EDPF-NT+系统在火电厂辅网控制中的应用

2015-01-27 03:13:25王小凤
自动化与仪表 2015年2期
关键词:通讯总线子系统

王小凤 ,李 鑫

(1.北京国电智深控制技术有限公司,北京102200;2.北京市电站自动化工程技术研究中心,北京102200)

火电厂辅助车间系统(简称辅助系统)主要包括水、煤、灰3大部分。其中水主要包括化学补给水处理、凝结水精处理、化学废水处理、净水站、汽水取样化验站、污水处理系统等,煤主要指输煤系统,灰主要指除灰除渣系统。此外辅助系统还有循环水、燃油泵房、空压机房、烟气脱硫等子系统[1]。

近年来国内发展大容量火电机组,辅助车间设备监控点更多、工艺更复杂、工艺参数精度要求更高,传统的辅控系统已不能很好地适应上述情况。目前新建电厂辅控系统都在朝着一体化、分散控制、集中监控的方向发展。国电智深公司自主研发的EDPF-NT PLUS分散控制系统已经成功应用于600 MW及以上机组的自动控制并完成了若干套发电厂辅网一体化控制系统的项目。

1 辅网一体化控制特点

辅网一体化控制就是将火电机组辅控系统按工艺设备特性划分为若干控制子系统,相应的系统控制设备分散布置在各辅助系统电子设备间或工艺设备附近,系统设置集中操作监控点和辅助车间集中监控网络。各工艺控制子系统通过智能网络传输设备与监控级网络连接,建立起集中监视操作和分散控制的新型辅助车间运行管理和控制模式。

1.1 提高辅助车间自动化监控水平

采用辅助车间一体化集中监控,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(SIS)连接变得更简单,提高了全厂生产系统的协调运行和优化管理,为实现全厂管控一体化打下了良好基础,是建设信息化电厂的重要组成部分。

1.2 提高机组运行的经济性

实现辅助车间一体化监视操作和远程控制,合并、减少或取消就地操作监控点,强制提高设备的健康水平。确保所有设备全时具备自动化方式运行的条件。使复杂操作简单化,减员增效,提高劳动生产率。

1.3 减少备品备件的品种和数量

所有的辅控系统采用统一的控制设备、控制手段和监控方式。极大地方便了电厂运行和检修人员,减少备品备件的品种和数量。最大限度降低投资及运行维护成本。如与主控DCS类型一致,减少备品备件的品种和数量将更为可观。

1.4 实现各控制子系统信息资源共享

辅控系统集中监控采用先进的计算机网络技术和统一的监控设备,解决了不同系统间通信接口的问题,实现了真正意义上的各控制子系统信息共享。

1.5 进一步提高系统可靠性

在硬件配置、网络选型及控制软件开发上都采用统一的技术标准。保证系统的安全可靠。

2 EDPF-NT+控制系统主要特点

EDPF-NT系统是北京国电智深控制技术有限公司开发研制的具有全部知识产权的DCS系统。该系统采用开放式结构、模块化设计、灵活的软硬件配置、方便的系统扩展性,PLUS版具有非常人性化的组态和用户界面。整个系统具有强大的功能和很高的可靠性[2]。同时,EDPF-NT+系统具有的特点也保证了其完全适应电厂辅控一体化的要求。

2.1 可靠的网络结构

EDPF-NT+系统的网络采用扁平化对等型网络结构,如图1所示。

图1 扁平化对等型网络结构Fig.1 Flattening peer network structure

这种结构的特点是:不设置网络服务器,降低危险集中的风险;分布式实时数据库,提高系统动态安全性;无雪崩效应,提高机组故障情况下的运行可行性。

2.2 灵活的柔性分域技术

EDPF-NT+分散控制系统应用了先进的网络“域”技术。将不同工艺系统的控制系统分隔不同的域,使整个电厂的控制系统在物理意义上既统一又相对独立,便于实现网络间的相互连接与隔离。系统引入柔性分域技术,复杂生产过程按工艺或功能进行分域管理,每个域相对独立,域间信息可以按要求进行有选择的隔离和交互,减小各功能子系统的处理规模,减少或消除了不同被控对象及其控制系统之间的耦合,使整个控制系统进一步蜂窝化、模块化。

