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在火电厂灰渣集控中用GE Fanuc产品
概述

江阴利港电厂是由中信集团和江苏利港电力有限公司等多家公司合资的大型发电企业,电厂三、四期项目共计4×600MW超临界机组,总计投资达到100亿元,建成后为无锡乃至整个苏南地区经济的发展和人民生活水平的提高提供强大的电力支持。

火电厂主要辅机系统由除灰系统、除渣系统、化水系统及输煤系统组成。这些系统与电厂生产过程密切相关,它们的正常运行是保证机组稳发满发的必要条件,因此如何可靠、有效地对辅机系统进行监控十分重要。整个灰渣集控系统由气力除灰系统提供商浙江华电环保系统工程有限公司配套提供,笔者作为该项目的设计调试者,下面介绍该项目的解决方案及应用情况。

项目情况

整个项目可分为18个子系统:

●  干灰输送系统(每台炉各一套)

●  底渣系统(每台炉各一套)

●  渣浆泵系统(34期各一套)

●  工业水系统

●  厂用仪用空气系统(34期各一套)

●  中储灰库系统

●  脱水仓系统

●  浓缩池系统

●  中储灰库至码头二级干灰输送系统

●  码头灰库装船系统

灰渣工艺流程大致为:煤燃烧后的粉煤灰经电除尘收集通过其下各电场发送罐分数个单元以内旁通密相的形式气力输送至中储灰库分粗细灰存储,再根据需要决定是就地装车还是气力输送至1.8公里外的粉煤灰码头装船;煤燃烧后的底渣经工业水混合制成渣浆,通过渣浆泵远程输送至脱水仓,经脱水排渣后可以装车或是通过管式皮带机送至渣码头装船,分离出的水经浓缩池沉淀处理后进入工业水系统循环,总计纳入控制的现场设备开关量7000余点,模拟量280余路。灰渣集控系统需要完成工艺流程中的设备运行监控和管理,提供真实可靠的实时运行数据,故障信息的分析、比较、诊断和记录,必要时予以声光报警,并支持历史查询。

该项目实施的重点在于:第一,工业水及厂用仪用气为全厂34期设备包括汽机锅等相关主机设备公用,若出现问题会直接导致停炉,对实时性及可靠性要求很高;第二,码头设备远程站距灰库主机网络敷设距离2100,而Genius通讯电缆的标准长度为305/卷,意味着中间将有多达6个接头,这将考验Genius通讯总线的通讯能力,在保证通讯速率的同时还要确保信号的正确率;第三,此控制系统需要向上连接至公司的SIS系统,满足SIS系统全厂生产过程的实时信息监控要求,响应数据查询需要。

解决方案

通过上述对系统功能需求的分析,本着力求性价比,保证先进性,追求功能完善、稳定可靠的指导思想,基于分散风险、扩展性必须良好、系统功能必须完备的设计原则,笔者通过与GE自动化技术工程师的多次交流请益,设计构思了控制系统的解决方案,网络架构参见图1

1. 系统结构

系统使用了三套GEFanucRX7iPLC,除灰控制使用双机热备一套,除渣控制使用双机热备一套,二级输送控

1网络架构

  

制使用单机一套。现场根据工艺要求设有18个现场控制站,按就近原则布置,根据实际IO点数分别配置有1-4个机架,使用Genius总线通讯。共设9台上位机,配有21”大屏幕LCD,其中2台为冗余数据服务器——工程师站,安装ProficyHMI/SCADACIMPLICITY开发版,ProficyLogicDeveloper-MachineEditionCIMPLICITYSQL-10软件实现编程、数据格式转换、组态数据库功能。另外再配置ServerRedundancy以实现服务器冗余功能。另有6台为操作员站,安装CIMPLICITYHMI运行版,从服务器获取数据,以降低PLCCPU的通讯负荷,另1台上位机为二级输送控制系统专用。共配有赫斯曼工业交换机5台,通过百兆以太网实现PLC和上位机以及上位机间的互联,并连接到HP激光打印机,实现趋势和报表的实时打印。

2. 控制系统

中央处理器采用PACSystemsRX7i,具有现代计算机分散控制系统所要求的可靠性、运算速度、处理能力、网络通讯、控制功能、软件组态方式等一系列基本功能,适合从中档到高档的各种应用。它提供了最先进的编程特性,易于组态便于安装,CPU具有强大的功能,如结构化编程,中断控制,间接寻址及各种功能模块,能完成复杂的操作,拥有庞大的内存、高带宽能满足各种重要的系统要求。

IO站采用FieldControlI/O,其分布式的I/O和控制器带有模块化逻辑控制功能,显著提升系统速度和效率,模块可带电插拔,省配线,安装费用低,高通讯速率,高可靠性。唯一笔者觉得不大方便的是每个BIU都需要使用专用编程器独立下载一次,若有模块更改还需重来一次,而这个编程器的使用之处似乎仅限于此,有些浪费。

