实现全厂集中监控提高电厂控制水平_secret

1、实现全厂集中监控，提高电厂控制水平前言 随着电力体制的深化改革，厂网分开，竟价上网，打破垄断的竞争机制使得电厂必须大幅度地提高生产效率，减少富裕人员，提高市场的竞争力。随着网络技术的发展和管理水平的提高,电厂消除自动化“孤岛现象”，实现全厂自动控制系统的集中监控。特别对于新建电厂更应具有竞争力，所以建厂初期设计原则上要提出了大胆的想法，即DCS、DEH、MEH、BPC等电子硬件一体化，设全厂辅助车间（包括脱硫控制系统）控制网络（辅助ADCS），在集控室对全厂辅助控制系统进行监控；整个机组的控制水平按机组级设计并设若干断点。真正实现集中监控的目的。一、控制方案的设定 火电厂自动化水平是通过控制方

2、式、控制室布置、热工自动化系统的配置、系统功能以及运行组织及主辅机设备可控性等多方面综合体现。 总体方案：采用厂级监控信息系统（SIS）、分散控制系统（DCS）以及辅助车间控制系统组成的自动化网络。实行控制功能分散，信息集中管理的设计原则。采用炉、机、电及辅助车间(新建)集中控制方式，两台机组合设一个集中控制室,不再单独设辅助车间系统（新建）的集中控制室。 单元机组控制采用分散控制系统（DCS）可设23名全能值班运行人员。运行人员在集中控制室内通过大屏幕显示器与LCD操作员站、在就地巡检人员的配合下，实现以LCD/键盘为中心的集中监视和控制，在值班人员少量干预下自动完成机组的启动、停止，正常运

3、行的监视控制和异常工况处理。 辅助系统水、煤、灰、脱硫等车间统一运行管理，设置独立的辅助车间监控网络，监控点设在集中控制室。辅助车间可设23名全能值班运行人员，在集中控制室内通过辅助车间控制网络的LCD操作员站对二期新建辅助车间进行监控。考虑到电除尘/除灰、城市中水处理、脱硫等工艺系统比较复杂，需要监视和操作的内容较多，因此在这些车间内或附近设置辅助监控点，并在这些辅助车间的就地控制室或电子设备间内布置车间LCD操作员站。正常情况下，辅助车间以集中控制室为主要监控手段，就地辅助车间监控仅在网络故障、设备调试及试运等情况下使用。二、工程实施1、SIS系统的网络结构 SIS系统的网络结构是基于企业

4、内联网的生产和管理模式，在SIS系统的设计上采用以下原则：1.1.1网络结构一体化 在构筑SIS系统网络时，按照全厂网络统一布局的原则进行网络拓扑结构和设备标识，即：全厂各信息主干网采用1000Mbps光纤以太网相连；各楼层和各机组之间采用100Mbps光纤以太网相连等。全厂网络系统采用一体化布局将会保证系统稳定、网络性能可靠、易于维护和应用功能的扩充等优点1.2 多层分布结构 采用多层分布结构，将最大限度地减少系统间的通讯连接，平衡服务器和不同客户机之间的数据流量。对于沁北电厂的SIS系统，SIS系统和MIS系统将分别采用独立的网络，期间通过SIS和MIS各自的数据服务器之间互连和交换信息，

5、这样SIS系统网络上的应用只需与实时/历史数据服务器连接，而MIS的应用只需与MIS关系数据库服务器通讯，从而减少通讯的复杂性，提高了网络的独立性、可靠性和快速性。以下为沁北电厂的网络结构：2、SIS系统的外部接口2.1 实时数据的获取 作为全厂生产过程数据信息保存和处理的中心，SIS为全厂各相对独立的实时控制系统（DCS、全厂辅助控制网、网控、和炉管泄露和汽机震动检测等）留有网络连接和数据通讯的接口，全厂各生产过程的实时数据通过接口计算机传递到SIS上，SIS网络上设有值长站和其他工作站，这些站以客户机的形式访问实时信息数据库服务器，以过程数据为基础，利用相应的功能软件完成SIS的功能。2.

