目前,大型火電廠輔助系統(tǒng)大多采用ＰＬＣ進行控制,各個輔助系統(tǒng)獨立設一套監(jiān)控系統(tǒng),有各自的控制室、操作員站、模擬控制盤,造成設備重復設置,運行人員多且分散,不利于管理。鑒于此,蘇州華能發(fā)電廠在國內(nèi)率先對包括凈水系統(tǒng)、反滲透系統(tǒng)、補給水系統(tǒng)、凝結(jié)水精處理系統(tǒng)、爐水加藥系統(tǒng)、汽水取樣系統(tǒng)和廢水系統(tǒng)在內(nèi)的化學水處理生產(chǎn)過程實施控制站分散布置,操作員站集中管理的分布式控制。該系統(tǒng)將各輔助系統(tǒng)控制站通過高速通訊網(wǎng)絡聯(lián)接,設置一套監(jiān)控操作室,既不影響各輔助系統(tǒng)控制站按就近控制原則合理布置,減少Ｉ/Ｏ信號電纜及其敷設成本,又能實現(xiàn)集中監(jiān)控和管理,減少設備和運行人員的重復設置,達到了降低基建投資和減員增效的目的。
1　系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
蘇州華能發(fā)電廠2×300ＭＷ機組化學水處理分散控制系統(tǒng)設凈水控制站、反滲透控制站、補給水控制站、凝結(jié)水精處理控制子系統(tǒng)(包括1號機凝結(jié)水精處理站、2號機凝結(jié)水精處理站和再生控制站)、爐水加藥控制站、汽水取樣站和廢水處理控制站。各站均以美國Ａ-Ｂ公司的ＰＬＣ-5系列產(chǎn)品為平臺。在化水車間控制室設2臺操作員站,其中1臺兼做工程師站;在主機集控室設1臺監(jiān)視操作站,同時兼做通訊接口機,與全廠ＭＩＳ和主機ＤＣＳ通訊。操作員站均以ＷｉｎｄｏｗｓＮＴ4.0(英文版)加中文之星為操作系統(tǒng),以ＲＳＶｉｅｗ32為組態(tài)平臺開發(fā)的監(jiān)控軟件運行。各控制站和操作員站通過冗余的ＣｏｎｔｒｏｌＮｅｔ網(wǎng)聯(lián)接。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。
系統(tǒng)對約1400個Ｉ/Ｏ點進行控制,其中補給水站300點,凈水站300點,反滲透站140點,凝結(jié)水精處理子系統(tǒng)320點,爐內(nèi)加藥站140點,汽水取樣站50點,廢水處理站150點?？刂葡到y(tǒng)留有10%的Ｉ/Ｏ余量。
ＣｏｎｔｒｏｌＮｅｔ網(wǎng)絡為總線型結(jié)構(gòu),基于生產(chǎn)者/消費者模型,各節(jié)點站作為生產(chǎn)者把需要發(fā)送的數(shù)據(jù)按一定格式打包發(fā)送到網(wǎng)絡上,網(wǎng)絡上其它各節(jié)點站作為消費者按需提取數(shù)據(jù),通信效率高。網(wǎng)絡通信速率為5Ｍｂｐｓ,傳輸介質(zhì)為同軸粗纜,阻抗為75Ω。網(wǎng)絡通信電纜與各節(jié)點站之間通過Ｔ型連接器實現(xiàn)聯(lián)接,安裝和調(diào)試簡便,連接穩(wěn)固,維護量小。網(wǎng)段內(nèi)只有2個節(jié)點時最大傳輸距離為1000ｍ,隨著節(jié)點的增多,最大傳輸距離將減小,其計算公式為:1000-(Ｎ-2)×16.8ｍ,其中Ｎ為節(jié)點數(shù)。全廠化學水處理系統(tǒng)各站位置分散較大,網(wǎng)絡長1.8ｋｍ,網(wǎng)絡上共有節(jié)點12個,因此設置了一對中繼器?！? 　
