Ovation系统在1 000MW机组工程中的应用研究

杨文强，李慎斌，董　鹏

（1．华能山东发电有限公司，济南　250002；2.华能莱芜发电有限公司，山东　莱芜　271102）

Ovation系统在1 000MW机组工程中的应用研究

杨文强1，李慎斌2，董鹏2

（1．华能山东发电有限公司，济南250002；2.华能莱芜发电有限公司，山东莱芜271102）

功能完备、操作友好的DCS系统对于火力发电厂而言，在降低人工成本，提高机组运行效率，增强机组运行安全性等方面意义重大。就Ovation系统在百万级火电机组工程中的应用进行分析，目的在于指导建设合理、易于操作、安全性高的机组控制系统。

分散控制系统；1 000MW机组；Ovation系统；火电厂

0　引言

Ovation是一种分散控制系统（DCS），其模块化设计可根据电厂具体需要精确配置过程管理系统［1］。Ovation系统可将小型安装模块扩展到能够容纳多达254个智能模块（称为站点），其中每个站点都是一个独立模块，可执行各种功能［2-3］。Ovation使用商用硬件平台、操作系统和开放式网络技术，具有灵活的功能配置，在使用Ovation系统时，必须进行合理配置。基于某1 000MW火力发电机组Ovation系统的应用，就Ovation系统关键模块的配置进行研究，期望能够为其他机组建设提供参考。

1　Ovation系统配置影响因素分析

在对Ovation系统进行配置时，需对以下因素进行考虑，避免出现错误配置导致系统安全性降低，甚至出现事故［4］。

1）采用冗余高速网络。确保利用以太网标准将输入和输出数据发送到连接该网络的所有工作站和控制器。

2）采用工作站（基于 Solaris或基于 Windows的计算机）接收和发送数据。确保执行运行过程所需的任何操作得以实现。此类工作站通常连接到交换机上，通过交换机连接到网络。

3）采用控制器执行调节和顺序控制策略。将控制器连接到输入和输出模块上，控制器是包含I/O模块的站点，这些模块是连接到实际工厂设备上的传感器，这些传感器将测量点的值广播到Ovation网络上。

4）合理选用硬件，如机柜、电缆和接地设备。

5）确保I/O模块工作正常。模块将现场信号（温度、压力等）从实际工厂处理过程连接到控制器，而后通过网络将信息发送到工作站，工作站的控制指令发送到控制器。系统配置软件包运行在Ovation工作站上，执行配置、管理和操作Ovation系统所需的任务。

2　Ovation系统关键模块配置

Ovation系统关键功能模块［5］包括Ovation系统硬件设备、多网络配置、接地配置、系统机柜电源配置、系统报警配置、系统安全中心配置以及系统安全仪表选用等模块。

2.1Ovation系统设备配置

Ovation系统的硬件设备主要包括工作站、机柜以及外围设备，对于设备的放置位置、物理环境以及电子信息环境都有较为严格要求。

在选择Ovation系统设备放置位置时，需考虑以下情形：防止阳光直射；考虑天气（雨、雪等）因素；防止雷击；防止灰尘；防止ESD（静电放电）；防止EMI/ RFI（电磁干扰/无线电频率干扰）［6］。

此外，对于设备的物理环境，主要包括工作温度、湿度、高度、撞击、震动以及噪声等外部因素都要加以考量。以Sun T2000服务器为例，其工作环境中，温度为5～35℃、湿度为20%～80%为宜，工作及空闲时噪声均为62 dB以下。

设备的电子信息环境［7］包括输入电压、频率、电流、功耗、散热等，仍以SunT2000服务器为例，输入电压/电流为100 V/4.5 A～200 V/2.25A，频率为50～60Hz，功耗为450W，散热速度为1 440 kW/h。

其他设备在进行配置时亦有相关要求，可根据产品说明进行详细配置。

2.2Ovation系统多网络配置

Ovation多网络功能使独立的Ovation网络可相互通信，使得收集并检索数据以及实施一个网络到另一个网络的控制成为可能［8］。配置多网络功能的Ovation系统支持网络间的监视、控制功能。规划和实施多网络是一个复杂的过程，在配置多网络时，应当注意考虑以下内容：多网络系统中的Ovation网络数目；每个网络中的站点数目、站点类型；要建立的安全类型；对现有网络更改以适应多网络环境；本地网络基础设施强加的限制。