6、2 SIS 与MIS 的关系 SIS和MIS分别是两个相对立的网络，两之间通过各自的数据库服务器联系，MIS系统所需的生产过程数据由SIS 系统的过程信息数据库提供，MIS系统设备管理和检修管理所需的设备状态判据也由SIS提供。2.3 SIS与电力调度的关系 本工程SIS系统留有与电力调度自动化系统远动终端的连接接口，SIS系统可接受电力调度系统的调度指令，通过自身的负荷调度与分配功能统3、SIS系统建设的几点点建议3.1 随着电力体制改革的推行，厂网分开，竟价上网的局面将会形成，各发电集团公司可在自己管辖的少量有代表性的电厂中做试点，总结经验，不断完善，待各功能软件成熟后再大量推广。3.2建

7、立SIS信息网络将是不可扭转的，所以对于一般电厂（特别是新建电厂）采用总体规划，分步实施的原则，可以先建立SIS网络框架，设置一些数据库和性能计算等少量相对成熟的功能软件，随着技术的不断提高可补充其他功能的软件，比如负荷调度功能等，这就要求在搭建网络时要留有将来扩充完善的接口。3.3SIS系统的功能不限于以上所提的方面，但在设置SIS的功能时要结合本厂的具体情况，不要造成投资的浪费，比如：机组负荷分配功能，对与机组数量多，又在同一个电压等级上，这时设置此功能就有必要，反之负荷分配的功能就不能得到充分的发挥。3.4SIS系统和MIS系统分别采用相对对立的网络，之间的通讯靠两者的数据服务器相连和交

8、换信息，这样可以减少网络的通讯压力，提高网络的独立性、可靠性和安全性。3.5对全厂网络结构要统筹考虑，实现网络结构一体化，硬件要强调他的通用性、开放性和稳定性好的第三方产品，网络结构可以采用以太网或其他开放性网络。3.6SIS系统的功能软件要具有良好的透明性和二次开发能力，以便于用户在生产期间根据需要不断的修改和开发。3.7 在功能上要避免重复开发，比如DCS具有机组在线性能计算，而SIS也有此功能，这就造成不必要的浪费，建议可将性能计算的功能只放在SIS系统来实现，使DCS只用来做监控。三、DCS一体化方案实施3.1 设备招标 实现单元机组控制由DCS/DEH/MEH/BPC软、硬件一体化平

9、台国内长期以来，DEH系统作为汽轮机设计制造密不可分的一部分，一直是由汽轮机制造厂开发配套的。这些专用系统在其软、硬件的开放性上较差，这就造成了大批电厂在集中控制室拥有DCS和DEH两个操作平台（通过硬接线完成必要的控制信号的传输），给运行维护人员带来极大的不便。类似的系统还有给水泵汽机控制系统MEH、旁路控制系统BPC等。 为了做到信息共享，使DEH、MEH、BPC真正成为DCS系统的一个功能站，在工程可研阶段就开始着手这方面的工作，在初步设计和主机招标中都要做明确的规定。 下面以沁北电厂一期工程主机招标为例说明DEH（MEH）纳入DCS的具体实施方案： 1) DEH（MEH）系统随汽轮机成

10、套供货，在汽轮机招标书中明确两点： 至少提供三种控制装置型号供招标方选择，且保证招标方对控制装置型号的选择丝毫不影响DEH系统的各种控制功能及各项技术指标。 为实现本工程控制系统硬件平台一体化的设计思路，DEH系统电子装置型号的最终确定与硬件冻结放在买方DCS系统确定选型后。哈汽卖方确保买方对具有实际业绩的DEH系统电子装置型号的选择丝毫不影响整套DEH系统的技术性能指标。 2) 在DCS系统招标书中明确所采购的DCS系统必须具备DEH（MEH）系统的应用实绩。为了保证商务报价的一致性，业主对DCS系统的招标工作和汽轮机厂对DEH控制装置的招标工作放在一起进行，DEH（MEH）的技术评标和商务

11、报价都有汽轮机厂参与。 汽轮机控制(DEH)装置由汽轮机制造有限公司成套供货，给水泵汽轮机控制(MEH) 由小汽轮机厂成套供货。DEH/MEH均采用与DCS系统采用相同的软、硬件设备，即DEH/MEH控制装置做为DCS的功能站挂在DCS通讯网上。DCS厂家负责将DEH/MEH控制装置总成在一套DCS中。DCS、DEH、MEH软、硬件一体化平台使用的优越性在沁北工程安装、调试期间就已经显现，如操作员站对各功能画面的调用、各功能系统打印报表的合成、报警信号的时序分析、备品备件的准备等都变得简单可行了。3.2 硬件冻结及应用软件的设计 仍以沁北电厂为例：目前ECS纳入DCS已经成为发展方向，这就要求

