摘要：
本文主要介紹GE Fanuc自動化解決方案的軟、硬件產(chǎn)品：自動控制器（系列90-70、系列90-30、VersaMax、PACSystems RX7i、PACSystems RX3i）、組態(tài)軟件(VersaPro、Machine Edition、OpenProcess)、HMI/SCADA監(jiān)控軟件(Proficy HMI/SCADA - CIMPLICITY、Proficy HMI/SCADA - iFIX)、實時歷史數(shù)據(jù)庫軟件（Proficy Historian）及數(shù)據(jù)分析和Web發(fā)布軟件（Proficy Real-Time Information Portal)在燃氣－蒸汽聯(lián)合循環(huán)電廠中從現(xiàn)場控制、數(shù)據(jù)采集、歷史存儲、數(shù)據(jù)分析到最終Web發(fā)布的應(yīng)用情況。
引言：
濟鋼燃氣－蒸汽聯(lián)合循環(huán)電廠是世界上第一代燒低熱值混合煤氣的燃機電廠，主要利用現(xiàn)階段絕大部分鋼鐵企業(yè)中放散掉的富余煤氣進行發(fā)電。該聯(lián)合循環(huán)發(fā)電項目是濟鋼減少污染、能源再利用、降低生產(chǎn)成本的大膽探索與嘗試，在鋼鐵行業(yè)的煤氣平衡和利用、降低環(huán)境污染、提高資源利用率等方面具有積極的帶動作用，是國家大力提倡發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟、建設(shè)節(jié)約型社會的標志性項目。
概述：
該項目的工藝流程是將煉鋼、煉鐵產(chǎn)生的高爐煤氣與焦化產(chǎn)生的焦爐煤氣，分別經(jīng)過除塵、凈化和脫萘、電捕焦以及脫水處理之后，按一定比例混合成低熱值的煤氣，經(jīng)煤氣壓縮機加壓到一定壓力和溫度，送給燃氣輪機燃燒膨脹做功帶動發(fā)電機進行第一次發(fā)電，由燃氣輪機排出的高溫?zé)煔庠俳?jīng)余熱鍋爐產(chǎn)生高溫、高壓的蒸汽帶動汽輪發(fā)電機進行二次發(fā)電，從而實現(xiàn)聯(lián)合循環(huán)（圖1）。整個聯(lián)合循環(huán)電廠的一期工程共有2套機組，由16.5萬m3高爐煤氣柜、高爐煤氣凈化、焦爐煤氣凈化、2臺煤氣混合站、2臺煤氣壓縮機、2臺燃氣輪發(fā)電機、2臺余熱鍋爐、2臺蒸汽輪發(fā)電機、廠用電系統(tǒng)、GIS系統(tǒng)、公用系統(tǒng)和SOE系統(tǒng)幾大部分組成。
濟鋼燃氣－蒸汽聯(lián)合循環(huán)電廠，是濟鋼能源集中管理的一個重要組成部分。作為一個新建項目，無論是在自動化控制，還是生產(chǎn)調(diào)度管理上，都需要有一套先進的自動化解決方案來與之配套，更好地保證發(fā)電系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行：
在自動化控制方面，整個項目涉及的設(shè)備眾多，每個設(shè)備都有其各自不同的控制要求，因此，在控制系統(tǒng)的選擇上絕對不能一概而論，如何根據(jù)各個系統(tǒng)自身的特點選擇適合自己的控制器，花最少的錢，達到最佳的控制性能，是整個發(fā)電項目控制系統(tǒng)最核心的部分，也是需要考慮最多的部分；在確定了合適的控制器之后，緊接著面臨的就是如何在所選用的控制器上滿足設(shè)備的控制要求，如煤氣壓縮機和鍋爐汽機等大型設(shè)備的安全控制及混合站系統(tǒng)的高精度控制等，不僅要有高性能的冗余熱備功能，還必須有先進的控制手段來實現(xiàn)設(shè)備的自動控制；在實現(xiàn)了單一系統(tǒng)的控制基礎(chǔ)上，面對廠區(qū)如此眾多的設(shè)備，如何將全廠的設(shè)備整合成一個完整的系統(tǒng)，實現(xiàn)分布式集中控制，這對整個的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、現(xiàn)場總線以及不同系統(tǒng)間的相互通訊等都是一個大的考驗；在整個發(fā)電系統(tǒng)大連鎖關(guān)系確定之后，當機組連鎖跳機時，如何快速、準確地判斷引起跳機的事件時間順序及連鎖條件，查明跳機原因，也是控制系統(tǒng)職責(zé)之一。