3. 网络结构

控制器与分布式I/O之间采用双Genius总线通讯(二级输送部分由于实时性要求比较低采用单缆)。四期灰渣系统控制站由于进度原因尚未启用,待要接入时无需停机中止程序即可接入总线中。灰系统控制站数量较多,超出了每条Genius32个站的要求,故在主机架中增加2BEM731总线单元,组成星形网络,这样又增加了32个站,扩展性非常好,并且网络结构完全符合现场总线的国际标准。

每台工控机各配有两块千兆级以太网卡,各连到一台赫斯曼工业交换机(带光口),与ETM以太网模块组成百兆双以太网,从而保证服务器与CPU之间的所有数据信息交换在ms级完成。3部分交换机之间通过光缆互联,各上位机可以直接访问各CPU,实现了3个区域系统的一体化和数据的共享。并可以通过交换机向厂SIS系统发布相关画面和数据,由于系统以扩展性架构作为其关键性的结构原则,所以具有良好的扩展性和兼容性。

采用双Genius总线双以太网后任一条线路不能正常工作,任何一台控制器停机或BIU的损坏都不会影响系统对I/O的访问和上位机的监控功能,并无扰切换至备用线路。

4.系统功能

组态软件采用ProficyHMI/SCADACIMPLICITY6.1,对PLC中的大量数据进行实时显示,并直接参与控制。CIMPLICITYHMI是工业自动化领域Windows应用的领导者之一,功能卓越,并易于使用。它将生产信息通过美观的系统工艺流程图,显示工艺的动态效果(可参见下面3期脱水仓图),监视系统的运行状态。所有人机对话均通过该软件在上位机上实现,而对PLC的运行速度没有影响。

具体而言,实现的功能有:全系统工艺流程和数据显示,显示设备的启停、加卸载状态,以及电流、压力、液位等;用户管理,为不同功能用户分配不同权限;依据权限集中参数设定;在线故障诊断;报警历史查询,记录报警时间,类型,级别,报警组和报警值;实时趋势图显示,用于监视系统运行是否正常;历史趋势显示,记录过去至少60天历史数据,操作员可以方便查看过去某一时刻的数据;新加主机只需简单配置网络地址即可轻易添加至已有项目中;提供ODBCSQLOPC等通用接口,有效促进以太网控制系统发展以及企业现场控制层和生产过程管理层的集成,大幅度地降低工程设计和维护费用。

在如今自动化行业中,实时数据浏览和管理的需求日益高涨,数据库的作用进一步突出,本项目在服务器中配置了CIMPLICITYSQL2000,通过HMIPLC中获取信息,将数据的实时变化存储于数据库,实现数据库的不断更新,用户通过数据库来分析生产情况、汇总和统计生产数据,作为指挥、决策的依据,同时提供透明化数据库接口,响应来自各工作站、SIS系统、第三方软件的数据查询需求,制作适应各种需要的报表。

编程工具方面,ProficyLogicDeveloper-MachineEdition软件提供了友好的开发环境,积木化智能硬件组态方式,使用灵活方便。使用时提供详细的在线帮助,多种编程方式,无论新接触者还是资深程序员都可很快上手,在此不做赘述。

3期脱水仓图

  

系统应用总结

利港电厂32×600MW机组辅机灰渣系统已于200610月完成各项软件编程和测试工作,经过试运行和修改阶段,基本调试结束,11月正式投入运行。整个灰渣集控的控制系统全部采用GEFanuc产品,分布式的I/O结构节省了大量现场接线,减少了大量维护工作量。试运行情况表明,软硬件平台运行稳定,在系统可用率、系统精度、显示正确性、响应速度以及抗干扰能力等方面完全实现了预定目标。此项目广泛采用冗余技术,双机热备双Genius双以太网双数据服务器给系统加上了数重保险,保证了系统运行的连续性与高可靠性,确保整个机组顺利并网发电。允许对任一现场站断电检修而不影响其它站点,实现不间断运行。系统自身故障不会影响被监测系统和设备的正常运行。码头控制站虽然使用了7卷共计2100Genius电缆,已很接近GE公司所称的2300最大通讯距离,但在通讯过程中无需中继器只是简单对接仍可使用正常通信速率通讯而无需降低,使用中未出现数据出错或抗干扰能力低等问题,充分体现了GE产品过硬的品质。管理人员在任一台上位机均可对系统进行监视和控制,同时与SIS系统间实现了实时、历史、设备参数等数据的交换工作,实现了无缝连接,达到了透明化管理的要求。

总之,作者要告诉大家,如果您希望您的系统更统一、更灵活、更开放,但同时又能在复杂的应用中表现出最高水平,那么,请选择RX7i,选GEFanuc

参考文献

[1]李本藩计算机在电力系统中的应用概论中国电力出版社2001

[2]郑辑光基于工控机的集散控制系统西安交通大学硕士学位论文2001
 
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