摘要：本文讨论了大型火电厂辅助车间系统的控制要求，以大唐南京发电有限公司的全厂辅助车间为例，介绍了NT6000分散控制系统在辅助车间集中控制项目上的设计方案、实践情况、网络结构和工程特色。
关键词：DCS、辅助车间集中控制、现场总线
大唐南京电厂建设规模是2台660MW超超临界燃煤发电机组。按照大唐集团公司的精神和设计原则：第一要采用新技术，来提高自动化水平，第二要降低电厂的建设投资成本，第三在运行之后，要进行运行方式的改革，以实现减员增效。按照这样一个原则，在辅助车间的技术方案选型上，打破了常规方案的局限，选用了集中控制方案;在硬件平台的选择上，将PLC和DCS放在一起进行比较，最终经过招投标选择了性价比更好，更加适合集中控制应用要求的科远NT6000分散控制系统。同时在部分系统中，采用了现场总线技术，为现场总线技术在火电厂的应用，进行了有益的尝试。
1、控制系统配置
大唐南京电厂全厂辅助系统(车间)集中控制系统的控制范围包括：综合泵房、净水系统、锅炉补给水系统、两台机组的凝结水精处理及再生设备，化学取样加药系统、机组排水槽、脱硝氨区、工业和脱硫废水处理、生活污水处理、煤泥水处理、暖通、输煤、除灰系统、除渣、电除尘和脱硫等工艺系统。按照工艺系统，控制系统分成水务控制系统、灰煤渣控制系统、脱硫控制系统;其中水务控制系统监控点设在主控室内，灰煤渣控制系统、脱硫控系统监控点设在辅控综合楼，每个监控站均为全功能站，能够监控和操作全厂辅网设备状态，同时通过权限设置不同的用户，区别监视和操作输煤、除灰、脱硫等工艺系统设备，构建了一个全厂辅助车间集中控制系统。
1.1、监控点配置
本工程设置2个值班监控点和3个后备监控点。值班监控点在正常运行时完成对辅助车间各系统的监控;后备监控点作为调试、试运行、检修时的后备操作点，按无人值班考虑。一个值班监控点设在单元机组集控室内, 配置4 套辅助车间控制系统操作员站，监控对象为水务控制系统;另一个监控值班点设在辅控综合楼，配置6 套辅助车间控制系统操作员站，监控对象为脱硫、输煤、除灰渣系统。辅控综合楼工程师站有脱硫工程师站1 套，辅网工程师站1 套、SIS 接口装置1 台，历史数据服务器1 套。3个后备监控点按无人值班考虑，分别为化学水处理2个后备监控点、凝结水1个后备监控点。后备监控点用于调试、检修及试运行期间的操作，具备针对本系统的独立监控能力与组态调试能力。
1.2、控制器与I/O 配置
整套控制系统配置25对冗余控制器，IO点配置规模为13000点左右。
(1)水务控制系统配置
综合泵房、净水处理配置1对控制器;
反渗透、化学除盐、再生系统及化学电源系统配置2 对控制器;
每台机组的凝结水精处理及汽水取样配置2 对控制器;
凝结水精处理再生配置1对控制器;
暖通系统配置2对控制器;
工业废水处理及脱硫废水配置2对控制器。
在废水系统中采用了profibus现场总线技术，每条总线上分别有DP、PA设备组成，DP总线包含的设备有：马达控制器、电磁阀导、电动门执行机构等; PA总线包含的设备有：液位计、压力变送器、流量等。替代了传统IO点300点。现场总线方案与常规系统相比，减少了常规IO模件的使用，减少大量电缆及电缆敷设工作，能够获取总线设备的大量现场信息，降低了工程造价，缩短了施工和调试时间，系统可靠性高，诊断信息丰富，便于后期维护。
(2)灰煤渣控制系统配置
输煤综合楼、转运站、雨水泵配置2对控制器;
输煤码头、煤仓、煤场配置3对控制器;
每台机组除灰渣配置2对控制器;
灰库、灰公用、氨区配置2对控制器。
(3)脱硫控系统配置
每台机组脱硫配置4对控制器，脱硫公用系统配置2对控制器。
1.3、网络结构图
大唐南京电厂辅网网络结构分为三大环形网络结构组成，几个子工艺系统组成单个冗余环形网络，单个冗余环网之间相对独立，又通过交换机集联的方式连接，形成全厂网络。详细分布如下：
(1)水务网络：综合泵房、净水、化补水、废水、脱硫废水、#1、2精处理及公用、#1、2机暖通及公用;
(2)灰煤渣网络：#1、2机灰渣、灰库、空压机公用、输煤(码头、煤场、煤仓)、电除尘通讯;
(3)脱硫网络：#1、2机脱硫、脱硫公用。
大唐南京电厂辅控网络图
2、项目应用总结
2008年7月，该项目招投标结束，2009年4 月第一次设计联络会完成，2010年8月4日和2010年12月4日，两台机组顺利通过168 小时，正式投入商业运营，标志着大唐南京全厂辅助车间DCS 集中控制系统通过现场验收。目前两台机组运行将近1年的时间，辅控集中控制系统硬件运行稳定可靠，13000余点、遍布全厂的大型控制系统网络运行稳定，未出现硬件损坏;系统易于使用，经过短期的培训，维护人员就能够熟练掌握系统的维护和修改。
通过NT6000在大唐南京电厂的应用总结，我们认为NT6000的技术特点能够很好地满足集中控制的需求。
2.1、丰富灵活的组态模式满足复杂多变的应用需求
