火电厂外围设备系统集中监控改造的研究

摘要：文章对火力发电厂的外围装备系统由就地控制改造为集中控制进行研究，分析外围装备控制进行这类改造的可行性和需要性，并介绍日照电厂外围装备系统进行集中监控改造的硬件设置装备摆设，实施进程中的经验和体味。
要害词：外围装备集中监控研究

1.火力发电厂外围装备控制的现状

涣散控制系统（DCS）在现代火力发电厂年夜型机组上已获得普遍运用，它逐渐取代了之前的常规仪表，提高了机组控制水平，许多机组都到达了全自动、全程控功能，可以说今朝我国许多年夜机组的主装备控制已到达进步前辈水平，可是外围装备，如：化学补给水系统、废水处置系统、除灰除渣系统、输煤系统、轮回水泵、空气压缩机站、制氢站、燃油泵、启动汽锅和综合水泵等，在电厂筹建时代，由于预算高压缩基建投资时往往压的多的就是外围装备的投资。由于预算低，必然使外围装备选型落后，控制水平低，基本上就是传统的就地继电器回路控制，好一点的控制系统采用PLC控制。这就与主厂房的DCS集中控制形成鲜明对比，主厂房装备控制普遍采用DCS，并到达进步前辈水平，而辅助公用系统往往由分歧装备制造商提供，采用的装备和控制技术相差很年夜，有的采用较次的可编法式控制器（PLC），并取消了盘台后备控制，实现了全CRT控制；有的则使用常规盘装仪表控制表，致使外围装备的控制室多达十几个，需要的运行值班人员多，装备故障率高、维护年夜，且装备故障跳闸后由于没有进步前辈的事务记实功能，致使不能很好地分析事务缘由和预防事务的再发生。随着电力体系体例改造的深进，厂网已分隔，以后各发电商之间的竞争会越来越剧烈，而竞争的焦点就是下降发电成本，提高劳动生产率。是以若何哄骗进步前辈的计较机技术，将相互自力的各个辅助外围系统改造为集中控制或相对集中控制，实现外围控制系统无人值班化或少人值班，不仅可以使外围装备系统控制水平提高，削减装备故障率，而且可以年夜削减运行人员，年夜幅度提高劳动生产率，到达减人增效的目的。这个现实的课题已摆在了许多电厂人的眼前。

2．外围装备控制改造的方案和技术

　　外围系统装备是否需要和若何改造，要进行综合的技术经济比力才能决议。要计较投进产出比，投进就是全数的改造费用及改造欠好带来的遗留问题，产出就是改造成功后装备可以实现远方监控，削减运行维护人员，装备故障率低。

　　现有几种方案可以对外围装备控制进行设计和改造，即全厂外围装备系统只设1个控制点且把这个控制点放在集控室控制，此为单点控制；也可采用相对集中控制，即设立若干个相对集中控制点。凭据分歧的集中控制方式，可以采用分歧的控制技术，如现场总线技术FCS、涣散控制系统DCS和可编程控制器PLC等，可发生多种控制方案。何种方案好，需依据现实情况而定，不成一概而论。例如：由于输煤系统离主厂房相对较远且控制对象繁多，近期可零丁采用PLC控制，在燃料区域设一个控制点，并将输煤控制与D外围其它控制系统联网；启动汽锅房使用的时间很短，可设立零丁的简单控制系统，而其它外围辅助系统则可采用两种方式控制：一是扩大主机DCS，哄骗扩大后的DCS，经由过程单元机组DCS操作员站实现外围系统控制，该方案可以削减控制装备种类，阐扬值班员年夜潜能，在统一控制系统装备，便于维护治理等方面具有较着的越性，可是对于投产后的机组，在运行时代进行改造有一定的风险，而且需要较长周期才能干完。但假设措施周密，计划适当，也应当是可以哄骗检修机遇突击成功的；另外一方案就是建立外围系统集中控制点，控制点设在集控室（或其它地方），集控室内可设零丁的操作员站而与单元机组控制相对自力。这类方案的点是风险小，可以在机组运行时代施工和调试，只有很少的工作，如轮回水泵控制的接进，需要停机进行，错误谬误是需要增加一套控制系统。

　　在运用技术选择方面，由于外围装备涣散，不成把全数控制单元放在集控室，那样需要敷设的电缆太多了。近年来现场总线的年夜运用和它的现实靠得住性，给现在的外围装备改造提供了理论根蒂根基和现场运用的普遍平台。现场总线（FCS）对远方装备控制具有无可对比的越性，哄骗它可以将I/O控制柜放在就地，而把中心控制单元放在主厂房电子间内，从而可以年夜幅度削减对电缆的使用，进一步提高系统的扩大性，促进系统的组态加倍灵活、操作维护利便。缩小电子间，年夜年夜削减集中控制装备。