在生產(chǎn)調(diào)度管理方面，現(xiàn)在國內(nèi)大多數(shù)電廠都已具備二級網(wǎng)絡(luò)的廠級信息監(jiān)控系統(tǒng)（SIS），濟鋼聯(lián)合循環(huán)電廠在實現(xiàn)對現(xiàn)場生產(chǎn)設(shè)備進行實時監(jiān)控的基礎(chǔ)上，如何更好地將全廠生產(chǎn)數(shù)據(jù)集中，并充分利用，真正實現(xiàn)設(shè)備運行狀況分析、調(diào)度決策制定、生產(chǎn)結(jié)構(gòu)優(yōu)化、機組性能提高、全廠生產(chǎn)數(shù)據(jù)和監(jiān)控的互聯(lián)、互通及Web信息對外發(fā)布等功能，一套適合濟鋼聯(lián)合循環(huán)電廠自己特點的廠級信息監(jiān)控解決方案必不可少。
解決方案：
為了保證濟鋼發(fā)電系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、高效地運行，出于對自動化控制和生產(chǎn)調(diào)度管理兩個方面的考慮，在實際調(diào)研了大量信息及數(shù)據(jù)之后，根據(jù)現(xiàn)場各系統(tǒng)的實際情況，結(jié)合GE Fanuc自動化軟、硬件產(chǎn)品的特點，我們對整個聯(lián)合循環(huán)發(fā)電項目提出如下的一套解決方案（圖2），以提高整個發(fā)電項目的自動化水平：
一．控制系統(tǒng)解決方案：
濟鋼燃氣－蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電項目，工藝流程復(fù)雜，涉及的系統(tǒng)分散，而且對控制的精度和穩(wěn)定性要求很高，因此必須選用高性能的控制器來完成其控制目標，這對控制系統(tǒng)來說是一個很大的挑戰(zhàn)。GE Fanuc的自動控制器，采用先進的控制技術(shù)，其運算速度和穩(wěn)定性在同類產(chǎn)品中處于領(lǐng)先水平，而且針對不同的行業(yè)、不同的工藝、不同的設(shè)備GE Fanuc提供一整套、多個系列的控制器，用戶可以根據(jù)自己的需要，有針對性地選擇適合自己的控制器，在實現(xiàn)最佳控制性能的前提下，為用戶節(jié)約成本。
1．VersaMax小型控制器：簡單易用、可靠性高、價格經(jīng)濟的特點使其在許多小型控制設(shè)備上得到了廣泛的應(yīng)用。它配置靈活，既可以作為遠程分布式I/O使用，也可以作為獨立的PLC使用，還可以作為分布式控制站使用。
VersaMax I/O（圖3）采用模塊化設(shè)計，每個站可支持8個I/O模塊，不帶擴展最多256個點，模塊支持帶電插拔，自動地址分配，設(shè)定總線地址通過旋轉(zhuǎn)地址開關(guān)，無須特殊工具組態(tài)。VersaMax為用戶提供廣泛的開關(guān)量（16種開入、12種開出、12種開入/開出混合模塊）、模擬量（9種模入、6種模出、3種模入/模出）、RTD、熱電偶、高速計數(shù)器輸入、脈寬調(diào)制輸出等模塊，最高支持12&16位分辨率，接線方式可選，安裝快捷方便。
VersaMax PLC（圖4）帶有強大的處理器(0.8ms每1K布爾指令、帶有以太網(wǎng)接口的Ethernet CPU并支持以太網(wǎng)廣播通訊Ethernet Global Data)、多種網(wǎng)絡(luò)接口單元（DeviceNet、Profibus-DP、Genius Bus、Ethernet）、分布式I/O支持擴展（本地和遠程I/O最多可達4096個）。
濟鋼聯(lián)合循環(huán)發(fā)電項目中的16.5萬m3高爐煤氣柜系統(tǒng)主要完成對氣柜進出口閘閥、眼鏡閥、蝶閥等閥門的開關(guān)停操作、供油泵的啟?？刂埔约皩裎?、油溫、水封池液位等的監(jiān)視。該系統(tǒng)中主要是開關(guān)量信號，涉及點數(shù)較少，且只實現(xiàn)簡單的開關(guān)控制，沒有模擬量調(diào)節(jié)回路，屬于典型的小型PLC控制系統(tǒng)，采用VersaMax小型控制器完全能夠勝任該系統(tǒng)的控制要求，既經(jīng)濟，又安全、穩(wěn)定。
