王海濤（1971－）

男，吉林白城人，北京工業(yè)大學(xué)軟件工程專(zhuān)業(yè)在讀碩士研究生，曾就職于吉林省電力建設(shè)公司、黑龍江伊春熱電廠(chǎng)，2004年，加入北京和利時(shí)系統(tǒng)工程有限公司，擔(dān)任多個(gè)項(xiàng)目的項(xiàng)目經(jīng)理。

摘要：本文主要通過(guò)DCS控制系統(tǒng)在湖南創(chuàng)元發(fā)電廠(chǎng)項(xiàng)目輔網(wǎng)的應(yīng)用實(shí)例，全方位的論述了自動(dòng)化科技的發(fā)展給工廠(chǎng)所帶來(lái)的方便。同時(shí)，通過(guò)這個(gè)項(xiàng)目的成功應(yīng)用，更是看到未來(lái)工控領(lǐng)域全廠(chǎng)一體化解決方案的發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞：和利時(shí)；輔網(wǎng)控制；DCS（分散控制系統(tǒng)）；一體化

Abstract: The paper introduces in detail the convenience of factory brought by automation technology development by the example of Assistant Control System application in Hunan Chuangyuan power plant. Meanwhile, the development direction of integration scheme in future industry control can be seen by this successful application.

Key words: HollySys；HollySys；Assistant Control System；DCS (Distributed Control System)；Integration

1  引言

    和利時(shí)公司DCS系統(tǒng)歷經(jīng)10年多的發(fā)展，目前已經(jīng)發(fā)展到第四代DCS系統(tǒng)--HOLLIAS-MACS控制系統(tǒng)，并已經(jīng)在多個(gè)大型火電廠(chǎng)及其他行業(yè)的控制領(lǐng)域得到了非常廣泛的應(yīng)用。近幾年來(lái)，DCS系統(tǒng)更逐漸深入地應(yīng)用到循環(huán)流化床機(jī)組和燃煤機(jī)組的水網(wǎng)、煤網(wǎng)、灰網(wǎng)等輔控領(lǐng)域。湖南創(chuàng)元電廠(chǎng)主機(jī)2X300MW火電機(jī)組主網(wǎng)及輔網(wǎng)(水網(wǎng)、煤網(wǎng)、灰網(wǎng))控制系統(tǒng)項(xiàng)目均采用和利時(shí)的MACS系統(tǒng)。主機(jī)控制系統(tǒng)采用DCS控制的較為普遍，輔網(wǎng)則相對(duì)較少，本文主要介紹HOLLIAS-MACS控制系統(tǒng)在此類(lèi)機(jī)組輔網(wǎng)上的設(shè)計(jì)和應(yīng)用。

2  輔網(wǎng)控制系統(tǒng)范圍介紹

    該項(xiàng)目輔控系統(tǒng)共包括水網(wǎng)控制系統(tǒng)、煤網(wǎng)控制系統(tǒng)、灰網(wǎng)控制系統(tǒng)，上述輔助車(chē)間的控制全部采用DCS控制系統(tǒng) ，實(shí)現(xiàn)全顯示器/鍵盤(pán)監(jiān)控，不設(shè)后備常規(guī)監(jiān)控設(shè)備。輔助車(chē)間根據(jù)各車(chē)間地理位置和系統(tǒng)的相關(guān)性構(gòu)成水、煤、灰三個(gè)控制網(wǎng)絡(luò)，在機(jī)組初始調(diào)試期間，上述各個(gè)網(wǎng)絡(luò)互相獨(dú)立，當(dāng)調(diào)試工作完畢，全廠(chǎng)投入運(yùn)行時(shí)，通過(guò)以太網(wǎng)連接成集中控制網(wǎng)，在集中控制室設(shè)置監(jiān)控站，從而對(duì)各個(gè)輔助車(chē)間實(shí)現(xiàn)監(jiān)控。

    水網(wǎng)包括：化學(xué)補(bǔ)充水車(chē)間，取樣加藥車(chē)間，凈化站車(chē)間，化學(xué)廢水車(chē)間。

    煤網(wǎng)包括：輸煤綜合樓，煤倉(cāng)間，含煤廢水車(chē)間。

    灰網(wǎng)包括：除灰綜合樓，燃油泵房，灰?guī)煸O(shè)備間，除灰水泵房。

3  系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 輔控系統(tǒng)整體式框架設(shè)計(jì)

    HOLLiAS-MACS系統(tǒng)可以設(shè)計(jì)成采用具有物理服務(wù)器結(jié)構(gòu)的雙層網(wǎng)結(jié)構(gòu)和沒(méi)有物理服務(wù)器結(jié)構(gòu)的單層網(wǎng)結(jié)構(gòu)，根據(jù)本系統(tǒng)情況，為便于輔控各系統(tǒng)待機(jī)組調(diào)試工作完成后連接成在集中監(jiān)控室集中監(jiān)控的運(yùn)行要求，本工程采用具有物理服務(wù)器結(jié)構(gòu)的雙層網(wǎng)結(jié)構(gòu)；同時(shí)結(jié)合HOLLiAS-MACS系統(tǒng)獨(dú)有的“域”的功能，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)之初，上述系統(tǒng)域號(hào)設(shè)計(jì)如下：水網(wǎng)為0號(hào)域，煤網(wǎng)為1號(hào)域，灰網(wǎng)為2號(hào)域。從而完成各個(gè)系統(tǒng)的既可以獨(dú)立操作，又可以在必要的時(shí)候進(jìn)行切換控制，達(dá)到資源共享的目的。