基于柔性分域技术的自动化成套控制系统支持大规模应用的需求、复杂过程的高性能要求、第三方设备的高度开放集成能力以及管控一体化的更高监控模式。

2.3 大信息流下网络运行安全

常规控制系统网络通信系统采用广播和点对点相结合的通信方式传输控制信息和命令。所有广播信息平均到达所有在网设备端口,包括计算机设备(人机交互设备、分布式过程控制站DPU控制器)端口和网络交换机端口。

EDPF-NT+分散控制系统采用主动网络信息探测和网络节点设备安全强化相结合的安防技术和方法,通过层层主动监管、整体协作,组成一个完整的多层次的网络安全系统,为DCS提供安全可靠的网络运行环境,保证业务的连续性和数据安全性。

3 某2×600 MW机组辅网一体化设计

3.1 辅助车间控制系统的控制范围

某2×600 MW机组辅助车间控制包括水处理、皮带输煤、气力输灰及烟气脱硫。其中水系统包括锅炉补给水处理系统、凝结水精处理系统(含汽水取样加药系统)、工业废水处理系统、储氢系统、中水处理系统(含循环水加药系统),污水处理系统,公用水泵房系统和雨水泵房系统等。输煤部分包括卸煤装置、输煤皮带、筛煤设备及煤仓间犁煤器。气力输灰部分采用的是克莱德贝尔格曼华通物料输送有限公司的设备,包括每台机组的气力除灰系统和公用的灰库系统。脱硫部分采用石灰石-石膏湿法脱硫工艺,采用1炉1塔,100%烟气旁路,不设GGH。

3.2 辅助车间(系统)集中控制涵盖的控制子系统

各工艺系统控制器划分如表1所示。

表1 各工艺系统控制器分配Tab.1 Controller assignment of each process system

(1)锅炉补给水系统配置一套控制子系统,公用水泵房系统作为其远程I/O站;

(2)凝结水精处理系统配置一套控制子系统(含加药取样控制系统);

(3)脱硫系统配置1套控制子系统;

(4)工业废水处理系统配置1套控制子系统,污水处理系统、雨水泵房作为其远程I/O站;

(5)输煤系统配置1套控制子系统;

(6)除灰系统配置1套控制子系统:除灰楼电子设备间安装控制机柜,灰库处安装I/O柜;

(7)空调系统自带控制系统,通过通讯接口联入辅网控制系统;

(8)每台机组电除尘系统自带PLC控制系统,通过通讯接口联入辅网控制系统,合计2套;

(9)中水处理系统配置1套控制子系统(含循环水加药控制系统)。

3.3 辅网一体化控制系统网络结构

采用EDPF-NT+分散控制系统构建的辅网一体化控制系统如图2所示。

图2 水、煤、灰网及辅网程控EDPF-NT+分散控制系统配置示意图Fig.2 EDPF-NT+distributed control system network configuration diagram of water,coal,ash networks and auxiliary centralized control

其中辅网集中控制室设在脱硫集控楼二楼,运行人员可在脱硫集控室集中控制水处理系统、输煤系统、气力输灰系统和输煤系统。另外,为了便于调试期间的控制锅炉补给水车间设置水处理系统的就地操作员站,输煤程控楼设置输煤系统的就地操作员站,除灰系统不设置就地的操作员站。

4 辅网控制系统与第三方设备通讯

EDPF-NT+分散控制系统的最新一代控制器DPUIII与第三方控制系统的连接可以有以下几种方案[3]。

4.1 基于以太网通讯

基于以太网通讯:通讯协议为Modbus TCP/IP。支持以太网通信协议的第三方控制系统如PLC控制器等可直接挂接在EIO总线上。如果第三方系统多于一个时,可使用网络交换机构建EIO总线网络。可以指定EIO总线上的任意1对过程控制器或虚拟过程控制器与1个或数个第三方控制系统设备构成一个独立逻辑子网。通常情况下,控制器作为该子网主站与各第三方控制系统从站建立过程级通信关系。多个逻辑子网构成EDPF-NT+的过程级现场总线技术平台,如图3所示。

图3 基于Modbus TCP/IP协议的DCS与第三方设备通讯示意图Fig.3 Schematic diagram of communication between DCS and third-party devices based on Modbus TCP/IP protocol

