大型火电厂辅助车间全厂联网控制
在兰溪发电厂的应用
李丛红
（浙能兰溪发电厂）
摘要：辅助车间全厂联网控制在兰溪发电厂的具体运用及曾经出现的问题。
关键词：辅助车间；网络；冗余；控制
1概述
根据火电厂先进管理的要求，优化辅助车间的控制方案、提高辅助车间的自动化水平、减人增效，是各火电厂所必须面临的问题。
相邻的辅助生产车间或性质相近的辅助工艺系统可合并控制系统及控制点，辅助车间控制点不宜超过三个（输煤、除灰、化水），其余车间均按无人值班设计。
新建电厂采用DCS来实现辅助车间的控制或采用PLC+统一的监控软件及网络通讯技术来实现辅助车间的全厂联网监控。
2辅控系统
浙能兰溪发电厂辅助车间的控制范围主要包括水处理系统、灰渣系统和输煤系统。
水处理系统包括：锅炉补给水处理系统、凝结水精处理系统、净水预处理系统、废水处理系统、锅炉取样/加药系统、循环水加氯系统、生活水系统、消防水系统、超滤反渗透系统等；灰渣系统包括：飞灰输送系统、分选系统、捞渣机系统、渣水处理系统、石子煤输送系统、电除尘系统等；输煤系统包括从卸煤至主厂房煤斗的整个输煤系统、煤取样系统、煤场喷淋系统。
由于辅控系统庞大，根据每个工程实施及设备配套的需要，控制系统由每个设备厂家分别提供。
为了达到联网监控，必须把全厂辅助车间控制系统作为一个整体来考虑。
这涉及到几个关键的问题：监控软件选型的统一、网络及接口的统一设计、数据库及人机接口设计风格的统一、冗余技术的应用。
2.1监控软件的配置
监控软件是实现全厂辅助车间联网控制的核心，它完成了与PLC或其它智能仪表的通讯和驱动，实时/历史数据库的定义，工艺系统画面的组态、链接和实时监控，报警、报表、故障查询、事故追忆等功能的实现。
辅控系统所有操作员站监控软件统一选用了GE公司的iFIX 3.5C Plus Scada Pack Unlimited Runtime/Developer。
监控软件基于简体中文版Windows 2000版本环境下运行，保证系统的运行实时性和开放性。
操作员站有如下功能：
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1）监视系统内每一个模拟量和数字量
2）显示并确认报警
3）显示操作指导
4）建立趋势画面并获得趋势信息
5）打印报表
6）控制驱动装置
7）自动和手动控制方式的选择
8）调整过程设定值和偏置等
9）设备和网络系统故障诊断和状态监视功能
10）程序开发
11）系统诊断
12）数据库管理和维护
13）画面的编辑及修改
14）故障查询、事故追忆
由于全厂辅控系统I/O点数庞大，为了系统的稳定运行，配置2台独立的历史数据站，历史站同时作为网关计算机负责为厂级监控信息系统(SIS)提供数据。
历史数据库软件为iHistorian standard server 30000pts ver 2.0。
在辅控系统运行初期，由于厂家调试经验不足，忽视了报警、故障查询、事故追忆、系统诊断等功能，逐步完善后增加了文本报警、重要信号声音报警和首出画面等等。
2.2网络通讯协议及拓扑结构的选择
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辅助车间控制系统采用了星环形混合结构，核心交换机采用了环形结构，子交换机采用了星形结构。
上图是辅控系统的拓扑图：系统采用专用的网络设备——交换机作为核心节点，通过双绞线（光纤）将局域网中的各台主机连接到核心节点上，形成星型结构。
为了提高网络的可靠性，核心交换机和双绞线（光纤）采用双路冗余。
核心交换机采用环网结构，以太网环有效地防止了数据环路引起的广播风暴。
当以太网环上链路或设备故障时，能迅速切换到备份链路，保证网络快速恢复，避免传统数据网保护能力弱、故障恢复时间长等问题。
下层的星型拓扑通过级联的方式扩展网络规模，适合多系统组成的辅控网。
2.3网络设备的选择
由于辅助车间控制系统I/O点数量庞大（达4万点左右）、辅助车间物理位置分散、辅助控制系统类型各异，以及存在着强电磁场等特点，控制系统网络设备必须安全可靠、高速实时、开放性好，保证辅助车间集中监控能在恶劣环境下稳定运行。
交换机采用了支持以太网的赫斯曼MICE系列产品——MICE2000系列（MS2108-2）、MICE3000系列（MS3124-4），卡轨式安装、模块化结构，无风扇设计，工作温度范围为0~60℃。
MS2108-2含两个插槽，最大可连接8个网段，用作下层PLC和网络连接，组成星形快速以太网结构。
MS3124-4有四个插槽，最大可连接16个网段，可接入一个扩展基板（增加二个插槽），使连接的网段数增加至24个，用作核心交换机，组成环网MICE采用存储转发的交换方式，最大可寻址4000个。