3日照电厂外围装备控制系统改造

　　日照电厂一期工程2*350MW机组主厂房内的装备哄骗融资从国外采办，汽锅由西班牙FOSTER-WHEELER供货，汽轮机、发机电和变压器由SIEMENS供货，主装备的控制系统采用了SIEMENS的涣散控制系统TELEPERM-XP，主厂房内的凝水精处置控制、吹灰控制系统、除灰控制系统采用西门子生产的S系列PLC，可是外围装备的控制系统如：渣浆泵、燃油泵、轮回水泵、工水泵等仍是就地控制，采用的控制装备年夜部门是常规操作和显示仪表，故障率高、维护年夜。致使机组主值班人员每台机组5人左右，而外围装备值班人员年夜约在15人左右。为此，日照电厂对外围装备系统控制进行分析研究，提出了可能的改造方案，把原来未纳进集控室控制的装备纳进集控运行，并增加外围装备电视监控功能，提高电厂自动化水平，到达减人增效的目的。

3.1外围装备系统存在的问题

　　日照电厂经由过程投产后两年的运行情况，发现外围控制系统设计不合理，控制装备、技术落后的问题，已成为电厂平安稳定运行的重年夜隐患。主要问题以下：

3.1.1轮回水泵与轮回水出口碟阀联锁控制不成靠，曾屡次发生联启泵不成功，但后来实验时又正常的情况，但在以后运行中又可能发生问题，由于没有事务记实功能，很难找到问题的症结所在。

3.1.2旋转滤网由于水位差计选型不妥、法式参数及逻辑设计不合适，致使旋转滤网程控长时间不能运行；

3.1.3由于控制装备差，自动投不上，使许多的操作靠运行人员在现场监视和手动；

3.1.4外围装备的控制没有事故追思，使一些装备异常没法判定，并制定响应的解决及预防措施；

3.1.5燃油泵房、轮回水泵房、工水泵房等系统比力涣散，距离集控室较远，给系统的运行、维护治理带来许多坚苦。

3.1.6输煤程控零丁运行，没法凭据运行的需要进行上煤和配煤。

3.2　外围装备系统控制改造的可行性和需要性

3.2.1控制方案设想

DCS系统在主厂房装备上的成功运用讲明，哄骗网络技术和现代控制技术是可以成功地实现外围系统集中监控的。我们的想法是建立一套自力于机组主DCS的零丁的外围装备集中控制系统，使用网络技术和现场总线技术，将服务器（上位机）安装在集控室，用于对所有外围装备系统的监视和控制。新增外围系统的中心处置单元（CPU全数冗余设置装备摆设）放在电子间的外围控制柜，划分将输进输出I/O控制柜放在就地，使用远程I/O方式经由过程ProfiBus总线与CPU通讯，再经由过程光纤环网毗连将CPU与服务器（上位机）连在一起，这样就地的有关生产进程信息上传至集控室的服务器供运行人员监视；反过来，运行人员又可经由过程该服务器（上位机）下传来控制、干涉干与每一个外围系统的运行情况，从而实现对每一个系统的远方监控。这样既提高了装备在线治理的水平，又极年夜减轻了运行人员的劳动强度。

3.2.2与老系统的互联通讯

我厂除灰系统（包括石子煤、炉底渣、飞灰、电除尘）、凝聚水精处置、化学水处置、输煤系统等原设计就是采用可编程控制器（PLC）的法式控制系统。电工委员会（IEC）公布的PLC尺度中界说“可编程控制器及其有关装备，都应按易于与工控制系统联成一整体、易于扩充功能的原则设计”，是以新增加的外围系统使用PLC控制就能够与原PLC系统相互通讯。这样原来的可编程控制器程控系统为实现外围系统集中监控奠基了较好根蒂根基；而投产以来这些程控系统运行稳定，也为外围系统集中监控提供了靠得住保证。轮回水泵房内的泵、碟阀和旋转滤网原来的PLC控制不成靠，此次就全数更新改造。只有渣浆泵、燃油泵、工水泵、网控装备使用传统的仪表监视和手动操作手段，原来都没有使用PLC控制。是以，需要对网控、渣浆泵、燃油泵、工水泵房等装备系统的控制进行改造，实现PLC控制。

3.2.3预期到达的方针

经由过程集中监控改造，针对控制装备差、控制不成靠、法式设计不合理等系统，选用进步前辈靠得住的控制装配，重新进行设计，增加事故追思功能，就能够完全解决系统设计不合理、自动投不上、现场监视手段落后、无事故追思等问题；而且经由过程集中监控改造，将现场就地监控，集中到电厂中心控制室，利便了系统运行维护治理，这样既提高了装备健康水平又提高了治理水平，也为企进一步改造、成长、立异打下一个秀的根蒂根基，是以长短常需要的。

4．外围控制系统改造方案
4.1整体控制方案设计（见图1和图2）




改造的整体思绪是改造后能够在集控室实现全厂装备监控，但不能敷设年夜长控制电缆，要哄骗现场总线技术和网络技术使现场控制装备和电子间的CPU进行通讯。具体改造方案以下：

4.1.1凭据各外围系统现实情况，选用PLC的合适控制范围：渣浆泵房、燃油泵房、工水泵房、清水站、化学加药系统因各分系统小、I/O点少所以共用一套PLC（冗余）进行控制；