12、倒送电就得有DCS实现，使得DCS的交货期很紧张（从合同签订到交货仅4个月，按照常规DCS交货期为6个月）。为确保设备的按时交货，并为软件组态设计留有足够的时间，这就要求设计院克服主、辅机设备资料不齐全等种种困难，在第一次设计联络会前2周就将完整的I/O清单和P&ID图提交给DCS厂家，确保一联会成功冻结硬件。四、全厂辅助车间监控 全厂辅助控制网络系统将对全厂辅助车间采用集中监控的方式，即在单元控制室内辅控操作员站上能对如：除灰、渣及电除尘系统、凝结水精处理程控系统、输煤程控系统、燃油泵房系统、综合水泵房、采暖加热站、循环水加药、空压机系统、生活污水处理系统、全厂化学水处理系统及脱硫等进行监控

13、，同时将厂区各辅助控制系统的控制从功能上划分为水、煤、灰、脱硫四大块（也可根据各系统具体的物理位置来划分），采用上位机网络和可编程控制器（PLC）相结合的方式在单元控制室实现监控。为在系统调试、启动初期以及生产巡检的需要，在重要的辅助车间程控系统设置各自的监控上位机，各辅助车间程控系统（PLC）与其上位机的组态方式采用MB+网。辅助车间实现集中控制室集中监控，即将本期建设的各辅助车间的控制系统通过计算机网络进行联网，并设置煤、灰、水、脱硫辅助监控点。在集中控制室里，运行人员可通过辅助车间监控网操作员站对网络内各辅助车间的工艺过程进行监控。 在其它工艺系统比较复杂，需要监视和操作的内容较多的辅助

14、车间（系统）设置辅助控制点，即在就地控制设备间内设置现场操作站，在机组调试、启动和网络故障情况下，可在就地操作站上进行监控。正常情况下以集控室监控为主。 辅助车间工艺系统的控制均采用可编程序控制器(PLC)系统，并采用远程I/O技术。 4）两台炉烟气脱硫系统由三套PLC实现，在烟气脱硫就地控制室通过就地操作员站并辅以少量的就地监视和控制实现脱硫系统设备的启、停和正常运行时的监视和控制。正常运行后是否设运行值班员由电厂的管理模式确定4.1辅助系统监控网络物理拓扑结构： 在网络结构设计中，辅助系统监控网络的物理拓扑结构设计可为双缆冗余星型以太网，以两台主交换机为核心，各个联网设备为接点，主要通过5

15、0/62.5Um多模光纤或超5类屏蔽双绞线STP，构成两个完全相同的镜相星型网络，网络的管理功能由冗余配置的服务器实现。设置2台主交换机，作为网络核心交换机，双机冗余配置，系统服务器配置1000M服务器专用以太网卡，分别接入两台主交换机；控制网上的各子系统在各控制系统就地均设有100M小型交换机用于就地接入，就地交换机与光纤主交换机通过50/62.5Um多模光纤连接。 全厂辅网监控系统的网络结构可以划分为三个层次，底层为PLC主机远程I/O站之间的输入、输出通讯网络，中层主干网络是PLC和工控上位机之间的实时监控通讯网络，最上层是上位机和全厂监控信息系统（SIS）的信息交换通讯网络，通过物理和

16、逻辑手段将辅网系统按照功能划分后，使系统模块化、局部化结构，特定的数据流会在各自的网络中传递，而不会占有与之无关网络的带宽，保证了信息的实时性和高速性，完全符合华能沁北电厂“功能分散、物理分散”的设计原则。 网络设备的监控上位工控机作为操作员站（操作员站可根据实际情况而定），并可任意定义其中一台为工程师站，上位机之间操作上具有相互闭锁的功能，在操作员站上实现运行监视并具有数据采集、LCD画面显示、参数处理、越限报警、制表打印以及各辅助系统PLC参数设定、控制逻辑修改和系统调试等功能。 辅网控制系统中的主干网络采用1000M以上的以太网光缆（双缆冗余结构），当网络中某一段光缆线路出现故障时，网络

17、能自动重新配置并继续通讯，同时在此过程中不会造成数据的丢失或数据的变化，即使在整个网络（冗余）不能正常工作时，各辅助系统的PLC仍能独立工作，以保证各系统和设备的安全性和系统的可靠性。采用光纤电缆具有以下优点：如传输距离远、 通讯带宽大、耐腐蚀、抗电磁干扰能力强、传输误码率低、不易损坏、电隔离作用等。 网络连接设备选用网络交换机，在单元控制室配置两台光纤主交换机，四台操作员站及两台服务器各插两块PCI 100M以太网卡，并分别接入不同的光纤主交换机。网络同时配备两台冗余的服务器，作为上位机和PLC之间的通讯通道，各自配备有独立的数据库，并作为网关计算机负责与厂级信息管理系统（SIS）的通讯接口

