大型机组辅助车间一体化监控系统设计方案探讨

大型机组辅助车间一体化监控系统设计方案探讨

闫东辉

大唐甘肃发电有限公司八○三热电厂甘肃省732850

摘要：分散控制系统的强大功能、先进的网络通信技术和优良的性能价格比使得大型火力发电机组辅助车间集中监控系统开始大量采用DCS。分散控制系统取代PLC控制器成为火电厂辅助车间主要控制系统设备。本文对电厂辅助车间一体化监控系统技术要求和系统配置进行了简要分析和阐述，希望对其行业的发展给予一定的支撑。

关键词：电厂；DCS；辅助车间；一体化；

1、辅助车间一体化监控的必要性

（1）先进生产过程的需求

随着国内火电机组单机容量不断提升，大型机组的辅助设备监控点更多、工艺更加复杂、工艺参数精度要求更高，需要更有效的控制与监视。传统的各个工艺设备控制系统相互独立，缺乏联系的控制方式已经无法适应上述要求。

（2）提高整体运行水平的需求

传统的各个工艺设备控制系统相互独立，较为分散的控制室不易于管理，各工艺设备控制室运行人员工作量少，总体人员偏多，运行效率低，整体运行水平落后。越来越多的电厂采用集中监控和优化控制，减少值班点，提高电厂辅助车间整体运行水平。

（3）最大限度降低运行维护成本的需求

传统的辅助车间各个工艺设备的控制系统可能采用不同的硬件及软件，给系统维护和备品备件管理等造成了一定难度。辅助车间一体化监控系统采用统一的控制设备，减少了备品备件的品种和数量，极大的方便电厂运行和检修，最大限度降低投资和运行维护成本。

（4）建设数字化电厂的需求

传统的辅助车间各个工艺设备的控制系统完全孤立，没有统一的接口，如果将目前的辅助系统运行信息也连接到全厂信息系统中，会具有一定难度。辅助车间一体化监控系统采用统一的控制设备、统一的控制手段、统一的监控方式，避免了不同系统之间通讯接口问题的困扰，实现了真正意义上的各控制子系统信息共享，可以很方便地将数据送到全厂信息系统。

2.辅助车间一体化对控制设备的要求

2.1辅助车间一体化监控系统涵盖范围

辅助车间一体化监控系统可涵盖辅助车间全部工艺系统控制要求，常见以下工艺系统，但不限于此：水务系统、输煤系统、除灰渣系统、脱硫脱硝系统、其他系统。

2.2对控制设备的要求

火电厂辅助车间集中监控系统有水、煤、灰、脱硫等多个相互独立的控制分散系统构成，所以，其网络通信系统应该选择则基于分布式环境的多余网络环境。这样，在逻辑上把各个辅助车间工艺子系统组织成多个互相独立的域。各个域之间的通讯相互隔离、互不影响。每个子系统只属于一个域，全局集中操作员站等MMI（人机界面）设备可以根据需要同时加入多个辅助车间控制域，从而可以对整个辅助车间进行集中监控。

各辅助车间工艺控制子系统应能够独立工作运行。在分部调试或检修时（尤其是调整控制策时），不会影响辅助车间控制系统其他系统设备的正常运行。整个辅助车间集中控制系统应选择一体化的网络和控制设备。

辅助车间一体化控制系统应配备全厂监控系统（SIS）的隔离网络接口。

3.DCS辅控方案对比PLC辅控方案的优势

传统的辅助车间一体化监控通常采用可编程序控制器PLC加上位计算机平台实现。近年来，越来越多的电厂开始采用分散控制系统DCS完成辅助车间设备的控制操作。

3.1传统辅助车间控制系统方案：PLC加上位机算机

传统发电厂辅助车间采用PLC控制器与计算机网络相结合，构造辅助车间一体化监控系统。

实际上，由于PLC控制器并不是为大规模集成应用环境设计，功能受限，构成的网络系统必须使用多台网络服务器，结构复杂，可靠性差，不能可靠地实现实时操作控制，很难完成上述辅助车间一体化控制系设计目标。

采用PLC加计算机网络构成辅助车间集中监控系统的发电厂仅仅实现了辅助车间控制系统集中监控和分散控制，并没有实现可靠地集中操作，由此导致了辅助设备的操作仍然必须在就地操作监控点进行。并没有达到减少合并或取消就地操作监控点，提高自动化水平，使复杂操作简单化，减员增效，降低投资及运行维护成本的目的。

