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电厂辅助车间集中监控系统

在火力发电厂辅助车间控制系统的设计中,一般是按照“水”、“灰”、“煤”划分3个集 中监控点,即能实现辅助车间分区域集中监控,又方便人员现场调试和维护。随着自动化水 平和网络技术的不断发展,利用先进的网络和通信技术,在集中监控点的上层,采用工业以 太网构成一套全厂辅助车间集中监控网络,实现对全厂各辅助系统的集中监控操作,这也正 成为电厂辅助车间提高控制水平的发展必然和实现“减人增效”的重要手段。本文介绍了某 火电厂全厂辅助车间集中控制系统,该火电厂辅助车间设有“水”、“灰”、“煤”3个集 中监控点, 辅助车间控制系统采用PLC控制方式。同时设有全厂辅助车间集中监控系统,充 分利用工业以太网Modbus TCP /IP 的优势,组成千兆冗余控制网络,并预留厂级信息监控 系统(SIS)的通讯接口,实现全厂集中监控和信息系统网络化。
1 控制系统
1.1 控制系统简介
各子系统组成如下:①水网控制系统:包括锅炉补给水处理系统、凝结水精处理系统、工业 废水集中处理系统、化学加药及汽水取样系统、生活消防水泵房系统、制氢站系统、升压水 泵房系统等(生活污水处理处理系统、煤水处理系统、油水处理系统等与一期合用)。②灰网控制系统:包括除灰系统、除渣系统、布袋除尘系统、全厂配气中心系统等。③煤网控制系统:包括转运站系统、煤仓间系统等。
本工程全厂辅助车间集中监控系统,将水网控制系统、煤网控制系统、灰网控制系统组成一 个控制网络,并在主厂房集中控制室内设置全能值班操作员站,实现全厂辅助车间的集中监 控。其中,水网控制系统、煤网控制系统、灰网控制系统就地集中监控点主要用于基建期间 的调试和设备检修期间的维护,在辅助车间运行稳定后,由辅助车间全能值班员完成水、煤 、灰系统的集中监控,就地集中监控点无人值班,实现全厂辅助车间集中监控。
1.2 辅助车间的工艺特点
1.2.1 重要性:电厂运行需要随时掌握各辅助车间的运行状况,以保证整个电厂的正常运 行。辅助系统一旦出现问题必须及时处理,否则将影响全厂的安全经济运行。
1.2.2 分散性:锅炉补给水处理系统、凝结水精处理系统、工业废水集中处理系统、化学 加药及汽水取样系统、生活消防水泵房系统、制氢站系统、升压水泵房系统、除灰系统、除 渣系统、布袋除尘系统、全厂配气中心系统、输煤系统等遍布于全厂。
1.2.3 非连续性:一些系统属间歇式运行,即在运行需要时才进行操作,满足一定的条件 后,系统停止运行,等待下一次运行。
1.2.4 开关量控制为主:开关量控制占据着辅助车间过程控制的核心。
1.3 网络结构
1.3.1 网络设计。辅控网总体结构是由PLC+上位机方式构成,控制主干网采用1 000M冗余光纤以太网,通过 冗余配置的工业以太网交换机,将子系统的冗余交换机、以太网通讯模块或操作站接入辅助 车间控制主干网,星环混合型辅控网络,子系统的就地操作员站作为系统辅助监控点。辅助 车间集中监控网络系统分以下3层。
第1层:3个后备监控点控制网,主要用于系统启动、初期调试、初期运行和故障时使用。 在后备监控点各配置两台带光纤上传接口的分支交换机,每个系统的上位机/服务器各配有 两块以太网网卡,控制器配置有冗余的以太网接口并且分别接入不同的交换机。
第2层:辅助车间集中控制系统监控网,操作员站布置在主厂房集中控制室,工程师站布置 在工程师室,配置两台冗余的光纤主交换机,操作员站、工程师站及数据服务器各配有两块 以太网网卡,并且分别接入不同的光纤主交换机。采用光纤、光纤主交换机、操作员站构成 第2层监控系统。
第3层:辅助车间集中监控网系统通过隔离器及网关计算机连接至SIS,保证辅助车间集中 监控系统向SIS发送实时数据,同时不影响辅助车间集中控制网本身的控制功能。
1.3.2 网络拓扑结构。常见的网络拓扑结构主要有总线型拓扑、星形拓扑、环形拓扑及混合型拓扑。本工程 辅助车间集中监控系统采用混合型网络,先形成子网,然后子网交换机与主交换机连接。采 用混合型拓扑结构,可以克服一般星形拓扑、环形拓扑结构的缺点,使网络的可靠性、扩展 性、稳定性和安全性大幅提高,同时提高网络性价比。本工程全厂辅助车间集中监控系统网 络见图1(虚线框内示意PLC随工艺设备成套供货)。

