PDF《大型火电厂辅机控制全集成系统研究及应用》

大型火电厂辅机控制全集成系统研究及应用 谭志明 大型火电厂辅机控制全集成系统研究及应用 Research and Application of Fully Integrated Control System for Auxiliary Equipment in Large--Scaled Fossil__fired Power Plant 谭击.

月 (上海工业自动化仪表研究院,上海200233) 摘要:针对国内大型火电站各辅机系统相互独立运行的现状,对现场分布的各控制子系统全集成进行了研究.辅机控制会集成系 统发挥系统在组态、编程及各类设备、系统的网络连接等优势,增强了监控级功能,从而合理地运行调度,大大提升了企业信息化能 力;

同时,阐述了该全集成系统在上海外高桥百万超超I临界机组的具体应用. 关键词:大型电厂辅机控制监控与管理全集成系统架构 中图分类号:TM61l 文献标志码:A Abstract:At present.in many of the domestic large・sealed power stations,the control systems of vaIious auxiliary equipments are operating in― dependently.thus the topic of fully integrating these control subsystems has been researched.Fully integrated system for auxiliary equipment of- fors superior in configuration and programming of the system.and in network connections among various equipment and systems.In addition,it enhances the functions in monitoring level and greatly increases the information capability for enterprises.Specific applications of such fully in― tegrated system in Shanghai Wai Gao Qi∞1

000 MW super-super critical power units a陀also described. '

Keywords:Large-scaled power plant Control of auxiliary equipment Monitoring and management Fully integrated System architecture O 引言 随着现代工业自动化技术的快速发展,工厂自动 化控制的要求也随之提高.系统集成已不再是原来的 系统成套模式,它通过计算机网络,使局部自动化技术 在物理集成、功能集成、信息集成和组织集成的基础 上,形成为一个柔性的、高度自动化的管控一体化系 统.全集成自动化系统也为MES系统和ERP系统提 供最直接的实时生产数据. 1概述 电厂辅机系统分输煤、除灰渣和水处理等控制系 统,各辅机系统简介如下. 1.1输煤程控系统 在我国大型电厂中,采用的绝大部分燃料是燃煤. 由于煤产地与电厂间地理位置或地域不同,需通过汽 车、火车或轮船把煤运往电厂.因此,输煤系统承担着 从煤源(翻车机、卸车机、汽车卸煤沟等)至储煤场,再 由储煤场到主机煤仓,或者直接到主机煤仓的备煤和 上煤任务. 修改稿收到日期:2010―03―24. 作者谭志明,男.1963年生.1992年毕业于上海交通大学电气自动化 火电厂输煤程控系统包括上煤系统、配煤系统、上 位计算机监控,用于实现各种管理功能.该系统主要 控制对象包括给煤机、三通挡板、皮带机、碎煤机、滚轴 筛、除铁器、振打器、犁式卸煤器等设备,以及与煤源设 备,如翻车机、卸船机、斗轮机等的通信. 1.2水处理控制系统 电厂水处理工艺主要由补给水处理、凝结水处理、 净水处理,以及废水处理等组成,各水系统处理工艺简 介如下. 锅炉补给水一般由化学除盐系统和酸碱再生系统 及活性碳反洗系统组成.超滤、反渗透作为化学水处 理系统的一级除盐,根据水源的不同有多种T艺,如 多介质过滤 、 纤维过滤 、 多介质过滤+活性 炭 、 自清洗过滤+超滤 等.凝结水精处理是对水 汽系统中的凝结水进行除盐和除浊处理,以保证凝结 水水质合格,防止水气系统产生腐蚀、结盐和结垢.净 水工艺系统由净化站、加药系统组成.废水处理系统 主要由再生废水及机组排水处理系统、污泥处理系统 和非经常性废水处理系统组成.汽水取样是用分析仪 表采集数据,进行数据的分析,检测水质有无问题,部 分数据送加药系统进行控制. 1.3除灰除渣系统 专业.获学士学位.高级工程师注要从事自动化控制系统的研究. 大型机组的除灰除渣系统通常包括磨煤机排出的