18、。4.2 控制层网络的安全性分析 安全性是网络性能的一个重要标志，本工程将通过以下措施来保证系统的安全。4.2.1工业级交换机：交换机是网络中至关重要的设备，普通的OA产品无论是可靠性还是使用寿命都无法和工业产品相比。4.2.2硬件冗余：为了防止物理损坏，整个网络采用冗余星型网络，在网络上任意一点的断开或任意设备不工作都不会影响整个网络的运行。4.2.3数据备份：为了防止数据和信息的丢失或损坏，网络使用两个数据库，一个是数据服务器，另外一个为工程师站，这两各数据库同时工作。当其中一个数据库出现故障时，另外一个数据库可以继续工作，不影响整个系统的监控和操作 。4.2.4安全防护墙：计算机病毒的侵

19、害是以太网的最致命弱点，这种侵害足以是网络崩溃。为有效的防止病毒，系统将安装反病毒软件。4.2.5安装网络管理软件：网络管理软件带有全面的安全功能，可以控制访问级别并具有故障定位；通过故障陷阱报警历史可以对故障进行检测；它可以对各种故障报警、历史故障查询、每个交换机的各端口状态、通讯流量、交换机设置、系统的安全维护等带来强大的可靠性和易操作性。4.2.6分布式供电：网络电源采用两路热控UPS电源供电并实现自动切换功能，同时系统配置一套UPS装置，以保证系统机柜、上位机、服务器、交换机的供电。4.3 硬件及软件技术 随着网络技术的发展和应用，目前大部分PLC生产商都可提供成熟、可靠的网络接口，方

20、便地组成控制网络系统。所以，辅助车间监控系统的控制网络，可采用PLC控制网络，以保证监控实时性。全厂网络系统设计站点不少于20个，I/O点容量不小于8000点，标签量点数不小于20000点。 从目前PLC运行情况来看，无论是CPU 处理速度和能力，还是内存等都迅速发展，不断更新换代，完全可以满足控制要求。此外， PLC产品很多，在电厂应用较多的制造厂有 MODICON、SIEMENS、A-B、OMRON等，这些公司的产品可靠，在电厂输煤、锅炉补给水、凝结水精处理等大型控制系统中已有过许多成功运行经验。随着网络应用的发展，各硬件生产商都推出了对开放标准网的支持产品，多样的硬件产品，可为辅助车间新

21、的控制方案提供多种选择。硬件设备对网络的支持，带动了软件的发展，各硬件厂商增加了网络驱动软件，能支持多种网络协议，有足够的选择余地。 软件部分主要有监控软件、编程软件以及实时数据库组成，它们分别实现对全厂辅助车间网络上位机的监控、各车间PLC逻辑功能以及系统内部、外部的数据接口，要求监控软件既有较好的运行实时性，又有良好的开放性，所有设备的代码和测点编号应采用KKS编码；编程软件能对各系统PLC进行控制算法和逻辑组态的软件，编程软件必须支持功能图、梯形图、顺序功能流程图、指令表、结构化文本等多种方法编程，既可离线又可在线进行组态；实时数据库安装于系统的两台服务器内，提供操作员站和厂级监控信息监

22、控系统（SIS）的数据接口。4.4 项目实施：4.4.1 由于各个辅助系统的专业差别比较大，而每个系统都有在此方面有成熟经验的专业厂家（工程商）。这就要求在各系统招标和技术谈判中要全盘考虑，要在控制策略、控制主设备（PLC）、通讯协议、可扩展性以及系统的开放性方面要有统一的要求。4.4.2 各辅助车间程控设备应在优化选型的基础上，全厂统一，一方面降低备品备件的数量和种类，便于维护人员学习和维护，更主要的是便于整个控制系统的联网。4.4.3 将整个辅助网络（大框架）和部分辅助系统放在一个标段招标，从而选择一个有业绩、有成功经验的投标商来总承包，并由他负责对其他各辅助系统的整合。4.4.4 由于各系统的采购顺序不同，这就要求业主和设计单位始终要把辅网控制的方案放在重要的位置，以免有丝毫和遗漏而造成整个网络衔接不上，达不到预期的控制水平。4.4.5 辅网控制系统要设计统一的、集成的辅助系统，尽量将各辅助系统的监控画面纳入一个监控软件，同时还应使他们具有统一的风格，统一的操作方式，并能合理的进行切换和调用。4.4.6 当主设备要配供