图1所示为多网络配置流程，对于如何计划多网络及其连接方式进行了说明。对于相互通信的Ovation多网络，必须通过专门硬件连接网络。其他考虑事项涉及安全、权限以及寻址和命名规则等［9］。使用的硬件取决于系统执行功能。硬件包括工作站、机柜内放置的I/O模块、路由器、交换机、电缆和各种设备等。

以使用主干连接的典型多网络配置为例，如图2所示的两个单元可能位于极为相近的位置，也可能位于疏散的地理位置。不管哪种情况，操作概念都是相同的，即主干或核心网络提供所有已连接单元间的IP连接。

图1　多网络系统配置流程

2.3Profibus系统配置

Profibus（过程现场总线）DP（分散式外围设备）是一种链接设备（也称为从设备）和自动化系统的全数字、双向通信系统。ProfibusDP用网络或多站点配置替换了传统的一对一接线，从而降低了安装和材料成本。传统的模拟和离散现场设备采用点对点接线（每个设备一个线对）。例如，如果电厂中有1 000个现场设备，则需要1 000个线对。此外，传统设备的一个线对只能传送一条信息 （通常是一个过程变量或控制输出）。

传统的模拟设备安装是用一对专用线将每个现场设备连接到主机系统，Profibus DP安装则是采用单根双绞线（又称为总线或干线）连接至多个设备。电缆、相连设备和支持组件称为分段［10］。分段可设计为分支或树布局拓普。图3描述了采用Ovation系统的典型Profibus实施情况。

在对Profibus进行配置时，须注意每个Profibus设备都必须具有独特的物理设备标签和对应的网络地址。网络地址是Profibus用于设备的当前地址。每个Profibus设备都有各自的配置文件，称为GSD文件。此文件由设备厂商提供，包含设备的系统参数并存储在Ovation数据库中。

图2　典型主干连接多网络配置

图3　采用Ovation的Profibus实施

2.4Ovation控制器配置

如图4所示为OCR400控制器。电站中的控制器通常使用一台或多台机柜，包含通过电缆连接到现场设备的输入和输出模块。这些模块可监控现场设备所发生的任何状态变化。Ovation控制器可与Q-Line I/O和Ovation I/O以及可选择的第三方I/O通信。

控制器I/O接口模块通过使用控制器基本组件（位于控制器下方）上的物理端口L1和L2，支持多达16个本地Ovation I/O分支。在为Ovation I/O配置时，每个端口最多可配置四个远程Ovation I/O节点。两个端口均不支持本地Ovation系统I/O节点。在为远程Q-Line配置R3/R4时，每个端口可支持最多4个节点，并且每个节点可配置4个板条箱。在为本地Q-Line配置时，R4最多可在本地Q-Line上支持4个板条箱（1个节点），但R3必须未被占用。

图4　OCR400控制器

3　应用实例分析

3.1模块基本配置

对某火力发电厂百万级机组应用Ovation系统实例进行分析。该电厂本期建设2台1 039MW超超临界汽轮发电机组。锅炉为东方锅炉（集团）股份有限责任公司生产的超超临界参数变压运行直流炉。汽轮机为东方汽轮机有限公司生产的1 000MW级、超超临界、一次中间再热、单轴、四缸四排汽、凝汽式汽轮机。

单元机组DCS控制范围包括：锅炉及其辅助设备；汽机及其辅助设备；发电机及其辅助设备；电气控制系统等所有的监视和控制。功能包含MEH、锅炉吹灰、脱硝SCR部分、循环水泵房、排水发电机房等。在两台机组的DCS网络之间，通过DAS、SCS、MCS、FSSS、BPS（旁路控制系统）、DEH、计算机接口构建机组公用DCS网络，对空压机房系统、燃油泵房系统以及电气厂用电的公用部分等进行监视和控制。

将公共DCS网络的交换机连接到1号机组的根交换机上。1号、2号机组的根交换机均向上连接到整个DCS系统的核心交换机上，向下连接锅炉、汽机侧的子交换机，子交换机下面挂接各控制器和操作站，从而构成整个的网络系统。

