸煤至主廠房煤斗的整個(gè)輸煤系統(tǒng)，輸煤系統(tǒng)中有關(guān)專用裝置的信息與輸煤系統(tǒng)程控系統(tǒng)進(jìn)行通信。在輸煤控制設(shè)3臺(tái)操作員站（兼工程師站）對(duì)輸煤系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控。
       全廠除灰渣系統(tǒng)集中在電除塵控制室進(jìn)行監(jiān)控，為在系統(tǒng)調(diào)試和啟動(dòng)初期方便運(yùn)行操作，設(shè)有以下幾個(gè)輔助監(jiān)控點(diǎn)：#1#2機(jī)組飛灰輸送系統(tǒng)、#1#2機(jī)組渣水（含灰場供水系統(tǒng)）系統(tǒng)，在輔助監(jiān)控點(diǎn)設(shè)有供啟動(dòng)調(diào)試用的操作員站。
      本方案采用相對(duì)分散系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫網(wǎng)絡(luò)與集中監(jiān)控相結(jié)合，分水、煤、灰系統(tǒng)三個(gè)子系統(tǒng)進(jìn)行相對(duì)集中監(jiān)控。水、煤、灰每個(gè)子系統(tǒng)采用PLC直接控制方式，每個(gè)系統(tǒng)有自己的獨(dú)立數(shù)據(jù)庫服務(wù)器。在全廠外圍控制中心的操作站通過各個(gè)子系統(tǒng)的服務(wù)器對(duì)輔助系統(tǒng)進(jìn)行控制。
      鍋爐補(bǔ)給水、廢水系統(tǒng)、凈水系統(tǒng)、超濾反滲透、凝結(jié)水精處理系統(tǒng)分別采用冗余的PLC構(gòu)成程控系統(tǒng)，然后通過以太網(wǎng)交換機(jī)構(gòu)成水網(wǎng)。除灰系統(tǒng)和除渣系統(tǒng)分別采用冗余的PLC構(gòu)成程控系統(tǒng)，然后通過以太網(wǎng)交換機(jī)構(gòu)成灰渣網(wǎng)。冗余PLC的CPU采用GEFanuc的PACSystemsRX7i系列產(chǎn)品，I/O模塊采用VERSAMAX產(chǎn)品。CPU和上位機(jī)采用以太網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，I/O模塊和CPU之間的聯(lián)系采用GENIUS總線。

方案技術(shù)要求和特點(diǎn)
1. 外圍控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通訊
       在電廠的輔助系統(tǒng)中，以往控制設(shè)備往往不同生產(chǎn)廠商的產(chǎn)品，通訊設(shè)備的接口協(xié)議也不盡相同。因此，在組建全廠外圍控制系統(tǒng)時(shí)，存在著許多困難，必須要有統(tǒng)一的通信和接口方式來解決不同種類設(shè)備間的通訊問題。鳳臺(tái)外圍控制系統(tǒng)不同于以往的控制系統(tǒng)做法，采用了統(tǒng)一的設(shè)備和通用的通訊協(xié)議。
      PLC的CPU統(tǒng)一采用GEFanuc的PACSystemsRX7i系列產(chǎn)品，和上位機(jī)通訊采用工業(yè)以太網(wǎng)，外圍控制系統(tǒng)采用工業(yè)以太網(wǎng)，以太網(wǎng)可以提供從工廠設(shè)備層到廠級(jí)信息的全網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)支持，現(xiàn)場總線和PLC專用網(wǎng)絡(luò)還不可能提出這么大范圍的信息傳輸能力。為了符合電廠未來的發(fā)展和改造，網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)采用模塊化結(jié)構(gòu)，具有網(wǎng)管功能，同時(shí)支持IE瀏覽器管理。
外圍控制系統(tǒng)和PLC、監(jiān)控軟件接口，以及與第三方通信接口采用OPC規(guī)范，并且OPC支持遠(yuǎn)程通信。
      Genius總線是采用邏輯令牌環(huán)協(xié)議控制通訊介質(zhì)的分配使用，是實(shí)現(xiàn)CPU和I/O之間通訊的途徑，使用雙絞線，不加中繼器，總線最長可達(dá)2.3公里，保證了通訊的可靠。
2. 外圍控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性
      主機(jī)采用PACSystemsRX7i系列產(chǎn)品，I/O卡件采用Versamax產(chǎn)品，兩者之間通過GENIUS總線實(shí)現(xiàn)連接，滿足電廠外圍控制系統(tǒng)對(duì)于數(shù)據(jù)通信實(shí)時(shí)性的要求。GENIUS總線的通訊速率可以達(dá)到156k。在選用以太網(wǎng)交換機(jī)時(shí)選用低延遲的工業(yè)交換機(jī)產(chǎn)品，工業(yè)級(jí)以太網(wǎng)交換機(jī)的收發(fā)延遲需要控制在數(shù)個(gè)微秒級(jí)，保證整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的傳輸延遲滿足實(shí)時(shí)控制的要求。