2．系列90-30 PLC中型控制器：功能強大的CPU、廣泛的I/O模塊、多現(xiàn)場總線支持、更強的分布性、雙機熱備功能，構(gòu)成了GE Fanuc 系列90-30 PLC控制器。在既考慮降低成本，又要求強大功能的工程項目中，系列90-30 PLC作為中型自動化控制器無疑最能體現(xiàn)其優(yōu)越性。
系列90-30 PLC（圖5）采用高檔CPU并配有浮點運算功能，內(nèi)存足夠大，開關(guān)量的映象區(qū)與模擬量的映象區(qū)分開、互不影響，獨立、專用的布爾處理器, 能快速處理邏輯運算，多種編程語言可選，內(nèi)置PID，SER指令，并支持C語言子程序。超過100種I/O模塊類型供選擇，開關(guān)量、模擬量、熱電偶模塊、RTD模塊、張力計模塊、運動控制模塊、電力行業(yè)特殊模塊等，并支持SNP專用串行協(xié)議、RTU Modbus主和從協(xié)議、Genius Bus等多種總線協(xié)議和以太網(wǎng)TCP/IP、對等通訊等多種通訊方式，Max-On雙機熱備軟件保證了兩臺PLC之間的熱備切換，在一臺PLC故障時可以自動切換到另一臺運行，從而保證生產(chǎn)運行的不間斷（圖6）。
濟鋼聯(lián)合循環(huán)發(fā)電項目中的高爐煤氣凈化、焦爐煤氣凈化兩大系統(tǒng)主要是對兩種煤氣進行除塵、去焦、脫水等凈化處理。在該系統(tǒng)中，每臺機組都有大批的高壓電氣開關(guān)、電動閥門、旋轉(zhuǎn)電機等設(shè)備，并且需要實時控制凈化水池的液位，滿足水清洗的需要，同時煤氣含氧量的控制、萘清除的效果都需要進行控制。整個系統(tǒng)所包括的設(shè)備相對較多，且高爐煤氣凈化中的電除塵設(shè)備屬高電壓設(shè)備，對煤氣中的含氧量有嚴格的要求，如果氧含量控制不好而超標，就極有可能會引發(fā)爆炸，造成安全事故，同時，這兩大系統(tǒng)中的煤氣均屬于強污染的有毒、有害氣體，煤氣系統(tǒng)的安全穩(wěn)定必須要得到保證。S90-30強大的功能及其雙機熱備切換的特性，使其在對危險設(shè)備的控制方面表現(xiàn)出不同尋常的可靠性和穩(wěn)定性。
除此之外，系列90-30 PLC還可以與特殊模塊―順序事件記錄模塊(SER300和CDC300)構(gòu)成ms級的SOE（順序事件記錄）系統(tǒng)（圖7），用來記錄生產(chǎn)過程中事件發(fā)生的先后次序，以幫助分析機組跳車時的原因。每個SER300可對256個DI進行事件記錄，1ms的分辨率，每個CDC300可記錄多達1000個帶時標事件，兩者之間通過Fast Massage和Smart Message進行數(shù)據(jù)交換。TIM100上則有GPS同步信號接口，每秒鐘發(fā)一次同步信息，使網(wǎng)絡(luò)上SER300時鐘同步，精度可達100微秒。濟鋼聯(lián)合循環(huán)發(fā)電項目的組成系統(tǒng)復(fù)雜，導(dǎo)致跳機的因素眾多，要在最短的時間內(nèi)查明故障原因，一套高速有效的SOE系統(tǒng)必不可少。S90-30和SER300模塊的組合實現(xiàn)了此功能，為故障的分析和排查提供了真實、可靠的依據(jù)。
3．S90-70系列大型控制器：高性能的處理器、先進的操作系統(tǒng)、極高的控制精度、開放的總線結(jié)構(gòu)、兩次數(shù)據(jù)同步的冗余機制，加上強大的分布式控制結(jié)構(gòu)，使S90-70控制器（圖8）成為名副其實的大型實時控制系統(tǒng)。它支持用戶內(nèi)存最多達6M字節(jié)，動態(tài)分配模擬量和寄存器數(shù)量，提供Flash Memory存儲用戶邏輯程序和系統(tǒng)程序，并且支持硬件中斷和開放的總線結(jié)構(gòu)(VME總線)。內(nèi)部操作系統(tǒng)升級方便，并提供四級密碼和OEM口令來限制訪問CPU的權(quán)限。雙機熱備冗余（圖
