應(yīng)用背景
中電投吉林松花江發(fā)電廠規(guī)劃容量為85萬千瓦。于1999年開始建設(shè)一期工程，安裝3臺額定蒸發(fā)量為360t/h的煤粉鍋爐，安裝2臺額定發(fā)電量為125MW雙抽式汽輪發(fā)電機(jī)組。每小時供300噸工業(yè)蒸汽，城市居民集中供熱550萬平方米以上的能力。截至2006年9月底，吉林松花江熱電廠累計發(fā)電49.7億千萬時，供熱489.6萬吉焦（工業(yè)蒸汽201.6萬吉焦，集中供熱288萬吉焦），實(shí)現(xiàn)稅收上億元。投產(chǎn)以來，2006年首次實(shí)現(xiàn)盈利，企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營步入了良性循環(huán)的階段。2006年10月，吉林松花江熱電廠二期擴(kuò)建工程開始籌建，二期擴(kuò)建工程計劃建設(shè)2臺300MW機(jī)組，配裝2臺1000T/H鍋爐，爭取在“十一五”內(nèi)開工建設(shè)，屆時將達(dá)到年供電量31億千瓦時，供熱600萬吉焦。
客戶需求
中電投吉林松花江發(fā)電廠一期工程中輸煤程控控制系統(tǒng)使用的是GE 智能平臺的90-30 MaxON冗余控制系統(tǒng)，現(xiàn)場I/O系統(tǒng)使用的是Filed Control I/O系統(tǒng)，中央控制室操作員人機(jī)界面使用的是Wonderware InTouch軟件。該90-30 MaxON冗余控制系統(tǒng)是基于90-30硬件平臺組建的冗余控制系統(tǒng)，在上世紀(jì)末具有很高的先進(jìn)性。隨著科技的發(fā)展和需求的不斷增加，其使用的局限性也體現(xiàn)出來。
在二期工程中的輸煤程控控制系統(tǒng)建設(shè)時，客戶立足于盡量減少投資，盡量利用一期已有的系統(tǒng)，因此需要把一期和二期的控制系統(tǒng)結(jié)合起來，由一套冗余控制器實(shí)現(xiàn)控制，保留一期系統(tǒng)的I/O系統(tǒng)，新建二期系統(tǒng)的I/O系統(tǒng)。這樣用戶可以減少投資，同時也實(shí)現(xiàn)的對一期系統(tǒng)的升級。且二期系統(tǒng)建設(shè)時，應(yīng)保證一期系統(tǒng)的正常運(yùn)行，控制系統(tǒng)的升級只能允許在電廠有限的檢修期內(nèi)完成。
由于時間的緊迫，客戶不僅僅需要可靠的控制系統(tǒng)產(chǎn)品，更需要易于掌握、集成、擴(kuò)展、技術(shù)先進(jìn)的控制系統(tǒng)，同時該系統(tǒng)易于升級，能夠兼容老的系統(tǒng)，且該系統(tǒng)也易于維護(hù)，以降低后期的運(yùn)行成本。同時客戶也提出了要求，中央控制室操作員人機(jī)界面繼續(xù)使用Wonderware InTouch軟件。在保證系統(tǒng)功能的前提下，希望平臺提供商能夠提供較為經(jīng)濟(jì)的系統(tǒng)軟件解決方案。
解決方案
為了滿足客戶的需求，需要一套可靠性高、易于操作、維護(hù)方便、性價比高的一套自動化控制系統(tǒng)；同時也需要一套能夠兼容90-30 MaxON冗余控制系統(tǒng)程序和現(xiàn)場遠(yuǎn)程I/O系統(tǒng)、易于升級的自動化控制系統(tǒng)。結(jié)合GE 智能平臺的先進(jìn)控制器產(chǎn)品的特點(diǎn)，GE 智能平臺沈陽辦事處的技術(shù)人員積極同該項(xiàng)目的系統(tǒng)集成商－－沈陽鷺島電氣責(zé)任有限公司的的技術(shù)負(fù)責(zé)人員進(jìn)行技術(shù)交流和溝通，最終給出了一套適合于用戶需求的自動化控制系統(tǒng)解決方案。
本輸煤程控系統(tǒng)中共實(shí)現(xiàn)以了下設(shè)備的自動化監(jiān)視和控制：皮帶運(yùn)輸機(jī) 26臺、葉輪給煤機(jī)4臺、環(huán)式給煤機(jī) 2臺、犁煤器68臺、帶式除鐵器4臺、盤式除鐵器4臺、環(huán)錘式碎煤機(jī) 2臺、滾軸篩機(jī) 2臺、清箅破碎機(jī)4臺、電子皮帶秤4臺、斗輪機(jī) 2臺。
