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文章作者：程來勝1，殷 鷹2 ，
（1．南京科遠(yuǎn)自動化集團(tuán)股份有限公司，江蘇 南京 211100

2．大唐南京發(fā)電廠，江蘇 南京 211100）

  摘要：本文討論了大型火電廠輔助車間系統(tǒng)的控制要求，以大唐南京發(fā)電有限公司的全廠輔助車間為例，介紹了NT6000分散控制系統(tǒng)在輔助車間集中控制項(xiàng)目上的設(shè)計(jì)方案、實(shí)踐情況、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和工程特色。   關(guān)鍵詞：DCS、輔助車間集中控制、現(xiàn)場總線   大唐南京電廠建設(shè)規(guī)模是2臺660MW超超臨界燃煤發(fā)電機(jī)組。按照大唐集團(tuán)公司的精神和設(shè)計(jì)原則：第一要采用新技術(shù)，來提高自動化水平，第二要降低電廠的建設(shè)投資成本，第三在運(yùn)行之后，要進(jìn)行運(yùn)行方式的改革，以實(shí)現(xiàn)減員增效。按照這樣一個原則，在輔助車間的技術(shù)方案選型上，打破了常規(guī)方案的局限，選用了集中控制方案；在硬件平臺的選擇上，將PLC和DCS放在一起進(jìn)行比較，最終經(jīng)過招投標(biāo)選擇了性價比更好，更加適合集中控制應(yīng)用要求的科遠(yuǎn)NT6000分散控制系統(tǒng)。同時在部分系統(tǒng)中，采用了現(xiàn)場總線技術(shù)，為現(xiàn)場總線技術(shù)在火電廠的應(yīng)用，進(jìn)行了有益的嘗試。   1、控制系統(tǒng)配置
大唐南京電廠全廠輔助系統(tǒng)（車間）集中控制系統(tǒng)的控制范圍包括：綜合泵房、凈水系統(tǒng)、鍋爐補(bǔ)給水系統(tǒng)、兩臺機(jī)組的凝結(jié)水精處理及再生設(shè)備，化學(xué)取樣加藥系統(tǒng)、機(jī)組排水槽、脫硝氨區(qū)、工業(yè)和脫硫廢水處理、生活污水處理、煤泥水處理、暖通、輸煤、除灰系統(tǒng)、除渣、電除塵和脫硫等工藝系統(tǒng)。按照工藝系統(tǒng)，控制系統(tǒng)分成水務(wù)控制系統(tǒng)、灰煤渣控制系統(tǒng)、脫硫控制系統(tǒng)；其中水務(wù)控制系統(tǒng)監(jiān)控點(diǎn)設(shè)在主控室內(nèi)，灰煤渣控制系統(tǒng)、脫硫控系統(tǒng)監(jiān)控點(diǎn)設(shè)在輔控綜合樓，每個監(jiān)控站均為全功能站，能夠監(jiān)控和操作全廠輔網(wǎng)設(shè)備狀態(tài)，同時通過權(quán)限設(shè)置不同的用戶，區(qū)別監(jiān)視和操作輸煤、除灰、脫硫等工藝系統(tǒng)設(shè)備，構(gòu)建了一個全廠輔助車間集中控制系統(tǒng)。   1.1、監(jiān)控點(diǎn)配置
本工程設(shè)置2個值班監(jiān)控點(diǎn)和3個后備監(jiān)控點(diǎn)。值班監(jiān)控點(diǎn)在正常運(yùn)行時完成對輔助車間各系統(tǒng)的監(jiān)控；后備監(jiān)控點(diǎn)作為調(diào)試、試運(yùn)行、檢修時的后備操作點(diǎn)，按無人值班考慮。一個值班監(jiān)控點(diǎn)設(shè)在單元機(jī)組集控室內(nèi), 配置4 套輔助車間控制系統(tǒng)操作員站，監(jiān)控對象為水務(wù)控制系統(tǒng)；另一個監(jiān)控值班點(diǎn)設(shè)在輔控綜合樓，配置6 套輔助車間控制系統(tǒng)操作員站，監(jiān)控對象為脫硫、輸煤、除灰渣系統(tǒng)。輔控綜合樓工程師站有脫硫工程師站1 套，輔網(wǎng)工程師站1 套、SIS 接口裝置1 臺，歷史數(shù)據(jù)服務(wù)器1 套。3個后備監(jiān)控點(diǎn)按無人值班考慮，分別為化學(xué)水處理2個后備監(jiān)控點(diǎn)、凝結(jié)水1個后備監(jiān)控點(diǎn)。后備監(jiān)控點(diǎn)用于調(diào)試、檢修及試運(yùn)行期間的操作，具備針對本系統(tǒng)的獨(dú)立監(jiān)控能力與組態(tài)調(diào)試能力。
