摘要：本文介紹了針對(duì)火電廠輔助系統(tǒng)（輸煤、除灰/除渣、化學(xué)水處理等），采用NA400PLC作為控制核心，實(shí)現(xiàn)整個(gè)輔控系統(tǒng)的自動(dòng)化。

      1 引言
      火電廠輔助系統(tǒng)是火電廠重要組成部分，是電廠運(yùn)行的關(guān)鍵組成環(huán)節(jié)，它主要包括輸煤系統(tǒng)、除灰/ 除渣系統(tǒng)、化學(xué)水處理系統(tǒng)等，簡(jiǎn)稱“煤灰水”。為了提高了全廠輔助系統(tǒng)的控制水平、控制方式以及系統(tǒng)運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)性，實(shí)現(xiàn)輔助車間就地?zé)o人值守，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和全廠的自動(dòng)化水平，電廠輔助系統(tǒng)一般會(huì)實(shí)行全廠集中監(jiān)控，并建立公輔網(wǎng)，為實(shí)現(xiàn)電廠全廠監(jiān)控（SIS）打下良好的基礎(chǔ)。

     

       2 系統(tǒng)簡(jiǎn)介
      整個(gè)火電廠輔助控制系統(tǒng)主要分為3個(gè)子系統(tǒng)：水處理控制系統(tǒng)，除灰渣控制系統(tǒng)，輸煤程控系統(tǒng)。
      （1）電廠水處理控制系統(tǒng)
該系統(tǒng)主要適用于火電廠的鍋爐補(bǔ)給水、凝結(jié)水、循環(huán)水、工業(yè)廢水和機(jī)組排水等系統(tǒng)控制和監(jiān)控。
      工業(yè)水處理系統(tǒng)采用就地?zé)o人值班方式，在鍋爐補(bǔ)給水控制室布置PLC主機(jī)柜，在工業(yè)廢水車間放置遠(yuǎn)程站。控制系統(tǒng)通過(guò)冗余的雙向通訊接口接入水系統(tǒng)控制網(wǎng)，通過(guò)全廠水系統(tǒng)操作員站完成對(duì)消防泵房（含蓄水池）、排水泵房、工業(yè)廢水、生活污水等程控系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、程序啟/停、中斷控制（自動(dòng)步序和半自動(dòng)步序控制以及跳步等）及單個(gè)設(shè)備操作、系統(tǒng)組態(tài)等功能監(jiān)視，并在工藝系統(tǒng)運(yùn)行工況異常時(shí)報(bào)警以及緊急事故處理和聯(lián)鎖保護(hù)。
      工業(yè)水處理系統(tǒng)的控制裝置包括工藝系統(tǒng)程序控制的投運(yùn)、停止和自動(dòng)/半自動(dòng)啟動(dòng)另一列備用裝置程序等。對(duì)于順序控制設(shè)置分步操作、成組操作或單獨(dú)操作等，并有跳步、中斷等操作功能。還設(shè)有程序步驟時(shí)間和狀態(tài)指示、故障原因顯示及必須的選擇和聯(lián)鎖功能。
      程控和手動(dòng)加藥。
含油污水處理系統(tǒng)要求可以根據(jù)含油污水收集池液位自動(dòng)啟停。
污泥輸送、脫水系統(tǒng)可根據(jù)泥漿池液位自動(dòng)啟停。設(shè)備包括泥漿池、泥漿輸送泵和脫水機(jī)等。
泵間互相連鎖，且與酸貯存槽液位連鎖，低位停泵。
由水位控制進(jìn)水泵的開(kāi)啟；高液位開(kāi)泵，低液位停泵；
泵的切換（運(yùn)行時(shí)間累計(jì)）；
風(fēng)機(jī)的切換（運(yùn)行時(shí)間累計(jì)）；
水泵低液位保護(hù)控制；
設(shè)備故障報(bào)警；
控制系統(tǒng)主要包括數(shù)據(jù)采集和順序控制功能，LCD屏幕能顯示工藝流程及測(cè)量參數(shù)、操作顯示、控制對(duì)象運(yùn)行狀態(tài)，也能顯示成組參數(shù)。當(dāng)參數(shù)越限報(bào)警或控制對(duì)象故障或狀態(tài)變化時(shí)，能自動(dòng)在當(dāng)前畫(huà)面以不同顏色進(jìn)行顯示，并有音響提示。LCD畫(huà)面能對(duì)監(jiān)控的信號(hào)進(jìn)行定期打印記錄、參數(shù)越限報(bào)警記錄、設(shè)備運(yùn)行記錄等。通過(guò)PLC對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行程序控制和遠(yuǎn)方手操，在PLC內(nèi)設(shè)有必要的保護(hù)和聯(lián)鎖。
     