26 PROCF_蕊AUTOMATION INSTRUMENTATION VoL

31 No.5 May

2010 万方数据 大型火电厂辅机控制全集成系统研究及应用谭志明 石子煤处理、锅炉底部渣的处理、省煤器、空气预热器 和电气除尘器飞灰的处理.其主要控制对象为输送风 机、气化风机、气锁阀、加热器、各类阀门、卸灰装置、布 袋除尘器、收灰风机及管道压力、底渣斗、贮水池以及 灰库等设备.各灰渣系统工艺如下. ①石子煤的处理 石子煤的成分主要是磨煤机无法磨碎的石子,在 机组调试初期,还常含有大量的煤.处理方式有机械 方式和水力喷射泵输送方式. ②底渣部分的处理 底渣是锅炉底部燃烧产生的废物,由于大排渣温度 高,需要有贮渣及水冷装置,如水封式排渣或刮板捞渣机 的水槽,经过连续的冷却水冷却后,再采用机械方式和水 力喷射泵输送方式进行处理.另外,还有适用于北方干旱 少雨缺水地区的空气冷却后加机械输送的输送方式. ③灰的处理 大型机组的省煤器、空气预热器和电气除尘器飞 灰一般采用气力输送系统,以便灰综合利用和保护厂 区环境.灰库中的灰可进一步经分选装置,把粗灰中 的细灰分离出来,提高细灰产量,同时达到商品优质灰 的细度要求. 大型火电站辅机系统框图如图l所示. 图1 大型火电站辅机系统框图 Fig.1 Structural diagram of the auxiliary equipment system in large・-scaled fossil-fired power station 目前在国内电厂中,各辅机系统设立有独立的控 制室及相应的运行人员,因此,各系统通常是相互独立 控制运行的.系统分散、距中央控制室较远,这会给系 统的运行、维护和管理带来许多困难.为解决上述问 题,以外高桥电厂三期为依托,采用辅机控制与管理全 集成自动化系统,对电厂各辅机子系统实现连网控制, 从而改进和完善外围系统的控制方式和运行方式,实 现电厂安全生产,提高管理水平. 2主要关键技术 辅机系统实现全集成主要考虑以输煤系统、除渣 系统为基础,实现与DCS系统、一期二期系统、工业监 视系统、卸船机系统,以及卸料小车系统等的通信.项 目中的通信具有很大的开放性,其能拓展化水系统以 及其他辅机之间的通信,为实现全厂的辅机连网控制 打下了坚定基础,并留有充分扩展的余地. 《自动化仪表》第3l卷第5期2010年5月 外高桥电厂二期2 x900 MW机组是我国第一台 百万级大型样板机组;

外高桥电厂三期2 X

1 000 MW 机组工程是国家重点优质工程,获国家重大项目金质 奖,是国际上煤耗最低的节能减排机组之一,也是国内 参照设计百万大机组的样板工程. 2.1工业以太网协议转换 在外高桥电厂辅机控制与管理全集成自动化系统 中,除灰渣控制系统是一个重要的子系统.在除渣系统 中,安排了3名操作员对4个子站进行监控:2套炉前池 和渣浆泵系统以及2套脱水仓和再循环水系统;

另外, 还有一个专门用于与电厂总控制系统通信的通信子站. 每个子站均采用1756.PA75型PLC作为控制器,并挂载 l块ControlNet通信卡1756.CNBR,用于进行子站之间 的通信.4个I/O子站还有数量不等的VO模块,以管 理其下总计达800个的L/O点;

通信子站则带有2块ProSoft公司生产的Modbus TCP/IP通信接口卡1756・

27 万方数据 大型火电厂辅机控制全集成系统研究及应用 谭志明 MVET,以便与电厂总控制系统进行冗余通信.操作员 站连接在ControlNet上,其中还包括了用于网络扩展的 光中继器和RS2一FX/FX工业交换机.除渣控制系统的 组态如图2所示. 图2除渣控制系统组态图 Fig.2 Configuration of sediment removing control system 由图2可知,2块1756.MVET通信接口卡挂接在 1756.PA75型PLC上.它们与1块ControlNet通信卡 1756.CNBR共同组成了除渣系统中的通信子站.为了 实现ControlNet到Ethernet的通信,1756-MVET通信卡 需要解决以下问题:①正确组态通信卡,使整个通信子 站正常丁作;

②根据底层L/O数量,设置合适的变量传 送数据,并编写通信卡配置文件;