支持符合IEEE802.1D标准的优先级队列（两极），支持符合IEEE802.1Q标准的VLAN帧的转发，支持GMRP，RMON（1、2、3和9组）。
MICE系列交换机具有以下功能：1）以太网/快速以太网转换
2）支持冗余环
3）端口监视
4）支持RMON协议
5）端口安全保护
6）自动识别（BootP，DHCP）
7）接口：2个插槽可插入介质模块
8）1个嵌入式的终端模块，6针
9）1V.24连接头
10）工作电压：2*24VDC（-25%，+30%）
3冗余技术的应用
3.1服务器的冗余
为了使控制系统具备更高的性能和更强大的功能，数据库服务器设置一对或多对冗余，即集中式或分布式数据库服务器，完成数据的实时采集、转发及储存。
每个系统的就地2台操作员站设置为服务器，集控室和脱硫控制室留一台操作员站设置为服务器，为历史站提供数据，其他操作员站设置为客户端，从就地2台冗余操作员站取数据。
如果将所有操作员站设置为服务器，将导致有些服务器读不到数据，并且降低数据传输的速度。
飞灰输送系统就是个典型的例子，自投用以来，操作速度慢，PLC冗余投入后数据刷新速度达十来秒，将逻辑优化CPU负荷率下降到57%后，PLC 冗余投入后数据刷新速度仍然达不到要求，降低SEVER数量到3台，在CPU冗余投入后数据刷新速度达到要求。
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3.2网络的冗余
十几套PLC控制系统及上层监控系统的联网是一个庞大的网络。
由于现场环境的恶劣，网络的可靠性受到严重的威胁。
#1、2渣水系统曾因主站和远程站的通讯短时间中断造成多次多个泵跳闸，严重影响安全生产，目前已将主站和分站及远程站的单通道通讯改造成双通道通讯。
3.3电源的冗余
电源的冗余在辅助车间里是一个棘手的问题，通常的做法是取自两路不同的动力电源。
由于配电方面的制约，往往因控制系统及网络交换机的失电而造成故障。
上图为补给水泵房电源分配图：一路取自切换装置后的动力电源，另一路经过小型UPS进入系统电源。
3.4控制设备的冗余
根据被控设备的重要性及可靠性来配置控制系统设备的冗余程度。
在锅炉补给水处理系统、凝结水精处理系统、净水预处理系统、废水处理系统、锅炉取样/加药系统、飞灰输送系统、渣水处理系统、石子煤输送系统、电除尘系统、输煤系统，采用CPU冗余控制，在循环水加氯系统、生活水系统、消防水系统、超滤反渗透系统、分选系统、煤取样系统、煤场喷淋系统、制氢系统、暖通系统和屋顶风机控制系统则采用了单CPU控制。
4曾出现的问题
4.1网络故障：原核心交换机采用了星形网络结构，2个网段通过核心交换机相连。
脱硫废水厂家在调试过程中，为了实现脱硫废水子交换机的冗余，将两个网段的子交换机短接，构成了小范围的环网，所有PLC因广播风暴停止运行，造成整个网络瘫痪。
为了避免同类事故的发生，现将核心交换机改成了环形结构(拓扑图中红线部分)。
4.2过多的服务器从PLC取数据造成数据传输速度慢，甚至一些服务器取不到数据。
改成SERVER ——CLIENT结构后取不到数据现象消失。
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4.3输煤控制系统CPU冗余投入后操作速度慢：检查CPU负荷率在正常范围；在工程师站连接CPU速度正常；操作员站数据库点约6000点左右，正常；操作员站配置正常；检查主流程画面文件达6M，而其他系统每个画面文件只有0.3M左右。
在使用MODICON QUANTUM 系列CPU时，改用编程软件UNITY PRO，解决了CPU冗余投入速度减慢2/3的问题。
4.4输煤控制系统模拟量晃动大：检查IO柜对地电压达100多伏，接地线接入全厂接地网后，故障仍然存在。
经分析，由于输煤设备强电干扰引起，加隔离器后基本解决。
输煤系统IO柜接地网在设计时应考虑避开输煤强电设备。
4.5脱硫废水系统CPU冗余投入后经常出现网络中断和CPU死机：原因是冗余模块CHS占用了地址400001，与控制逻辑里的地址400001产生冲突。
更改控制逻辑里的地址后正常。
4.6锅炉补给水系统、干灰分选系统、渣水系统、石子煤系统有些阀门和泵的启停指令电缆选用了非屏蔽电缆；由于马虎施工，将屏蔽线未接入接地排，感应电达100多伏，导致气动阀和泵无法正常工作。
临时解决方案：将电缆备用芯接地，感应电降低到30来伏。
5结束语：
浙能兰溪发电厂把分散、独立的多个控制系统作为一个整体来考虑，从基建前期就统一规划、统一规范，在设计和施工阶段协调管理、同步施工，通过严格完善的管理、精心调试，实现了大型火电厂辅助车间的联网控制。
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