火电厂辅助车间控制系统设计

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摘要 本文论述了电厂辅助车间的工艺现状，以及其监控发展的现状，介绍了火电厂辅助车间控制系统的设计原则，需达到的自动化水准。针对辅助车间控制系统的工艺流程，分析了可PLC和上位机相结合设计方案中的联网方案、分散控制系统方案，从过程控制性能、工程效益，确立了以现场总线为底层通讯媒介，DCS为基础的应用方案是辅助车间控制系统的最佳设计方案。

关键词 火电厂；辅助车间；集中控制；PLC

中图分类号TM6 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2012）69-0129-02

0 引言

如今的火电机组通常采用的是分散式集中型控制系统（DCS）技术，使得系统中的各个设备可以进行一体化的控制，在值班模式下基本实现了工作人员对整个系统的运行信息进行监控。分散式集中控制技术保障了发电机组主机系统的安全经济运行。但是，相反的，辅助车间监控能力与其相比，监控能力则大大折扣，智能化自动化水平低。现在电厂在减员的同时又能提高发电效率的大环境之下，完成在辅助车间不安置或只安置较少的值班人员，又能提高安全性和效率，所以对辅助车间进行监控网络化和集中控制意义重大。目前在国内，一些电厂已经实现了按水、煤、灰工艺过程划分的车间级控制。

1 火电厂辅助车间控制系统的设计原则

大型火电厂辅助车间约包括40多个系统工艺设备，且这些系统工艺设备分布位置相对分散，在系统运行时，这些系统都是独立运行互不干扰，但同时又要求这些系统与主系统的管理和运行要步调相同，互相协调运行。

辅助车间工艺流程复杂，在设计时首先要考虑到辅助车间的复杂性，然后要制定好在运行时系统的可靠实时性策略，最后设计好的辅助车间控制系统要完全服从于主线控制系统，以此来实现辅助车间的车间级控制，例如：按水、煤、灰划分的车间级控制。设计思路确定后，要把火电厂辅助车间集中为1个控制点，这样不仅可以满足只需少量工作人员便可监控，而且可以减少能源损耗、提高发电效率，达到辅助车间智能自动化控制目的。在地理分布上，辅助车间系统相对距离较远，且设备类型繁多复杂，容易出现机械转动故障、传感器信号传输故障等现象，有一些如煤、灰、水样分析等分析项目只能通过人工去操作，不能进行在线监控。考虑到辅助车间运行的安全性，在建立控制系统时，要在问题频发处建立系统冗余，当一条控制线路或传感器出现故障，则迅速切换至备用控制线路系统。备用的线路系统具有和主运行监控系统功能类似，一般不会启用。

2 电厂辅助车间控制系统的需达到的自动化水准

电厂辅助车间控制系统要达到多级监控，，如图1所示，如管理级、车间级、现场级，为了电厂辅助车间系统的安全性能和预防操作混乱，该系统需要设立用户权限系统，方便相应的人员操作，对于不同级别权限的工作人员，高优先级操作监控时，低优先级暂时锁闭。管理级可集中监控整个系统的运行信息，达到少人高效的要求，即实现了辅助车间级集中监控，实现了监视系统网络化。现场级工程师的权限只能作出相应系统设备的监控和重要参数设置。

图1 电厂辅助车间控制系统构架

3 火电厂辅助车间控制系统设计

分散的控制系统由核心控制器PLC加上相应的上位PC机监控，这种控制系统的设计方案在相当一段时间应用在电厂辅助车间控制系统的设计中，可见其重要地位。此控制系统设计方案能够满足电厂辅助车间的设备分散的特点，且能够将各种控制器连接起来构成监控网络，这些分散的监控对象主要包括输煤信息、除渣除灰、化学水、燃油泵房、循环水、废水、凝结水等，如图1所示，处理这些对象的相关设备都配有监控器，以便于相关工作人员控制和监测运行信息。电厂辅助车间的大部分系统并不是持续运行的，而是间歇性的。整个辅助控制系统的控制核心为各个开关量的控制。

PLC和上位PC机的结合能够充分发挥电厂辅助车间集中控制车间工艺系统中的良好控制性能的优点，而且可以适时的减少控制点，提高自动化程度，减少投资，降低运行成本，带来巨大效益。PLC加上位PC机的电厂辅助车间实现控制集中化，首先必须将各个独立的现场设备系统网络融合到一起，形成车间级控制网络，然后将各个车间级控制网络集合到一起便整合成一个集中控制的管理级网络。通常有2中组网模型来构建车间级监控网络：

1）用专用的通信媒介实现PLC与PLC主站之间的网络通讯，并实现PLC与上位PC机的通讯：在车间级控制网络中，当核心控制器PLC型号一样的时候，采用可靠成熟且有硬件和软件支持的PLC专用通讯网络组网，这种网络具有实时有效的信息传递的优点；当核心控制器PLC型号不一样的时候，则会使得组网的过程变得复杂。这种网络架构可以完成车间级控制网络和整个管理级网络的功能，现场级的通讯媒介组成的通信网络通过路由连接上层控制网络，这两种通讯网络是隔离开的，在运行的过程中不会发生信息干扰和，保障了整个通讯网络的安全性能；2）用统一的网络形式实现系统通信，例如以太网：操作员站、工程师站以及企业级站使用的监控系统都为高性能且运行可靠的计算机，所以实现计算机与计算机之间通讯的媒介主要是以太网，以太网是目前建立计算机网络常选用的通讯媒介。现场级的各个控制设备系统核心PLC和PLC之间也采用以太网连接，这种连接的优点是具有标准化的网络，即使是类型不同的PLC也能使之互相联网且通讯实时性高传输速率快，同时用这种方案连接网络时，具有通用的软件和硬件支持。以太网的最新发展中采用了全双工通讯，交换技术，VlAN技术IGMP技术，端口优先级技术等网络技术，使其具有超高实时性的可靠性的计算机网络。为保证网络的实时性和可靠性， 辅助车间控制系统采用联网的工业以太网保证了整个系统的可靠性和实时性，系统采用了C/S和B/S两种架构，根据电厂情况合理分配好两种网络架构，如操作员总控制站和工程师站要采用C/S架构的客户端，而作为像管理级的决策者只需要通过WEB浏览器了解工况信息的则采用B/S架构的客户端。操作站PC机上安装的组态软件要采用与所有PLC和网络设备兼容性好、安全且支持冗余，同时可以记录电厂运行数据建立实时数据库和历史数据库，如 iFix，WinCC 等。

4 结论

火电厂辅助车间控制系统革新了自动化系统的设计风格，通过清晰明朗的界面合理操作，严格控制了企业实施这一系统的运营成本和资源投入。Web网络的应用，使组态软件实现了范围内的实时在线监控，成为了企业决策者和生产过程的纽带，扩展了系统功能，优化了系统结构。不仅如此，在国内电站电厂辅助控制系统相对落后的背景下，火电厂辅助车间控制系统的建设为改造传统电厂辅助控制系统提供了新方案，从成本效益来看，若将该系统实施在传统生产系统的改造计划中，系统正常运转所带来的经济效益明显弥补了改造及维护期间投入成本，可以预见该系统应用前景乐观，适于推广。

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