南大傲拓 NA400系列PLC在火电厂辅控系统中的应用

1. 引言 　　火电厂辅助系统是火电厂重要组成部分，是电厂运行的关键组成环节，它主要包括输煤系统、除灰/ 除渣系统、化学水处理系统等，简称“煤灰水”。为了提高了全厂辅助系统的控制水平、控制方式以及系统运行的安全性和经济性，实现辅助车间就地无人值守，提高劳动生产率和全厂的自动化水平，电厂辅助系统一般会实行全厂集中监控，并建立公辅网，为实现电厂全厂监控（SIS）打下良好的基础。

‍‍2. 系统简介 　　整个火电厂辅助控制系统主要分为3个子系统：水处理控制系统，除灰渣控制系统，输煤程控系统。

2.1 电厂水处理控制系统‍‍ 　　该系统主要适用于火电厂的锅炉补给水、凝结水、循环水、工业废水和机组排水等系统控制和监控。 　　工业水处理系统采用就地无人值班方式，在锅炉补给水控制室布置PLC主机柜，在工业废水车间放置远程站。控制系统通过冗余的双向通讯接口接入水系统控制网，通过全厂水系统操作员站完成对消防泵房（含蓄水池）、排水泵房、工业废水、生活污水等程控系统进行数据采集、程序启/停、中断控制（自动步序和半自动步序控制以及跳步等）及单个设备操作、系统组态等功能监视，并在工艺系统运行工况异常时报警以及紧急事故处理和联锁保护。 　　工业水处理系统的控制装置包括工艺系统程序控制的投运、停止和自动/半自动启动另一列备用装置程序等。对于顺序控制设置分步操作、成组操作或单独操作等，并有跳步、中断等操作功能。还设有程序步骤时间和状态指示、故障原因显示及必须的选择和联锁功能。 ——程控和手动加药； ——含油污水处理系统要求可以根据含油污水收集池液位自动启停； ——污泥输送、脱水系统可根据泥浆池液位自动启停。设备包括泥浆池、泥浆输送泵和脱水机等； ——泵间互相连锁，且与酸贮存槽液位连锁，低位停泵； ——由水位控制进水泵的开启；高液位开泵，低液位停泵； ——泵的切换（运行时间累计）； ——风机的切换（运行时间累计）；  ——水泵低液位保护控制； ——设备故障报警。 　　控制系统主要包括数据采集和顺序控制功能，LCD屏幕能显示工艺流程及测量参数、操作显示、控制对象运行状态，也能显示成组参数。当参数越限报警或控制对象故障或状态变化时，能自动在当前画面以不同颜色进行显示，并有音响提示。LCD画面能对监控的信号进行定期打印记录、参数越限报警记录、设备运行记录等。通过PLC对整个系统进行程序控制和远方手操，在PLC内设有必要的保护和联锁。 2.2 电厂除灰渣控制系统 除灰渣控制系统依据其工作方式分为：水冲灰、气力除灰。 除灰控制系统功能 集中监视及报警功能 语音报警功能 管理报表功能 与厂级管理信息系统(MIS)的接口功能 系统的安全管理功能 设备管理功能 　　除灰控制系统进行数据采集和系统控制。除灰控制系统将能对整个锅炉气力除灰输送系统、灰库、除灰空压机系统、气化风机房的运行、启动、停止和故障等进行集中监视、管理、自动顺序控制，并可实现远方手动操作。 　　除灰控制系统采用LCD操作站作为操作员的人机接口站，通过LCD画面和鼠标器对整个系统进行监视和控制，不再设置常规的仪表盘台和模拟屏。所有运行参数、报警信号均能打印记录。 　　对于泵、风机和阀门等被控对象，除了在除灰控制室操作员站LCD上监控外，还将能由MCC上的控制开关或阀门电动装置上的按钮进行就地控制，对于气动阀门能由装于电磁阀箱上的按钮进行就地控制；远方/就地切换功能均可由MCC和电磁阀箱实现，并将“处于就地控制”信号输出至控制系统。 　　除灰控制系统采用自动程序控制、远方手动操作及就地操作相结合的控制方式。程序控制可设有自动、步进操作、成组操作或单独操作等手段，并有跳步、中断或旁路等操作功能，还将设有必要的步骤时间和状态指示、选择和闭锁功能。 　　各辅助控制系统均可由设在集控室的辅助车间操作员站对相应系统工艺过程、运行工况进行监控，就地实现无人值班。辅助车间集中监控网留有与DCS的冗余通讯接口，实现DCS对辅助车间的监控。 2.3 输煤程控系统 输煤控制系统功能： ——系统固定程序启、停功能； ——系统组合程序启、停功能； ——设备一对一联锁启、停功能； ——原煤仓的自动配煤功能； ——局部解除联锁控制功能； ——三通档板及犁煤器电动推杆的防卡塞功能等。 　　输煤程控系统能完成电厂正常运行时的上煤、配煤控制；输煤设备运行状况监测及安全联锁、保护等功能，同时对输煤系统相关电源进行监测和控制。输煤程控系统可以与辅助车间控制网系统进行通讯，以便在主控制室可以对输煤系统进行监控。两个系统间采用10/100M冗余工业以太网连接，输煤程控厂家提供冗余光纤通信接口，并提供通讯所需的相应资料，包括软件等。输煤程控系统并能完成与输煤广播呼叫系统、输煤闭路工业电视系统的联锁及通信接口。系统在上位机上可控制输煤系统主要设备的起停，设有起车预告系统、故障声光报警系统，并有故障显示、验灯功能。能够显示皮带及伸缩皮带的运行状态、碎煤机、筛煤机等设备的状态指示、显示故障位置和性质、煤仓的高低煤位显示。 　　系统上煤控制功能分自动、手动及就地三种方式。 　　配煤控制功能分为程控配煤和手动配煤。 　　事故报警功能中系统具有完善的事故报警功能。当事故发生时，语音报警系统发出语音信号。同时，CRT屏幕显示故障区域流程图，事故设备图形变色，屏幕上方用汉字显示故障性质及发生时间。故障报警系统具有语音报警功能、实时报警查询功能、历史报警查询功能、分类报警查询功能、报警打印功能。 　　管理监测功能是指整个输煤系统具有计算机管理功能，能自动采集运行工况及有关数据，能实现实时流量编制、修改及状态显示并具有制表功能，能按规定时间或召唤打印各种报表，能在CRT上查询并调用有关数据。报表具有设备运行时间记录功能、运行时间历史查询功能、煤量统计功能、流程记录功能等。