      （2）電廠除灰渣控制系統(tǒng)
      除灰渣控制系統(tǒng)依據(jù)其工作方式分為：水沖灰、氣力除灰。
      除灰控制系統(tǒng)功能
   集中監(jiān)視及報(bào)警功能
      語(yǔ)音報(bào)警功能
   管理報(bào)表功能
   與廠級(jí)管理信息系統(tǒng)(MIS)的接口功能
   系統(tǒng)的安全管理功能
   設(shè)備管理功能
      除灰控制系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和系統(tǒng)控制。除灰控制系統(tǒng)將能對(duì)整個(gè)鍋爐氣力除灰輸送系統(tǒng)、灰?guī)?、除灰空壓機(jī)系統(tǒng)、氣化風(fēng)機(jī)房的運(yùn)行、啟動(dòng)、停止和故障等進(jìn)行集中監(jiān)視、管理、自動(dòng)順序控制，并可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)方手動(dòng)操作。
除灰控制系統(tǒng)采用LCD操作站作為操作員的人機(jī)接口站，通過(guò)LCD畫(huà)面和鼠標(biāo)器對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)視和控制，不再設(shè)置常規(guī)的儀表盤臺(tái)和模擬屏。所有運(yùn)行參數(shù)、報(bào)警信號(hào)均能打印記錄。

      對(duì)于泵、風(fēng)機(jī)和閥門等被控對(duì)象，除了在除灰控制室操作員站LCD上監(jiān)控外，還將能在MCC上的控制開(kāi)關(guān)或閥門電動(dòng)裝置上的按鈕進(jìn)行就地控制，對(duì)于氣動(dòng)閥門能在裝于電磁閥箱上（隨工藝系統(tǒng)供貨）的按鈕進(jìn)行就地控制；遠(yuǎn)方/就地切換功能均可在MCC和電磁閥箱實(shí)現(xiàn)，并將“處于就地控制”信號(hào)輸出至控制系統(tǒng)。
      除灰控制系統(tǒng)采用自動(dòng)程序控制、遠(yuǎn)方手動(dòng)操作及就地操作相結(jié)合的控制方式。程序控制可設(shè)有自動(dòng)、步進(jìn)操作、成組操作或單獨(dú)操作等手段，并有跳步、中斷或旁路等操作功能，還將設(shè)有必要的步驟時(shí)間和狀態(tài)指示、選擇和閉鎖功能。
      各輔助控制系統(tǒng)均可由設(shè)在集控室的輔助車間操作員站對(duì)相應(yīng)系統(tǒng)工藝過(guò)程、運(yùn)行工況進(jìn)行監(jiān)控，就地實(shí)現(xiàn)無(wú)人值班。輔助車間集中監(jiān)控網(wǎng)留有與DCS的冗余通訊接口，實(shí)現(xiàn)DCS對(duì)輔助車間的監(jiān)控。
     