4.2 基于串口通讯

DCS与第三方系统之间通过串口服务器作为转接接口,通讯协议为Modbus RTU[4]。串口服务器一端通过以太网与EIO总线连接,另一端则通过RS485接口和第三方控制系统连接。串口服务器通常具有多个连接端口,每个端口连接一个第三方系统或现场总线仪表。可以指定EIO总线上的任意1对过程控制器与连接在串口服务器上的多个第三方系统构成一个独立逻辑子网,构成过程级现场总线通信系统,如图4所示。

图4 基于Modbus RTU协议的DCS与第三方设备通讯示意图Fig.4 Schematic diagram of communication between DCS and third-party devices based on Modbus RTU protocol

4.3 FF、PROFIBUS、HART等现场总线通讯

多种现场总线设备通过具有冗余功能的协议转换模件接入DPU控制器的EIO总线,参与实时控制策略,并能够把部分控制功能分配到现场总线设备中。北京国电智深控制技术有限公司自主研发的PROFIBUS-DP主站接口卡是EDPF_NT PLUS控制器的扩展卡件之一,与其他的IO卡件具有同等的地位,作为DCS与PROFIBUS-DP的接口,实现了DCS与现场总线设备的无缝连接[5]。PROFIBUS-DP在网络中以主站的形式存在,它解决了系统与其他厂家测控系统和智能设备的互联问题,用于将标准的PROFIBUS从站设备连入EDPF-NT+系统,利用DP-PA连接器和耦合器还可以接入PROFIBUS-PA设备。通过控制器与PB卡之间的通讯链路,DP和PA设备能够成功与系统内控制站、操作站等进行信息双向通信。

4.4 采用传统IOBUS总线技术的现场总线接口

过程控制器DPUIII通过冗余IOBUS总线挂接EDPF-COM模件,提供IOBUS过程级现场总线接口。EDPF-COM模件是一种安装于常规I/O基座上的IOBUS总线通信接口适配器,模件上设计有2个隔离串行RS485通信接口和一个编程接口。缺省通讯规约为Modbus RTU,最高通信速率为19200BAUD,信息传输速率确保开关量不低于8000点/s、模拟量不低于1000点/s。

4.5 采用EIO技术构建大容量数据通信网关

EDPF-NT+多功能接口工作站是一台大吞吐量数据通信网关,专门用于同大容量第三方控制系统进行实时通信。该多功能接口工作站可以支持多种标准总线通信协议,提供多通道数据传输。工作站内固化有虚拟控制器,通过EIO技术与大批量第三方控制系统设备建立通信连接,将网关信息转换为DCS标准数据结构,并具备对I/O数据加工处理能力。

4.6 EDPF-NT+分散控制系统与SIS通讯

EDPF-NT+系统与SIS的通讯是通过系统自带的接口程序来完成的,接口程序运行在接口站上,接口程序的主要功能是根据预定义的点列表,按照规定的点发送周期定期向数据接收方SIS方发送DCS点的实时信息,实时信息包括点的数值和状态[6]。为了确保DCS系统的长期运行安全,实现在DCS和SIS边界的单向隔离和传送实时数据功能,确保SIS侧的任何问题都不会影响到DCS系统中,EDPF-NT+系统的SIS接口工作站由数据收集计算机和硬件防火墙构成,如图5所示。

图5 单向隔离网关示意图Fig.5 Schematic diagram of one-way isolated gateway

硬件防火墙可设置成DCS侧数据单向向外传输或仅允许部分合法数据双向传输,以确保DCS的网络数据安全。

5 结语

EDPF-NT+分散控制系统在火电机组辅网一体化控制中,取得了非常好的效果,真正实现了辅助系统分散控制、集中监控,减少了就地操作监控点,使复杂操作简单化,节省了人力,提高了劳动生产率。

[1]黄焕袍,潘钢,曲云,等.分散控制系统及其应用[M].北京:中国电力出版社,2013:17-18.

[2]陈峰,牛海明,邱忠昌.EDPF-NT+分散控制系统工程设计与组态[M].北京:中国电力出版社,2013:5-7.

[3]杨素珍,黄焕袍,张敏,等.基于Modbus协议的通讯在国产分散控制系统上的应用[J].电力建设,2012,33(6):81-83.

[4]北京国电智深控制技术有限公司企业标准.EDPF-NT+系统第三方通讯标准[S].2011-6-30.

[5] 北京国电智深控制技术有限公司.EDPF-NT+PB卡使用手册[S],2012.

[6]陈峰,牛海明,邱忠昌.EDPF-NT+分散控制系统工程设计与组态[M].北京:中国电力出版社,2013.

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