  1.2、控制器與I/O 配置 整套控制系統(tǒng)配置25對冗余控制器，IO點(diǎn)配置規(guī)模為13000點(diǎn)左右。
（1）水務(wù)控制系統(tǒng)配置 綜合泵房、凈水處理配置1對控制器；
反滲透、化學(xué)除鹽、再生系統(tǒng)及化學(xué)電源系統(tǒng)配置2 對控制器；
每臺機(jī)組的凝結(jié)水精處理及汽水取樣配置2 對控制器； 凝結(jié)水精處理再生配置1對控制器； 暖通系統(tǒng)配置2對控制器；
工業(yè)廢水處理及脫硫廢水配置2對控制器。   在廢水系統(tǒng)中采用了profibus現(xiàn)場總線技術(shù)，每條總線上分別有DP、PA設(shè)備組成，DP總線包含的設(shè)備有：馬達(dá)控制器、電磁閥導(dǎo)、電動門執(zhí)行機(jī)構(gòu)等； PA總線包含的設(shè)備有：液位計(jì)、壓力變送器、流量等。替代了傳統(tǒng)IO點(diǎn)300點(diǎn)。現(xiàn)場總線方案與常規(guī)系統(tǒng)相比，減少了常規(guī)IO模件的使用，減少大量電纜及電纜敷設(shè)工作，能夠獲取總線設(shè)備的大量現(xiàn)場信息，降低了工程造價，縮短了施工和調(diào)試時間，系統(tǒng)可靠性高，診斷信息豐富，便于后期維護(hù)。
（2）灰煤渣控制系統(tǒng)配置 輸煤綜合樓、轉(zhuǎn)運(yùn)站、雨水泵配置2對控制器；
輸煤碼頭、煤倉、煤場配置3對控制器；
每臺機(jī)組除灰渣配置2對控制器；
灰?guī)?、灰公用、氨區(qū)配置2對控制器。   （3）脫硫控系統(tǒng)配置
每臺機(jī)組脫硫配置4對控制器，脫硫公用系統(tǒng)配置2對控制器。   1.3、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖
大唐南京電廠輔網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)分為三大環(huán)形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)組成，幾個子工藝系統(tǒng)組成單個冗余環(huán)形網(wǎng)絡(luò)，單個冗余環(huán)網(wǎng)之間相對獨(dú)立，又通過交換機(jī)集聯(lián)的方式連接，形成全廠網(wǎng)絡(luò)。詳細(xì)分布如下：   （1）水務(wù)網(wǎng)絡(luò)：綜合泵房、凈水、化補(bǔ)水、廢水、脫硫廢水、#1、2精處理及公用、#1、2機(jī)暖通及公用；
（2）灰煤渣網(wǎng)絡(luò)：#1、2機(jī)灰渣、灰?guī)?、空壓機(jī)公用、輸煤（碼頭、煤場、煤倉）、電除塵通訊；
（3）脫硫網(wǎng)絡(luò)：#1、2機(jī)脫硫、脫硫公用。   大唐南京電廠輔控網(wǎng)絡(luò)圖
  2、項(xiàng)目應(yīng)用總結(jié)
2008年7月，該項(xiàng)目招投標(biāo)結(jié)束，2009年4 月第一次設(shè)計(jì)聯(lián)絡(luò)會完成，2010年8月4日和2010年12月4日，兩臺機(jī)組順利通過168 小時，正式投入商業(yè)運(yùn)營，標(biāo)志著大唐南京全廠輔助車間DCS 集中控制系統(tǒng)通過現(xiàn)場驗(yàn)收。目前兩臺機(jī)組運(yùn)行將近1年的時間，輔控集中控制系統(tǒng)硬件運(yùn)行穩(wěn)定可靠，13000余點(diǎn)、遍布全廠的大型控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行穩(wěn)定，未出現(xiàn)硬件損壞；系統(tǒng)易于使用，經(jīng)過短期的培訓(xùn)，維護(hù)人員就能夠熟練掌握系統(tǒng)的維護(hù)和修改。   通過NT6000在大唐南京電廠的應(yīng)用總結(jié)，我們認(rèn)為NT6000的技術(shù)特點(diǎn)能夠很好地滿足集中控制的需求。   2.1、豐富靈活的組態(tài)模式滿足復(fù)雜多變的應(yīng)用需求