辅助车间集中控制包括多种多样的控制需要，有复杂的顺序控制，也有复杂的模拟量控制。传统的PLC系统的模拟量处理能力相对较弱，而传统DCS在完成复杂顺序控制时也显示比较繁琐。
NT6000 DCS分散控制系统，支持IEC61131-3标准规定的五种编程语言，功能块图FBD、顺序功能图SFC、结构化文本ST、梯形图LD、指令表IL。传统PLC系统的模拟量处理能力相对较弱的一个主要标志是FBD功能块中缺少专业化的控制模块，而不得不使用结构化文本ST或梯形图LD来做复杂的二次开发。NT6000的功能块中除了标准的模拟量和开关量运算功能块，还针对工业现场的常用需要设计了集成功能模块，包括电动机、各种开关阀门、调门、水位测量、流量计算的功能块，只要从功能库中直接调出模块，连接相关的IO测点，就可以组成功能完善的逻辑组态。
对于传统DCS而言，一般仅支持功能模块图FBD组态，完成模拟量控制的能力较强，但是对于复杂的顺序功能则显示比较繁琐。NT6000中的顺序功能图SFC是IEC61131-3标准中专门解决复杂顺序功能的解决方案。SFC以自然语言的结构来描述复杂的顺序过程，组态效率和可读性都非常好。对有着大量顺序控制需求的辅助车间集中控制而言，SFC组态方式是一个非常好的解决方案。
2.2、高可靠性、大容量的网络支持全厂分布集中控制
辅网集中控制中工艺系统比较多，设备分布在全厂各个角落，整个辅网组网非常庞大，所以网络的安全性和容量就成为辅网中的一个重要问题。NT6000的系统网络叫做eNet，eNet是架构在两套独立的工业以太网上的实时数据网络,挂接在eNet上每一个设备，包括控制器、操作站员站、工程师站都有两个独立的以太网口，两套网络相互冗余。为了冗余特性，eNet的A网和B网不是一用一备的关系，而且同时工作，每一条报文通过A网和B网同时发送，在数据接收端进行判断和筛选。因此,eNet不存在网络切换的时间，不会出现A网B网切换过程中的数据中断。
为了提高NT6000的网络传输效率， eNet网络采用了基于组播技术的控制器主动发送机制，由KM940控制器根据数据的变化情况，进行主动地发送，控制器只发送一份数据，由交换机根据操作站的需求进行数据复现和传输。因此，随着操作站数量的增加，网络负荷和控制器负荷是恒定，1台操作员站和100只操作员站，对于eNet的负荷压力是近似的。
大唐南京电厂辅控eNet网络中总共使用管理型工业以太网交换机17对， A\B网的交换机独立成网。根据工艺系统的划分，组成水务网络、灰煤渣网络、脱硫网络等三大环形冗余网络(详见大唐南京电厂辅控网络图)，三个环形网络之间进行网络集联。
这样设计非常适合集控系统的施工过程。电厂建设首先是进行水网的安装调试，形成水务网络，然后进行灰煤渣控网的安装组建调试工作，再进行脱硫网的建设调试工作，最后各个工艺系统调试结束，将所有的网络进行大连接，组建成为全厂辅网集中控制系统。
2.3、灵活的现场总线支持减少施工量、提升数字化水平
大唐南京电厂的建设目标是样本示范工程，因为在设计中就决定采用现场总线技术，为同类机组的建设探索新路积累经验。NT6000分散控制系统支持多种标准现场总线协议，提供Profibus、FF、Hart、Modbus等各种现场总线通讯接口。项目设计中在废水系统和脱硫废水系统中采用了profibus技术，通过Profibus总线连接了现场的变送器、执行器、阀岛等现场设备。下图是废水#1号总线拓扑图。
大唐南京废水总线图
在上图中,Profibus的网络分为三个部分
(1)是从总线通讯卡连出来的单DP总线，DP总线挂接了12个DP从站设备(电机、电磁阀箱)，每个从站设备只有一个DP接口，为了提高可靠性，在总线设备最末端通过环形连接进入另一块总线通讯卡，形成环形总线网;(这种方式主要是为现场总线就地设备无法实现冗余总线而设计的)
(2)是挂接DP总线上的PA总线(压力、流量、液位)，PA总线挂接了4个PA从站设备。
(3)是从冗余总线通讯卡连出来的双DP总线，双DP总线挂接了2台双DP接口的电动门。(今后这种连接方式是现场总线的发展方向)
以上的系统包括了四种设备，31个总线型智能设备，包括了电动机保护单元、电磁阀箱、变送器和智能型电动门，替代了传统IO点300点。系统的总规模虽然不大，但是已经能够代表每一个现场总线分支的完整应用。如果我们将废水系统的方案，进行平台的扩展，就可以构成一个完整的基于现场总线的控制系统。
综上所述，NT6000分散控制系统在大唐南京电厂辅助车间集中控制的成功应用，是DCS应用于大型火电厂辅助车间集中控制的一个成功的尝试。NT6000所具有的灵活的组态方式、高可靠性大容量的网络为采用DCS技术实现辅助车间集中控制创造了有益技术条件。Profibus现场总线的应用，为今后辅助车间的发展方向提供了有建设性的参考。该项目从2010年8月投运以来，系统运行稳定，操作简单，维护工作极少，获得了用户的好评。
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