③编写通信卡通信程 序.除了完成数据通信外,还要解决2块通信卡冗余 通信的问题. 结合该子系统的集成工作,开展了ControlNet现 场总线与Modbus TCWIP工业以太网协议转换网关的 设计与开发工作. 2.1.1通信接口卡工作原理 1756.MVET通信接口卡采用了特殊的通信方法. 当进行通信数据处理时,需要通过底板与PLC控制器 进行通信.在通信接口卡和控制器之间,数据交换采 用接口卡上的输入输出映像,由用户根据需要来定义 映像的刷新频率,一般为l~10 ms. PLC控制器、1756一MVET通信接口卡以及Modbus TCP/IP之间的数据传输模式如图3所示. Control Iol}jo Module'

s I Controller Tags Ladder .苎篓!r、 Status¨ Logic Traftsfero Rend Data |.一Module'

s 一.丁fr)L h譬苫嬲舭・_―― ftreas in the TCP/IP processor Stack 稃And Write Datah Ladder 孽Ethemet Special L+ I.ogic Hardware Control I Traftsfers Interface .Blocks I Datafrom― _一Processor

1 I Datft areas To output Control image 图3 1756一MVET通信卡数据传输模式 Fig.3 Data transmission mode of 1765一MVET communication module 从以太网传输到通信卡上的数据,由卡内部客户端 驱动逻辑接收,经由1756-MVET通信卡内部寄存器,再 到输入映像;

经过底板通信,由PLC的控制逻辑将数据 读人PLC控制器的读数据区进行储存,最终通过Con一28 PROCESS AUTOMATION INSTRUMENTATION VoL

31 No.5 May

2010 万方数据 大型火电厂辅机控制全集成系统研究及应用 谭志明 trolNet发送给连接在PLC控制器上的现场I/O点.数 据的写过程与读过程相似,将现场I/O点采集的数据存 放在控制器的写数据区内.在一个通信过程中,PLC控 制逻辑将数据从写数据区写入通信卡的输出映像,再经 内部寄存器和服务器端驱动逻辑将数据发送到以太网 上.如果PIE发出的是事件命令,则可以直接发给客户 端驱动逻辑,而不需要经过内部寄存器. 2.1.2通信卡的数据结构 在1756-MVET通信接口卡正常模式的数据传输 中,包括存放在通信卡内部寄存器中地址为0―4999 的用户数据和表征状态的状态数据,它们以读数据块 和写数据块的形式传输.其中读数据块用于从通信卡 到PLC控制器的数据传输,写数据块则用于从PLC控 制器到通信卡之间的数据传输. 读数据块ID用于指定用户数据在PLC控制器读 数据区中存放的位置.由于通信卡和PLC控制器之 间的数据传输每次只能传送200个字的用户数据,因此,如果用户数据大于200个字(偏移地址2―201的 用户数据),则传输过程需要分几次才能完成.使用 Processor Memory Baekplane Interface Control Iogix Controller Tags Database Modbus Addresses Addresses 读数据块ID,可以按照用户数据原来的顺序,依次把 用户数据写入控制器读数据区并存放在相应的位置. 读数据块中的写数据块ID用于标志向PLC控制 器发送请求,要求返回一个写数据.在正常的数据传 输过程中,1756.MVET通信卡在发送读数据的同时, 向控制器发出请求,并要求返回写数据. 写数据块中的写数据块ID用于指定用户数据从 控制器写入通信卡内部寄存器时存放的位置.每次只 能传送200个字的数据(偏移地址l一200的用户数 据). 2.1.3通信卡和控制器之间的数据流 在此介绍PLC控制器、1756一MVET通信卡以及 Modbus TCWIP网络上的其他节点之间的数据流. 通信卡中包含了作为服务器和客户的控制逻辑. 作为服务器,1756.MVET通信卡可以接收网络上的客 户端通过服务端口502(MBAP)和2000(MNET)发出 的数据读写命令.通信卡在接收到网络数据读写命令 后,与PLC控制器进行数据交换,其过程示意图如图4 所示. MNet模块 图4服务器模式下的数据流示意图 Fig.4 Schematic of the data flow under server mode 2.2 PLC与日立DCS系统通信的实现 辅机控制与管理全集成自动化系统须与主机DCS 系统进行数据交换,实现在DCS侧专用操作员站对辅 机系统的监视和控制.但外高桥电厂输煤程控系统采 用的是美国AB公司ControlLogix系列PLC,通信协议 为ControlNet;

DCS系统采用的是日本日立公司的HI・ ACS5000M系统,通信协议为Modbus TCP/IP.由于辅 机控制与管理全集成自动化系统、DCS系统通信协议 不同,两者不能实现互通. 采用的解决方案是采用ControlNet TO Modbus TCWIP网桥,实现协议转换,重新打包数据,从而实现 互........