该机组DCS共设计I/O点：单元机组11 205点，公用系统717点。单元机组DCS共配置了28对DPU，公用系统配置了4对DPU。DPU的配置基本上按照工艺系统及DCS功能划分，DEH和MEH采用与DCS相同的硬件。

ProfiBus-DP总线连接的智能设备包括：Honeywell分析仪表 （包括电导率、硅表、纳表、pH表、酸度计，碱度计）；Polymetro浊度表；Festo阀岛；苏州万隆电机控制器。FF总线连接的智能设备主要包括：罗斯蒙特压力/差压变送器；848T温度模块；E+H雷达液位计。

Ovation系统中，每块FF总线通信卡可以提供两个FF总线通信接口，连接两条FF总线。每块Profibus-DP通信卡提供两个DP总线接口，可以引出两条DP总线。

3.2应用注意事项

同一网段上挂接的设备不宜过多，否则影响传输速率；更换总线设备时，GSD文件 （总线设备与DCS之间的通信规定）应与原设备保持一致，否则无法通信；不同种类的总线电缆相互之间必须保持一定的距离，当交叉时必须正交交叉，不能平行排列以减少通信干扰；Profibus-DP总线上DB9接头的终端电阻位置的设置应重视。除了最后一个设备DB9接头的终端电阻设置在ON位置上，其他均应设置在OFF上，否则将导致所有设备的通信中断。

4　结语

对Ovation系统在1 000MW机组中的应用进行研究，确定了Ovation系统关键模块的系统配置，并就Ovation系统在1 000MW机组中的应用进行了实例分析，对应用过程中的注意事项进行了详细的研究，能够为同行业其他机组的Ovation系统应用提供帮助。

［1］陈军.电厂DCS网络监控系统的研究与设计［J］.数字技术与应用，2015（11）：99.

［2］尚思冲.DCS应用中存在的问题及发展趋势［J］.自动化应用，2015（12）：50-52.

［3］李滨.OVATION控制系统在1 000MW超超临界机组的应用［J］.华东电力，2012，40（8）：1 452-1 455.

［4］张苗苗.Ovation系统在莱州电厂1 000MW机组工程中的应用［J］.自动化与仪器仪表，2015（5）：39-41.

［5］侯子良.积极推动火电厂控制方式的第二次变革［J］.自动化博览，2014（4）：16-18.

［6］张波，向贤兵，曾蓉.基于Ovation系统的控制器及I/O组态研究［J］.自动化与仪器仪表，2013（5）：36-39.

［7］韩璞，董泽，张倩.自动化技术的发展及其在火电厂中的应用［J］.华北电力大学学报（自然科学版），2008，35（6）：94-98.

［8］韩璞，潘卫华，焦嵩鸣，等.现场总线氧量仪表的智能化设计与实现［J］.华北电力大学学报（自然科学版），2008，35（1）：26-29.

［9］刘吉臻.现代电站自动化技术进展［J］.现代电力，2005，22（1）：1-6.

［10］孟庆伟，房方，刘吉臻.一种热工控制系统综合性能的评价方法［J］.中国电机工程学报，2011，31（23）：101-107.

The Application of Ovation System in 1 000MW Unit Project

YANGWenqiang1，LIShenbin2，DONG Peng3
（1.Shandong H uaneng P ower G eneration C o.，Ltd.，Jinan 250002，China；2.Huaneng L aiwu P ower G eneration C o.，Ltd.，Laiwu 271102，China）

A DCS system with complete function and friendly operation plays an important role in reducing human resource cost，improving the efficiency of power unit and enhancing the run security for coal-fired power plants.The application of Ovation system in 1 000 MW thermal power unit is studied to guide to construct a reasonable，easily to operate and of high security power unit control system.

DCS；1 000MW power unit；Ovation system；coal-fired power plants

B

1007-9904（2016）03-0053-04

2015-12-04

杨文强（1976），男，工程师，从事电厂热工技术与管理工作；

李慎斌（1978），男，工程师，从事电厂热工检修工作；

董鹏（1980），男，工程师，从事电厂热工技术与管理工作。