輔助車間集中控制包括多種多樣的控制需要，有復(fù)雜的順序控制，也有復(fù)雜的模擬量控制。傳統(tǒng)的PLC系統(tǒng)的模擬量處理能力相對較弱，而傳統(tǒng)DCS在完成復(fù)雜順序控制時也顯示比較繁瑣。   NT6000 DCS分散控制系統(tǒng)，支持IEC61131-3標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的五種編程語言，功能塊圖FBD、順序功能圖SFC、結(jié)構(gòu)化文本ST、梯形圖LD、指令表IL。傳統(tǒng)PLC系統(tǒng)的模擬量處理能力相對較弱的一個主要標(biāo)志是FBD功能塊中缺少專業(yè)化的控制模塊，而不得不使用結(jié)構(gòu)化文本ST或梯形圖LD來做復(fù)雜的二次開發(fā)。NT6000的功能塊中除了標(biāo)準(zhǔn)的模擬量和開關(guān)量運(yùn)算功能塊，還針對工業(yè)現(xiàn)場的常用需要設(shè)計(jì)了集成功能模塊，包括電動機(jī)、各種開關(guān)閥門、調(diào)門、水位測量、流量計(jì)算的功能塊，只要從功能庫中直接調(diào)出模塊，連接相關(guān)的IO測點(diǎn)，就可以組成功能完善的邏輯組態(tài)。   對于傳統(tǒng)DCS而言，一般僅支持功能模塊圖FBD組態(tài)，完成模擬量控制的能力較強(qiáng)，但是對于復(fù)雜的順序功能則顯示比較繁瑣。NT6000中的順序功能圖SFC是IEC61131-3標(biāo)準(zhǔn)中專門解決復(fù)雜順序功能的解決方案。SFC以自然語言的結(jié)構(gòu)來描述復(fù)雜的順序過程，組態(tài)效率和可讀性都非常好。對有著大量順序控制需求的輔助車間集中控制而言，SFC組態(tài)方式是一個非常好的解決方案。   2.2、高可靠性、大容量的網(wǎng)絡(luò)支持全廠分布集中控制
輔網(wǎng)集中控制中工藝系統(tǒng)比較多，設(shè)備分布在全廠各個角落，整個輔網(wǎng)組網(wǎng)非常龐大，所以網(wǎng)絡(luò)的安全性和容量就成為輔網(wǎng)中的一個重要問題。NT6000的系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)叫做eNet，eNet是架構(gòu)在兩套獨(dú)立的工業(yè)以太網(wǎng)上的實(shí)時數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò),掛接在eNet上每一個設(shè)備，包括控制器、操作站員站、工程師站都有兩個獨(dú)立的以太網(wǎng)口，兩套網(wǎng)絡(luò)相互冗余。為了冗余特性，eNet的A網(wǎng)和B網(wǎng)不是一用一備的關(guān)系，而且同時工作，每一條報文通過A網(wǎng)和B網(wǎng)同時發(fā)送，在數(shù)據(jù)接收端進(jìn)行判斷和篩選。因此,eNet不存在網(wǎng)絡(luò)切換的時間，不會出現(xiàn)A網(wǎng)B網(wǎng)切換過程中的數(shù)據(jù)中斷。   為了提高NT6000的網(wǎng)絡(luò)傳輸效率， eNet網(wǎng)絡(luò)采用了基于組播技術(shù)的控制器主動發(fā)送機(jī)制，由KM940控制器根據(jù)數(shù)據(jù)的變化情況，進(jìn)行主動地發(fā)送，控制器只發(fā)送一份數(shù)據(jù)，由交換機(jī)根據(jù)操作站的需求進(jìn)行數(shù)據(jù)復(fù)現(xiàn)和傳輸。因此，隨著操作站數(shù)量的增加，網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷和控制器負(fù)荷是恒定，1臺操作員站和100只操作員站，對于eNet的負(fù)荷壓力是近似的。   大唐南京電廠輔控eNet網(wǎng)絡(luò)中總共使用管理型工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)17對， A\B網(wǎng)的交換機(jī)獨(dú)立成網(wǎng)。