4.1.2网控装备、#1机组轮回水泵、＃2机组轮回水泵房划分各用一套PLC（冗余）控制；每一个外围系统PLCCPU（冗余）放在电子间的外围控制柜，划分在就地安装一个远程I/O站使用远程I/O（ET200）方式经由过程ProfiBus双绞线电缆与PLCCPU通讯，再经由过程光纤环网毗连与服务器通讯。

4.1.3输煤、化水、凝聚水采用原设计的PLC控制，经由过程光缆毗连，与SwitchHub（交换机）毗连后与服务器通讯。

4.1.4除灰和吹灰系统采用原先的PLC，只将PLC挪至电子间的外围控制柜，就地使用远程I/O站。

4.1.5整个外围集中监控系统网络配备2台服务器、5台上位机、1台SwitchHub（交换机）、新增4对CPU。

4.1.6服务器经由过程光纤环网将有关生产进程信息收集上来并进行处置、分析和监视；5台上位机再经由过程以太网从2台服务器将有关生产进程信息收集上来并进行处置、分析和监视；反过来，服务器又可控制、干涉干与每一个系统的运行情况，上位机可经由过程服务器实现控制、干涉干与每一个系统的运行情况，从而整个外围集中监控系统可实现对每一个外围系统的远方监控。

4.1.7为知足以后循泵、工水泵和燃油泵实现变频控制的要求，外围集控系统应设计有预留接口；同时，海水制氯、新增的旋转滤网亦要求纳进外围监控系统。

4.2硬件设置装备摆设情况

4.2.1服务器采用DELL服务器，共2台，CPU采用PIII处置器，主频850HZ，256M内存，40G硬盘，21英寸显示器。上位机采用西门子工控机，共5台，CPU采用PIII处置器，主频450HZ，256M内存，10G硬盘，21英寸显示器。配备两台打印机（彩色A3喷墨和针式打印机各一台）。上位机操作系统采用WindowsNTWorkStation4.0中文版。

4.2.2将网控、#1机组轮回水泵、＃2机组轮回水泵房、其它公用系统（渣浆泵房、燃油泵房、工水泵房、清水站、化学加药系统）、#1和#2除灰控制系统、#1和#2吹灰控制系统直接联接至光纤环网上，光纤环网线路：集控室——电子间——集控室。

4.2.3将化学水处置、凝聚水控制系统、输煤系统直接毗连至集控室交换机（Switchhub），服务器及上位机经由过程3COM网卡毗连至交换机（Switchhub）。同时，交换机（Switchhub）也作为外围系统与MIS系统的接口；

4.2.4化学水处置PLC为GE的90-30系列PLC，输煤系统PLC为MODICON984系列PLC，其它系统PLC为西门子PLCS5系列或S7系列。

4.2.5控制系统I/O点设计留有一定余，保证所有与生产有关的信息，如装备治理和经济运行指标系统需要的数据，首先需收集到外围控制系统，再经过统一的接口授输到MIS网，提供给相关系统进行数据处置。

4.2.6为系统的平安斟酌，所有I/O柜电源均采用双路切换互为备用方式，在各泵房A、B段400VAC母线上各取一路供电；内部24VDC开关电源采用母线制，两路24VDC开关电源并行同时供电。

4.3软件设计原则

　　运用法式开发包括两部门：上位机画面监控法式和PLC运用法式。为使本系统具有年夜的兼容性，监控软件采用Intellution公司的iFIX无限点软件（iFIX软件系的工控软件，支持所有厂家PLC产物）。软件设计遵循以下原则：

4.3.1运用法式应凭据各系统装备运行工艺要求，肯定所有外围系统的功能需求方案，即运用法式要严酷依照装备自己情况或装备运行现实需要进行开发。

4.3.2监控系统功能包括系统画面生成、事故追思系统、各类曲线显示和打印、各类报表自动生成等。

4.3.3监视画面要合适主装备控制系统（TELEPERMXP）人机界面的设计气概，依照分级阅读、逐级细化的原则设计画面，采用弹出式窗口、下拉式菜单等多种广为流行的设计手段实现画面的切换和显示，单个画面的工艺流程、信息显示（包括运行参数、状态、故障情况等）和各类曲线；且结构要合理、生动，色调柔和。

4.3.4事故追思系统应包括所有进进控制系统或系统输出的开关和模拟（如运行参数、输出指令、状态反馈等）和控制系统自己发生的事务（如卡件或通讯故障等），所有I/O点都可以曲线的形式显示，为实现系统运行在线分析、诊断提供丰硕的数据资本。

5．竣事语

日照电厂外围控制系统集中监控改造已于2001年完成并投进运行，是首家实现外围系统集中监控改造的电厂。各外围系统就地控制室裁撤，由集控室对所有外围系统生产全进程进行监视和控制，削减了外围系统运行人员，减轻了运行人员劳动强度，实现了企减人增效，提高了企治理和自动化水平。实践证实，日照电厂外围控制系统集中监控改造是成功的，为热控系统进一步改造，提高电力生产自动化水平起到很好的典型作用。