3.2先进的分散控制系统（DCS方案）

辅助车间集中一体化DCS由各个独立工艺子系统及集中监控点的操作员站、工程师站、历史站、SIS接口站等组成。一体化的辅助车间集中监控DCS系统内无需网络服务器、无需通讯管理站、没有任何通讯瓶颈。

3.3采用分散控制系统（DCS）经济性

随着DCS在电厂中的普及，其原来高高在上的价格已经大幅降低，使用功能更强的DCS代替PLC实现辅助车间控制。而传统PLC方案普遍采用单CPU架构，冗余费用较高。

采用DCS设备实现辅助车间一体化监控，进一步提高了电厂自动化水平和数字化水平，为今后的高级应用、开发和其他相关设备的控制提供良好的基础。

4.辅助车间一体化监控DCS的设备选型

4.1辅助车间一体化监控DCS的网络结构

每个工艺子系统控制网络由子系统过程控制站和后备监控点组成，自成一个“域”，它的运行可以独立于其它“域”及集中监控点的上位机，因此，各个工艺子系统可以实现独立运行。同时，通过各“域”内网络交换机和集中监控点网络交换机的连接，使得集中交换点的操作员站、工程师站、历史站、SIS接口站等上位机可以合法地跨越域访问各个工艺子系统控制网络，实现辅助车间控制系统的一体化集中监视控制。

根据辅助车间的实际情况，辅助车间集中控制网络上各工艺系统和集中监控点间一般需要采用光缆连接。集中控制点和各工艺子系统间的网络连接要采用冗余自愈网络结构，如超级冗余环形网络或网状结构网络拓扑，如果网络的一部分出现故障，系统将快速选择新的冗余路径，信息传输不受影响。

考虑到经济性，也可采用高可靠性的冗余树形（网状）网络结构。

无论采用冗余环网还是冗余树形网，辅助车间一体化控制系统内部均不存在专门用于通讯处理的服务器或内网关，网络通讯没有瓶颈。

4.2过程控制站的配置原则

分散控制系统过程控制站（DPU）是DCS最重要的控制设备之一，其数量和分布对工程辅助车间一体化监控系统性能有很大影响。

过程控制站的配备满足以下原则：

（1）过程控制站内控制器模件全部冗余配置

（2）过程控制站数量和功能分配突出按工艺设备配备为主，按功能划分为辅，注意负荷均匀性原则，独立的工艺系统设计独立的过程控制站，有利于分系统检修和维护。

（3）地理位置距电子间较远的工艺设备处考虑安装远程控制站或远程I/O站。

（4）远程控制站的通讯网络采用光纤设备，控制机柜符合IP56安装标准。

5.辅助车间一体化监控DCS组态调试实施方案

辅助车间一体化监控DCS的建设应该根据发电机组的建设工期和进度要求，采取整体设计组态、分步实施、分段调试的方法进行。

各辅助车间工艺设备控制子系统可以根据其自身的工期要求分别进行设计、组态和调试，每个子系统配置一台后备操作员站用于前期组态和现场调试，各个子系统的调试可以按照工程现场总的进度分步骤进行，并可先期投运。

全厂辅助车间集中监控网络通讯系统建立完成后，可立即在全厂辅助车间集中监控点工程师站上完成整体控制系统的配置，包括：建域、建站、建点、上传、下载等操作。不需二次开发即可在集中监控点完成对各子系统的监视和操作，包括对子系统组态数据的上载、远程维护等。

集中监控点的网络留有待进入系统的后备接口，可以对暂不具备条件的子系统预留接入的空间，整个网络中的各个子系统的报警记录和处理、历史数据存储、与SIS或MIS的接口数据收集均可以在集中监控点各人机交换设备上完成。

结论：分散控制系统的强大功能、先进的网络通信技术和优良的性能价格比使得大型火力发电机组辅助车间集中监控系统大量采用DCS。分散控制系统取代PLC控制器成为火电厂辅助车间主要控制系统设备。采用分散控制系统技术是发电厂辅助车间提高自动化和信息化水平，提高劳动生产力的唯一正确途径。这在大唐八〇三发电厂“上大压小”热电联产扩建工程中得到了充分应用和体现。