根據(jù)輸煤程控工藝流程和該廠的設(shè)備布局結(jié)構(gòu)，控系統(tǒng)主要分為三個層次。這三層次是上位機(jī)監(jiān)控平臺層、現(xiàn)場設(shè)備控制層及I/O網(wǎng)絡(luò)層。這三個層次分別使用了Wonderware InTouch軟件、RX7i 高性能冗余控制器及Field Control遠(yuǎn)程I/O系統(tǒng)和VersaMax 遠(yuǎn)程I/O系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)控制。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖可以參見圖1所示。
圖1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
1、上位機(jī)監(jiān)控平臺層
上位機(jī)監(jiān)控平臺層通過以太網(wǎng)和RX7i 高性能冗余控制器進(jìn)行通訊。工業(yè)以太網(wǎng)以其特有的低成本，高實(shí)效，高擴(kuò)展性及高智能的魅力，吸引著越來越多的制造業(yè)的廠商。
GE 智能平臺 自動化產(chǎn)品很好地支持工業(yè)以太網(wǎng)通訊，可以用于控制層設(shè)備之間、控制層與遠(yuǎn)程I/O 之間、控制層與人機(jī)界面HMI/觸摸屏之間的通訊。GE 智能平臺工業(yè)以太網(wǎng)通訊產(chǎn)品支持以下工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議：
• SRTP TCP/IP 協(xié)議
• EGD 協(xié)議
• Modbus TCP/IP 協(xié)議
在本列應(yīng)用中，Wonderware InTouch軟件主要采用SRTP TCP/IP 協(xié)議和RX7i 高性能冗余控制器進(jìn)行通訊。SRTP TCP/IP 協(xié)議，即Service Request Transport Protocol，其基于Client/Server 結(jié)構(gòu)、Request/Reply 方式進(jìn)行以太網(wǎng)通訊，Client 對Server 發(fā)出讀/寫數(shù)據(jù)Request，Server 對Client 返回相應(yīng)Reply。SRTP TCP/IP 協(xié)議可以用于GE 智能平臺產(chǎn)品的控制器間數(shù)據(jù)通訊、編程組態(tài)下載、控制器與HMI通訊等。
SRTP TCP/IP 協(xié)議支持通用型的Hub、Switch、Router產(chǎn)品。
圖2 輸煤程控主控畫面
圖3 流程選擇畫面
2、RX7i 高性能、先進(jìn)控制冗余控制器及其Field Control遠(yuǎn)程I/O系統(tǒng)和VersaMax 遠(yuǎn)程I/O系統(tǒng)遠(yuǎn)程I/O系統(tǒng)。
作為GE 智能平臺新一代的過程自動化控制器，PAC系統(tǒng)在操作系統(tǒng)之上設(shè)計了一個通用的、適合于多平臺的(包括硬件平臺和操作系統(tǒng)平臺)、便于移植的、輕便的控制引擎(control engine)，集成了包括邏輯控制、運(yùn)動控制、過程控制和人機(jī)界面在內(nèi)的多領(lǐng)域解決方案，從而保證使用PAC系統(tǒng)的用戶可以使其編制的應(yīng)用程序獲得最大的應(yīng)用收益，并且還可以方便地優(yōu)化其自動化平臺，從而不需重新設(shè)計整個系統(tǒng)，就可以不斷獲得越升的系統(tǒng)性能。
此外,GE智能平臺的RX7i控制系統(tǒng)還具有以下的應(yīng)用優(yōu)點(diǎn)：標(biāo)配Intel Pentium CPU處理器，CPU內(nèi)部集成10M或64M用戶內(nèi)存,應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)VEM64總線標(biāo)準(zhǔn)，使用9或18槽PCI機(jī)架，底板速度提高到126M。使用VEM64總線底板來支持高速數(shù)據(jù)傳輸率，支持標(biāo)準(zhǔn)底板使第三方可以方便的開發(fā)I/O、通信、動作控制、可視和其它模塊。
圖4配煤畫面