    輔網(wǎng)控制系統(tǒng)共設(shè)兩臺(tái)操作員站，用來(lái)監(jiān)控水網(wǎng)，煤網(wǎng)，灰網(wǎng)。

    （1）水網(wǎng)控制系統(tǒng)：包括化學(xué)補(bǔ)水系統(tǒng)，化學(xué)廢水系統(tǒng)，取樣加藥控制系統(tǒng)，凈化站控制系統(tǒng)，脫硫廢水系統(tǒng)5個(gè)子系統(tǒng)，每個(gè)子系統(tǒng)設(shè)獨(dú)立的控制站，共設(shè)計(jì)5個(gè)現(xiàn)場(chǎng)控制站，各控制站分布在不同的就地設(shè)備間，與監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)之間采用光纖連接，形成冗余光纖網(wǎng)絡(luò)。

    （2）煤網(wǎng)控制系統(tǒng)：煤網(wǎng)系統(tǒng)包括輸煤綜合樓部分，煤倉(cāng)間部分，含煤廢水部分共3個(gè)部分，每個(gè)部分設(shè)置獨(dú)立的控制站，共設(shè)計(jì)3個(gè)現(xiàn)場(chǎng)控制站，各控制站分布在不同的就地設(shè)備間，與監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)之間采用光纖連接，形成冗余光纖網(wǎng)絡(luò)。

    （3）灰網(wǎng)控制系統(tǒng)：灰網(wǎng)系統(tǒng)包括除灰綜合樓，燃油泵房，灰?guī)煸O(shè)備間，除灰水泵房4個(gè)部分，每個(gè)部分設(shè)置獨(dú)立的控制站，共設(shè)計(jì)4個(gè)現(xiàn)場(chǎng)控制站，各控制站分布在不同的就地設(shè)備間，與監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)之間采用光纖連接，形成冗余光纖網(wǎng)絡(luò)。

3.2 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)構(gòu)成

    由于水網(wǎng)、煤網(wǎng)和灰網(wǎng)系統(tǒng)均采用HOLLIAS-MACS系統(tǒng)雙層網(wǎng)典型結(jié)構(gòu)，下面以煤網(wǎng)系統(tǒng)為例，來(lái)介紹網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的構(gòu)成。

3.2.1重要節(jié)點(diǎn)

    煤網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)有一臺(tái)工程師站，用于完成工程設(shè)計(jì)、組態(tài)、調(diào)試維護(hù)等任務(wù)；兩臺(tái)操作員站，用于運(yùn)行人員對(duì)系統(tǒng)被控設(shè)備的監(jiān)控、操作等。一對(duì)系統(tǒng)服務(wù)器，用于為系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)服務(wù)和歷史數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)功能。三對(duì)冗余的現(xiàn)場(chǎng)控制站。

3.2.2網(wǎng)絡(luò)設(shè)備

    該系統(tǒng)上層網(wǎng)稱(chēng)為MNET，分為冗余的A網(wǎng)和B網(wǎng)，網(wǎng)段分別為130和131，采用2臺(tái)16口智能以太網(wǎng)交換機(jī)，該系統(tǒng)下層網(wǎng)稱(chēng)為SNET，分為冗余的A網(wǎng)和B網(wǎng)，網(wǎng)段分別為128和129，采用2臺(tái)16口智能以太網(wǎng)交換機(jī)。

      

3.3 工程數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)

    工程分類(lèi)設(shè)計(jì)如表1所示。

                         表1  工程分類(lèi)設(shè)計(jì)表

     
 3.4 系統(tǒng)對(duì)時(shí)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

    DCS系統(tǒng)的對(duì)時(shí)結(jié)構(gòu)直接決定了系統(tǒng)SOE信號(hào)的精度，該設(shè)計(jì)方案能夠解決由于SOE信號(hào)從屬于不同的控制器而帶來(lái)精度誤差偏大的問(wèn)題。精確的對(duì)時(shí)系統(tǒng)配置框圖和原理框圖如圖2所示。
       
         