‍‍3. 解决方案 　　通过对上述辅控系统的分析与研究，本着力求性价比、稳定性、功能完善的原则，构思设计如下系统解决方案，系统网络结构图如图1所示：‍‍

‍‍图1 火电厂辅控系统网络结构图‍‍

3.1 系统结构
　　系统采用3套NA400系列PLC作为控制站，分别为水处理控制站、除灰渣控制站、输煤程控站。每个控制站配2个以太网交换机，与主干网的两个工业以太网交换机构成冗余环网。每个控制站各设有工程师站和操作员站，集控室设有工程师站、操作员站和冗余服务器。‍‍
3.2 控制系统

　　NA400中央处理器采用英特尔PentuimM芯片，集成两个以太网TCP/IP通讯接口，省去通讯模块，节约成本，方便组网。模块化结构，安装更换简便，可以在机架任意位置进行安装。机架扩展无需扩展模块，一根总线电缆即可实现对I/O的扩展。
　　全智能I/O设计和一系列安全性、可靠性设计为系统的安全可靠运行提供了保障。NA400采用现场总线网络，除具有通信速率快、抗干扰能力强、成本低、结构简单、实时性好等特点，还具有很好的扩展性，易于实现模块的灵活配置，大大提高了对环境及安装要求的适应性。集成IEC61131-3的全部五种编程语言及原创顺控图语言，各种语言在程序之间相互调用，使得编程更加灵活方便，能满足多种复杂工况的要求。提供的以太网通讯接口，可以实现远程编程与调试，满足远程控制中心对现场控制装置控制流程的修改和在线维护。

3.3 网络结构
　　整个辅控网络采用模块化工业交换机，其中主干网交换机冗余配置。采用多模光缆、工业级交换机建立工业以太环网，采用统一的网络平台和软件平台，来互连各个不同的辅助控制系统，实现外围辅控系统相对集中控制。整个辅控网络采用星环混合型结构，用以太环网连接各个辅控系统，并分成主干网和子环网。各辅控系统采用星型方式与主干网连接，主干网采用超级冗余环技术。当环网某一点发生故障，系统可以在<500ms的时间内恢复正常工作，并且配置冗余交换机，可以实现整个网络具有多点容错功能。
　　这样，整个辅控网络不仅具有环形网络的切换快速、安全可靠的特点，还综合了星形网络多路交换、施工方便、扩展灵活的功能，提高了系统的可靠性和实时性。‍‍
3.4 系统功能
组态软件采用NA-control，主要功能：
(1) 图形化界面：保持与各子系统操作界面的一致性，显示各子系统的工艺流程；
(2) 实时动态显示：提供生产运行监控所需的测点实时数值及状态；
(3) 趋势：提供实时／历史趋势显示和打印功能；
(4) 报警：具有弹出式的实时报警画面和语音报警功能，可进行报警确认和报警打印，并具有报警历史记录功能；
(5) 操作记录和事件记录功能：按时间顺序记录系统启动后的实时报警信息、报警历史和应用程序运行列表，方便运行人员查询和分析；
(6) 各辅助子系统界面快速切换；
(7) 统一的系统登录界面，不同的安全级别和操作权限确保系统稳定运行。
火电厂辅控系统主界面如图2所示‍‍

图2 火电厂辅控系统主界面