3.外圍控制系統(tǒng)的可靠性
      全廠的輔助控制系統(tǒng)關(guān)系著全廠輔助系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠運(yùn)行，系統(tǒng)的可靠性成為構(gòu)建外圍控制系統(tǒng)時(shí)需要考慮的一個(gè)最主要因素。本著“管理集中，控制分散”的原則，減少風(fēng)險(xiǎn)的集中，采用較好的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)來滿足外圍控制系統(tǒng)可靠性要求。主要有以下幾點(diǎn)：
●     由于電廠電磁干擾大，必須采用光纖介質(zhì)來增加網(wǎng)絡(luò)的抗干擾能力。
●     通訊網(wǎng)絡(luò)冗余配置，在條件允許的情況下，最好實(shí)現(xiàn)通訊介質(zhì)的冗余配置，以提高系統(tǒng)的可靠性和實(shí)時(shí)性。
●     依據(jù)“管理集中，控制分散”原則，電廠運(yùn)行人員可以在集控室或其它現(xiàn)場控制室對(duì)全廠輔助系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)集中監(jiān)視和控制，但過程控制數(shù)據(jù)庫要相對(duì)分散在水煤灰三個(gè)獨(dú)立的服務(wù)器中。
在本系統(tǒng)中，CPU采用冗余配置，GEFanucPACSystems系統(tǒng)的冗余，通過光纖來切換工作CPU和冗余CPU，能夠達(dá)到真正意義上的冗余。
CPU和I/O模件的通訊采用GENIUS總線，保證了通訊的抗干擾性，同時(shí)網(wǎng)絡(luò)采用雙纜結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了通訊介質(zhì)的冗余，增加了控制系統(tǒng)的可靠性。
4.外圍控制網(wǎng)絡(luò)的軟件配置的高可用性
       除了采用冗余和高可靠的硬件設(shè)備組建高可用性外圍控制網(wǎng)絡(luò)，還必須合理配置整個(gè)外圍控制系統(tǒng)的監(jiān)控軟件架構(gòu)。監(jiān)控軟件是外圍控制系統(tǒng)的核心，所有外圍控制子系統(tǒng)的上位機(jī)監(jiān)控軟件選擇高性能的可靠的統(tǒng)一的產(chǎn)品。GEFanucPACSystems系統(tǒng)的開放性，確保和上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)InTouch之間的聯(lián)接。
      由于全廠外圍控制系統(tǒng)I/O點(diǎn)數(shù)龐大，全廠外圍控制系統(tǒng)軟件架構(gòu)采用基于分布式過程數(shù)據(jù)庫的客戶/服務(wù)器（DBC）模式。各系統(tǒng)通過本區(qū)域的容錯(cuò)服務(wù)器采集輔助系統(tǒng)的過程數(shù)據(jù)，下層所有的PLC只與該容錯(cuò)服務(wù)器有接口。這樣，每個(gè)PLC只有一個(gè)上位機(jī)接口，避免了多臺(tái)上位計(jì)算機(jī)和PLC接口，大大減輕了PLC通信接口的負(fù)荷，不僅提高了系統(tǒng)響應(yīng)速度，而且提高了系統(tǒng)可靠性，解決了全廠外圍控制系統(tǒng)速度慢的問題，而且大大提高了系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性。

結(jié)束語
      鳳臺(tái)電廠輔助車間控制系統(tǒng)集成具有許多優(yōu)勢(shì)。首先，輔助車間控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了輔助系統(tǒng)集中監(jiān)控及綜合調(diào)度，它能夠?qū)崿F(xiàn)整個(gè)電廠輔助系統(tǒng)的優(yōu)化控制，最大限度地滿足電廠機(jī)組安全、高效運(yùn)行的要求。其次，輔助車間控制系統(tǒng)高度的自動(dòng)化和網(wǎng)絡(luò)化，可最大限度地節(jié)約人力資源，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，實(shí)現(xiàn)效率最大化，滿足投資方的要求，實(shí)現(xiàn)投資的良性互動(dòng)。再次，PLC型號(hào)實(shí)現(xiàn)了全廠統(tǒng)一，各輔助車間均采用GEFanuc公司的PACSystemsRX7iPLC，硬件統(tǒng)一，這樣就為全廠輔助車間連網(wǎng)造創(chuàng)造了十分有利的條件，同時(shí)減少了備品備件的數(shù)量。
      最后，電廠輔控系統(tǒng)實(shí)施是一個(gè)必然的發(fā)展趨勢(shì)，輔助車間控制系統(tǒng)的聯(lián)網(wǎng)，進(jìn)而與電廠SIS系統(tǒng)及MIS系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)，真正實(shí)現(xiàn)全廠網(wǎng)絡(luò)化，使電廠競爭力更加強(qiáng)大