 

2 网络配置
2.1 PLC系统配置

辅助车间控制系统PLC 硬件主要选用施耐德系列产品,下面以水网系统为例说明PLC系统配置 。水网系统硬件采用施耐德Modicon-Unity Quantum PLC,CPU采用140CPU67160,以太网模块 采用140NOE77101,远程通讯模块采用140CRP93200(主站)和140 CRA93200(从站),DI模块采 用140DDI35300,DO模块采用140DDO35300,AI模块采用140ACI04000,AO模块采用140ACO130 00。水网系统由于工艺要求不同,各子控制系统采用不同的配置策略。高可靠、高性能的冗 余热备控制器140CPU67160 应用到如凝结水精处理、工业废水集中处理等系统上;在满足工 艺、控制要求的前提下,提高性价比,对控制点数不多的系统选用140CPU11302 双机热备系 统,如制氢站系统、化学加药及汽水取样系统。
2.2 交换机配置

本工程采用混合型网络拓扑结构,主干网采用冗余结构,使网络在发生不同的故障点(线路 、交换机等)的情况下仍然能够正常工作; 为了降低网络的负荷,提高以太网的通信速度, 主干网采用通信速率达1 000M/s的工业交换机,可以尽量避免冲突的发生,提高系统的高可 用性。本方案网络核心交换机采用赫斯曼具有网管功能的以太网交换机MACH4002-48G-L3E, 就地控制室采用带网管功能的以太网交换机MS4128-L3E,辅助车间内采用以太网交换机MS20 ,这些交换机是完全工业级网络产品,牢靠的重负荷设计,确保了整个网络系统的稳定、可 靠运行。
2.3 服务器和操作站配置

两台服务器、两台操作站、1台工程师站和两台网络中心交换机布置在主厂房控制室和锅炉 电子设备间内;3台操作站(1台兼工程师站)、两台服务器布置于水网控制室(位于锅炉补 给水车间);4台操作站(1台兼工程师站)、两台服务器布置于灰网控制室(位于除灰综合 楼);2台操作站(1台兼工程师站)、两台服务器布置于煤网控制室(位于输煤控制楼), 另外,为方便调试工业废水集中处理系统、化学加药及汽水取样系统、制氢站系统分别设有 就地操作员站。服务器、监控操作站及工程师站通过冗余通道与中心交换机连接。辅控网络 中心交换机通过冗余光纤分别与各车间控制系统的交换机连接,构成网络的主干。系统服务 器采用IBM System×3650工业级服务器,配置为四核双CPU、2GB内存、500G硬盘(SCSI总线) 、52X CD-ROM、外部存储设备。高性能服务器通过以太网与各控制系统的Modicon-Unity Qu antum PLC 通讯,从PLC 中采集实时数据,存储于服务器中,承担各系统的数据采集、存储 、处理等工作。网络系统配置研华工业控制计算机及22寸工业级液晶显示器作为操作员站, 任意一台操作员站可承担工程师站功能,配置由单色激光打印机和彩色喷墨打印机。服务器 数据库容量保证辅控网实时数据在线保存足够时间以方便查询,并可自动写入光盘。
2.4 软件配置

PLC 编程和组态软件采用施耐德UNITY PRO; 监控软件和数据库软件采用Wonderware 公司的 INTouch V10.0 和INTouch 服务器 I/O SERVER; 监控站系统软件采用Win XP Professiona l;服务器系统软件采用Windows 2003 Server。

系统采取有效措施来防止各类计算机病毒的侵害和数据丢失。为保证网络系统的运行安全, 安装防火墙软件,并根据不同用户设置相应的访问权限和网络管理措施( 划分虚网VLAN,如 水和灰系统为不同的VLAN,二者不能相互访问,既可避免网络带宽的浪费,又可以便于安全 管理)等。

 

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