                       圖2   系統(tǒng)配置框圖及原理框圖

3.4.1系統(tǒng)校時(shí)流程

（1）GPS天線(xiàn)收到時(shí)間信號(hào)；
   （2）從串口上發(fā)到FM197校時(shí)集線(xiàn)器中；
   （3）FM197校時(shí)集線(xiàn)器發(fā)到系統(tǒng)時(shí)間服務(wù)器中；
   （4）時(shí)間服務(wù)器定時(shí)或在本機(jī)時(shí)間改變時(shí)在網(wǎng)內(nèi)廣播校時(shí)包；
   （5）設(shè)置同時(shí)間服務(wù)器同步的客戶(hù)機(jī)收到校時(shí)包后改變本機(jī)系統(tǒng)時(shí)間；
   （6）客戶(hù)機(jī)開(kāi)始運(yùn)行系統(tǒng)時(shí)向時(shí)間服務(wù)器請(qǐng)求校時(shí)。

3.4.2系統(tǒng)校時(shí)特點(diǎn)

（1）控制系統(tǒng)校時(shí)收發(fā)以網(wǎng)絡(luò)傳遞為主；
   （2）SOE關(guān)鍵快速時(shí)鐘校對(duì)以硬接線(xiàn)發(fā)妙脈沖為主，保證站間SOE時(shí)鐘誤差≤1ms；
   （3）采用校時(shí)集線(xiàn)器接受GPS時(shí)鐘信號(hào)，給DCS時(shí)鐘服務(wù)器、SIS系統(tǒng)及其他設(shè)備同時(shí)進(jìn)行校時(shí)；
   （4）網(wǎng)絡(luò)校時(shí)時(shí)鐘服務(wù)器唯一設(shè)置。

3.5 系統(tǒng)的配電及接地

 單元機(jī)組和公用系統(tǒng)各自分別含有一套配電柜，為每個(gè)機(jī)柜和其它用電設(shè)備供電。配電柜接受兩路來(lái)UPS1電源和UPS2電源，包含為每路用電設(shè)備提供獨(dú)立保險(xiǎn)開(kāi)關(guān)，配有專(zhuān)用的交流冗余切換裝置，采用雙路電源切換。

 電源切換裝置核心設(shè)備為施耐德快速動(dòng)作接觸器。采用雙電源切換裝置，第一路UPS1為主，第二路以UPS2為主，保證系統(tǒng)內(nèi)無(wú)論哪一路出現(xiàn)欠壓、故障或者接觸器故障時(shí)，可以保證DCS工作電源穩(wěn)定及切換正常。其接觸器切換時(shí)間不大于20ms，可以保證負(fù)載正常工作。切換后的電源為DCS相關(guān)設(shè)備供電。切換裝置原理及經(jīng)過(guò)切換裝置供電的圖如圖3所示。

      

                      圖3   切換裝置原理及裝置圖

                            圖4   接地示意圖

3.5.1 接地方案

    由現(xiàn)場(chǎng)附近的熱工電源盤(pán)供電，或由布置于控制室里的DCS電源柜供電。為保證遠(yuǎn)程I/O柜內(nèi)各采集模塊的電源穩(wěn)定，電源經(jīng)過(guò)UPS電源穩(wěn)壓后供給，該路電源失去時(shí)UPS仍可保證遠(yuǎn)程I/O能正常工作一段時(shí)間。

    遠(yuǎn)程I/O柜布置于現(xiàn)場(chǎng)，離控制室里的DCS系統(tǒng)接地柜的匯流總排較遠(yuǎn)，因此遠(yuǎn)程I/O柜的接地就近接入現(xiàn)場(chǎng)的地網(wǎng)。遠(yuǎn)程I/O的安全地、屏蔽地和邏輯地在柜內(nèi)一點(diǎn)匯流后作為接地點(diǎn)，該接地點(diǎn)由專(zhuān)用的接地電纜接入現(xiàn)場(chǎng)地網(wǎng)，接地電阻要求不大于4歐姆。

    創(chuàng)元電廠(chǎng)2*300MW機(jī)組工程是一個(gè)含主機(jī)組及輔助控制系統(tǒng)的大型一體化控制的火電機(jī)組，輔網(wǎng)控制系統(tǒng)是全廠(chǎng)熱工自動(dòng)化的重要組成部分，采用以上的各項(xiàng)設(shè)計(jì)方案，使電廠(chǎng)輔網(wǎng)控制達(dá)到了布置分散，控制集中，達(dá)到了全廠(chǎng)一體化的目標(biāo)。隨著DCS分散控制系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用，無(wú)論是硬件系統(tǒng)，軟件設(shè)計(jì)組態(tài)，還是在運(yùn)行管理上都積累了很多成熟可信的經(jīng)驗(yàn)。同時(shí)，依靠先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)來(lái)合理有效地提高全廠(chǎng)的控制水平，是整個(gè)電廠(chǎng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的重要保障。輔助控制系統(tǒng)與主機(jī)組DCS實(shí)現(xiàn)一體化控制，能夠優(yōu)化電廠(chǎng)資源配置、降低備品備件數(shù)量、減少維護(hù)費(fèi)用、達(dá)到降低產(chǎn)品成本，減人增效，為實(shí)現(xiàn)“廠(chǎng)網(wǎng)分開(kāi)，競(jìng)價(jià)上網(wǎng)”，增強(qiáng)電廠(chǎng)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力提供了重要保證。