圖1　蘇州華能發(fā)電廠2×300ＭＷ機組化學水處理控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
2　ＰＬＣ選型
目前,多數(shù)火電廠各輔助系統(tǒng)的控制設備與其工藝主設備一同招標實施,由于各主設備廠家常用不同品牌的ＰＬＣ,因而造成同一電廠有多種品牌的ＰＬＣ系統(tǒng),且各系統(tǒng)獨立運行。隨著電廠生產(chǎn)水平的不斷提高以及減員增效和降低發(fā)電成本的要求,需把各獨立的ＰＬＣ系統(tǒng)用高速通訊網(wǎng)絡聯(lián)成分散控制和集中管理的集散控制系統(tǒng)。對此,常有以下幾種解決方案:(1)利用以太網(wǎng)技術(shù)和Ｗｉｎｄｏｗｓ系列操作系統(tǒng)的Ｎｅｔ ＤＤＥ技術(shù),把各輔助系統(tǒng)的操作員站聯(lián)接到新建的監(jiān)視管理以太網(wǎng)上;(2)根據(jù)少數(shù)服從多數(shù)的原則,為Ｉ/Ｏ點數(shù)較少的ＰＬＣ選用網(wǎng)關(guān)把該型ＰＬＣ聯(lián)接到電廠主型ＰＬＣ實時通信網(wǎng)絡上;(3)對于新建電廠,規(guī)劃和設計時要求統(tǒng)一選用同型ＰＬＣ。這3種解決方案的投資情況和系統(tǒng)性能比較見表1。
表1　3種方案的投資情況和系統(tǒng)性能比較
由表1可以看出,方案1投資最大。采用以太網(wǎng)做監(jiān)控系統(tǒng)的主干網(wǎng),網(wǎng)絡速度、穩(wěn)定性和可靠性均一般,維護量大,通常只能進行監(jiān)視管理,因此系統(tǒng)性能一般;方案2改造投資稍小,系統(tǒng)性能較方案1好;方案3投資最少,而且網(wǎng)絡速度高并可冗余,連接件統(tǒng)一且穩(wěn)固,穩(wěn)定性和可靠性都很高,維護工作量較小,在網(wǎng)絡上工作站的增減組態(tài)靈活、簡便,系統(tǒng)性能較前2種高。因此,蘇州華能發(fā)電廠為化學水處理系統(tǒng)各工藝子站均選用了Ａ-Ｂ公司ＰＬＣ5系列產(chǎn)品,通過高速冗余網(wǎng)絡使這些控制子站與操作員站聯(lián)網(wǎng),實現(xiàn)了化學水處理系統(tǒng)的集中監(jiān)控和管理。
3　系統(tǒng)主要功能
蘇州華能發(fā)電廠化學水處理分散控制系統(tǒng)具有化學水處理過程數(shù)據(jù)采集與處理,流量、液位等模擬量自動調(diào)節(jié),各子系統(tǒng)閥門和泵等設備遠程軟手操控制和按照一定的條件或邏輯順控功能組控制,以及聯(lián)鎖和閉鎖等功能。
為保證鍋爐補給水或處理后的廢水水質(zhì)達標,凈水加藥量、爐水各種加藥量以及廢水加酸堿量的控制采用ＰＩＤ閉環(huán)回路調(diào)節(jié),控制系統(tǒng)采集的處理前水質(zhì)數(shù)據(jù)經(jīng)過ＰＩＤ功能塊計算后再通過變頻器控制加藥泵轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)加藥量。對需按照條件順序或時間順序執(zhí)行的過程,控制系統(tǒng)采用順控功能組控制。補給水站每個順控功能組有自動和半自動2種方式。在半自動或自動方式下,運行人員可通過暫停/繼續(xù)或跳步等手段按程序流程進行操作,減少因個別設備的不正常反饋或拒動對自動投入的影響。半自動方式下操作員能通過單步鍵對高效過濾器、活性炭過濾器、一級和二級除鹽等設備進行停運、反沖洗或再生、投運等的控制。自動方式下,當時間周期或條件滿足時可自動停運該設備并進行再生或反洗,然后再投運,如對3個活性炭過濾器和2個高效過濾器(均并列運行)的控制;或者同時投運備用設備,如對2列一級除鹽設備和2列二級除鹽設備的控制。凈水站順控功能組對機械攪拌澄清池實現(xiàn)自動定時排泥,對擦洗濾池實現(xiàn)自動反洗、投運;凝結(jié)水精處理站順控功能組在混床失效時自動控制樹脂的輸送、再生等順序過程。為保證泵或風機不在空負荷下長時間運行,并保證相關(guān)出口母管壓力在規(guī)定范圍內(nèi),控制系統(tǒng)還通過聯(lián)鎖或閉鎖的方式實現(xiàn)自動控制。如凈水站根據(jù)清水箱水位自動啟?；瘜W水泵,根據(jù)消防水管網(wǎng)壓力自動啟停穩(wěn)壓水泵和消防水泵;補給水站在除鹽裝置再生過程中,自動加酸堿,直到酸堿計量箱液位達到高限值,壓縮空氣系統(tǒng)保持壓縮空氣壓力恒定;當樹脂傳送時,禁止凝結(jié)水精處理混床投入運行,防止樹脂傳送到已充滿或正進行再生的容器中。
4　系統(tǒng)特點
蘇州華能發(fā)電廠2×300ＭＷ機組化學水處理控制系統(tǒng)具有下列特點:(1)各控制站均采用同類型的ＰＬＣ硬件和系統(tǒng)軟件開發(fā)而成;(2)在國內(nèi)首次采用冗余的高速實時通信網(wǎng)絡把化學水處理各子站聯(lián)接起來;(3)只在化水控制室設操作員站,實現(xiàn)集中監(jiān)控和管理,減少各站常規(guī)控制室設置,達到降低基建投資和減員增效的目的;(4)在主機集控室設1臺監(jiān)視站,便于主機運行人員直接了解和監(jiān)視化水車間運行情況,同時也方便化水控制系統(tǒng)與主機ＤＣＳ和全廠ＭＩＳ系統(tǒng)的通訊。
5　結(jié)　論
蘇州華能發(fā)電廠化學水處理分散控制系統(tǒng)已正常投運1年,達到了規(guī)劃和設計的要求。控制站運行穩(wěn)定,維護量小,程序或參數(shù)可在線修改和下載,不影響控制站的正常運行。操作員站漢化圖形界面軟件數(shù)據(jù)更新快,并有多媒體語音報警功能,主機運行人員通過聯(lián)接在化學水處理控制系統(tǒng)主干網(wǎng)上的操作員站可以直接監(jiān)視化水系統(tǒng)的參數(shù)和設備運行情況。與相同裝機容量但未實施化學水處理分散控制系統(tǒng)的電廠相比,運行人員數(shù)量減少三分之二。該系統(tǒng)的成功投運可為大型火電機組新建或改造工程提供經(jīng)驗。