根據(jù)工藝系統(tǒng)的劃分，組成水務(wù)網(wǎng)絡(luò)、灰煤渣網(wǎng)絡(luò)、脫硫網(wǎng)絡(luò)等三大環(huán)形冗余網(wǎng)絡(luò)（詳見大唐南京電廠輔控網(wǎng)絡(luò)圖），三個環(huán)形網(wǎng)絡(luò)之間進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)集聯(lián)。   這樣設(shè)計(jì)非常適合集控系統(tǒng)的施工過程。電廠建設(shè)首先是進(jìn)行水網(wǎng)的安裝調(diào)試，形成水務(wù)網(wǎng)絡(luò)，然后進(jìn)行灰煤渣控網(wǎng)的安裝組建調(diào)試工作，再進(jìn)行脫硫網(wǎng)的建設(shè)調(diào)試工作，最后各個工藝系統(tǒng)調(diào)試結(jié)束，將所有的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行大連接，組建成為全廠輔網(wǎng)集中控制系統(tǒng)。   2.3、靈活的現(xiàn)場總線支持減少施工量、提升數(shù)字化水平
大唐南京電廠的建設(shè)目標(biāo)是樣本示范工程，因?yàn)樵谠O(shè)計(jì)中就決定采用現(xiàn)場總線技術(shù)，為同類機(jī)組的建設(shè)探索新路積累經(jīng)驗(yàn)。NT6000分散控制系統(tǒng)支持多種標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)場總線協(xié)議，提供Profibus、FF、Hart、Modbus等各種現(xiàn)場總線通訊接口。項(xiàng)目設(shè)計(jì)中在廢水系統(tǒng)和脫硫廢水系統(tǒng)中采用了profibus技術(shù)，通過Profibus總線連接了現(xiàn)場的變送器、執(zhí)行器、閥島等現(xiàn)場設(shè)備。下圖是廢水#1號總線拓?fù)鋱D。   大唐南京廢水總線圖
  在上圖中,Profibus的網(wǎng)絡(luò)分為三個部分
（1）是從總線通訊卡連出來的單DP總線，DP總線掛接了12個DP從站設(shè)備（電機(jī)、電磁閥箱），每個從站設(shè)備只有一個DP接口，為了提高可靠性，在總線設(shè)備最末端通過環(huán)形連接進(jìn)入另一塊總線通訊卡，形成環(huán)形總線網(wǎng)；（這種方式主要是為現(xiàn)場總線就地設(shè)備無法實(shí)現(xiàn)冗余總線而設(shè)計(jì)的） （2）是掛接DP總線上的PA總線（壓力、流量、液位），PA總線掛接了4個PA從站設(shè)備。
（3）是從冗余總線通訊卡連出來的雙DP總線，雙DP總線掛接了2臺雙DP接口的電動門。（今后這種連接方式是現(xiàn)場總線的發(fā)展方向）
  以上的系統(tǒng)包括了四種設(shè)備，31個總線型智能設(shè)備，包括了電動機(jī)保護(hù)單元、電磁閥箱、變送器和智能型電動門，替代了傳統(tǒng)IO點(diǎn)300點(diǎn)。系統(tǒng)的總規(guī)模雖然不大，但是已經(jīng)能夠代表每一個現(xiàn)場總線分支的完整應(yīng)用。如果我們將廢水系統(tǒng)的方案，進(jìn)行平臺的擴(kuò)展，就可以構(gòu)成一個完整的基于現(xiàn)場總線的控制系統(tǒng)。   綜上所述，NT6000分散控制系統(tǒng)在大唐南京電廠輔助車間集中控制的成功應(yīng)用，是DCS應(yīng)用于大型火電廠輔助車間集中控制的一個成功的嘗試。NT6000所具有的靈活的組態(tài)方式、高可靠性大容量的網(wǎng)絡(luò)為采用DCS技術(shù)實(shí)現(xiàn)輔助車間集中控制創(chuàng)造了有益技術(shù)條件。Profibus現(xiàn)場總線的應(yīng)用，為今后輔助車間的發(fā)展方向提供了有建設(shè)性的參考。該項(xiàng)目從2010年8月投運(yùn)以來，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，操作簡單，維護(hù)工作極少，獲得了用戶的好評。