VersaMax PLC是一種更易于使用、價格合理、性能卓越的PLC。VersaMax提供了廣泛的I/O模塊、電源模塊和通訊模塊。通訊支持TCP/IP以太網(wǎng)、Profibus DP、DeviceNet和Modbus RTU協(xié)議。模塊具有帶電熱插拔功能。多種類型的底座和接插式端子提供了接線的靈活性。
Field ControlI/O系統(tǒng)是GE 智能平臺給用戶提供的一種經(jīng)濟(jì)型I/O。其特點(diǎn)是堅固、耐用、體積小。由于電子元器件的供應(yīng)原因，該I/O已經(jīng)停產(chǎn)，并由VersaMax I/O模塊、電源模塊和通訊模塊進(jìn)行全面替換。換句話說，F(xiàn)ield ControlI/O系統(tǒng)可以直接升級到VersaMax I/O系統(tǒng)。
3、GENIUS現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)。
Genius網(wǎng)絡(luò)是GE 智能平臺IP 于1985 年開發(fā)并引入到工業(yè)控制領(lǐng)域的一種工業(yè)現(xiàn)場總線。Genius 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議是GE 智能平臺專有的令牌通訊協(xié)議。Genius 網(wǎng)絡(luò)以其安全、快速的特性廣泛適用于制造業(yè)自動化、流程工業(yè)自動化等其他領(lǐng)域自動化。迄今為止，已有許多第三方的公司、廠家開發(fā)出了在許多場合支持Genius 網(wǎng)絡(luò)的兼容設(shè)備，這一切使Genius網(wǎng)絡(luò)有著無窮的潛力和巨大的靈活性。
Genius總線是一個對等、令牌網(wǎng)絡(luò)，一條網(wǎng)絡(luò)最多可有32 個站點(diǎn)，如果需要更多的站點(diǎn)， 可以再增加Genius 總線控制器（GBC）來解決。該網(wǎng)絡(luò)具有很高的網(wǎng)絡(luò)吞吐率，衡量一個網(wǎng)絡(luò)，最終是以網(wǎng)絡(luò)的吞吐率來決定數(shù)據(jù)的更新率的，而不是簡單地以網(wǎng)絡(luò)的速率來決定。由于Genius 網(wǎng)絡(luò)采用頻移鍵控調(diào)制技術(shù)（FSK），可以有效地防止工業(yè)現(xiàn)場的各種干擾。
Genius 網(wǎng)絡(luò)具有良好的實(shí)時性，可以用于控制大量的現(xiàn)場I/O 設(shè)備。 Genius網(wǎng)絡(luò)支持廣播方式通訊，廣播方式通訊的效率要遠(yuǎn)高于報文方式通訊，同時，使用廣播方式通訊在組態(tài)時更簡單，無需編程。該網(wǎng)絡(luò)具有極大的靈活性，同時支持控制器之間以及控制器和遠(yuǎn)程I/O 之間的通訊。Genius網(wǎng)絡(luò)的傳輸介質(zhì)可以采用屏蔽雙絞線、光纖或MODEM。網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是總線型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。控制器和節(jié)點(diǎn)設(shè)備以菊花鏈的形式連接起來，在網(wǎng)絡(luò)的兩端有終端電阻。終端電阻的選擇取決于所采用的電纜，分為：75 歐姆、 100 歐姆、120 歐姆或150 歐姆。在無中繼的情況下Genius 網(wǎng)絡(luò)的電器通訊距離是2300米。
該項(xiàng)目有于新建系統(tǒng)和老系統(tǒng)間的分布范圍較廣、距離較遠(yuǎn)，所以Genius網(wǎng)絡(luò)采用光纖和屏蔽雙絞線做為傳輸介質(zhì)。并在網(wǎng)絡(luò)中使用了Genius網(wǎng)絡(luò)專用光電轉(zhuǎn)換模塊。
實(shí)施結(jié)果
通過與GE 智能平臺的合作，由于控制器產(chǎn)品的可靠性和穩(wěn)定性，以及硬件產(chǎn)品的易于使用性、好的升級兼容行，縮短了項(xiàng)目開發(fā)周期，節(jié)約了項(xiàng)目實(shí)施成本，該項(xiàng)目一期已于2010年12月中旬投產(chǎn)，提高了工廠運(yùn)行效益，受到了最終用戶的好評。