      （3）輸煤程控系統(tǒng)
輸煤控制系統(tǒng)功能：
系統(tǒng)固定程序啟、停功能
系統(tǒng)組合程序啟、停功能
設(shè)備一對(duì)一聯(lián)鎖啟、停功能
原煤倉(cāng)的自動(dòng)配煤功能
局部解除聯(lián)鎖控制功能
三通檔板及犁煤器電動(dòng)推桿的防卡塞功能等
      輸煤程控系統(tǒng)能完成電廠正常運(yùn)行時(shí)的上煤、配煤控制；輸煤設(shè)備運(yùn)行狀況監(jiān)測(cè)及安全聯(lián)鎖、保護(hù)等功能，同時(shí)對(duì)輸煤系統(tǒng)相關(guān)電源進(jìn)行監(jiān)測(cè)和控制。輸煤程控系統(tǒng)可以與輔助車間控制網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行通訊，以便在主控制室可以對(duì)輸煤系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控。兩個(gè)系統(tǒng)間采用10/100M冗余工業(yè)以太網(wǎng)連接，輸煤程控廠家提供冗余光纖通信接口，并提供通訊所需的相應(yīng)資料，包括軟件等。輸煤程控系統(tǒng)并能完成與輸煤廣播呼叫系統(tǒng)、輸煤閉路工業(yè)電視系統(tǒng)的聯(lián)鎖及通信接口。系統(tǒng)在上位機(jī)上可控制輸煤系統(tǒng)主要設(shè)備的起停、設(shè)有起車預(yù)告系統(tǒng)、故障聲光報(bào)警系統(tǒng)、并有故障顯示、驗(yàn)燈功能。能夠顯示皮帶及伸縮皮帶的運(yùn)行狀態(tài)、碎煤機(jī)、篩煤機(jī)等設(shè)備的狀態(tài)指示、顯示故障位置和性質(zhì)、煤倉(cāng)的高低煤位顯示。
      系統(tǒng)上煤控制功能分自動(dòng)、手動(dòng)及就地三種方式。
      配煤控制功能分為程控配煤和手動(dòng)配煤。
      事故報(bào)警功能中系統(tǒng)具有完善的事故報(bào)警功能。當(dāng)事故發(fā)生時(shí)，語(yǔ)音報(bào)警系統(tǒng)發(fā)出語(yǔ)音信號(hào)。同時(shí)，CRT屏幕顯示故障區(qū)域流程圖，事故設(shè)備圖形變色，屏幕上方用漢字顯示故障性質(zhì)及發(fā)生時(shí)間。故障報(bào)警系統(tǒng)具有語(yǔ)音報(bào)警功能、實(shí)時(shí)報(bào)警查詢功能、歷史報(bào)警查詢功能、分類報(bào)警查詢功能、報(bào)警打印功能。
      管理監(jiān)測(cè)功能是指整個(gè)輸煤系統(tǒng)具有計(jì)算機(jī)管理功能，能自動(dòng)采集運(yùn)行工況及有關(guān)數(shù)據(jù)，能實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)流量編制、修改及狀態(tài)顯示并具有制表功能，能按規(guī)定時(shí)間或召喚打印各種報(bào)表，能在CRT上查詢并調(diào)用有關(guān)數(shù)據(jù)。報(bào)表具有設(shè)備運(yùn)行時(shí)間記錄功能、運(yùn)行時(shí)間歷史查詢功能、煤量統(tǒng)計(jì)功能、流程記錄功能等。

     

       3 解決方案
      通過(guò)對(duì)上述輔控系統(tǒng)的分析與研究，本著力求性價(jià)比、穩(wěn)定性、功能完善的原則，構(gòu)思設(shè)計(jì)如下系統(tǒng)解決方案，系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示：
 

圖1 火電廠輔控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

•系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
系統(tǒng)采用3套NA400系列PLC作為控制站，分別為水處理控制系統(tǒng)、除灰渣控制系統(tǒng)、輸煤程控系統(tǒng)。每個(gè)控制站配2個(gè)以太網(wǎng)交換機(jī)，與主干網(wǎng)的兩個(gè)工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)構(gòu)成冗余環(huán)網(wǎng)。每個(gè)控制站各設(shè)有工程師站和操作員站，集控室設(shè)有工程師站、操作員站和冗余服務(wù)器。

•控制系統(tǒng)
      NA400中央處理器采用英特爾PentuimM芯片，集成兩個(gè)以太網(wǎng)TCP/IP通訊接口，省去通訊模塊，節(jié)約成本，方便組網(wǎng)。模塊化結(jié)構(gòu)，安裝更換簡(jiǎn)便，可以在機(jī)架任意位置進(jìn)行安裝。機(jī)架擴(kuò)展無(wú)需擴(kuò)展模塊，一根總線電纜即可實(shí)現(xiàn)對(duì)I/O的擴(kuò)展。
      全智能I/O設(shè)計(jì)和一系列安全性、可靠性設(shè)計(jì)為系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行提供了保障。NA400采用現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)，除具有通信速率快、抗干擾能力強(qiáng)、成本低、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、實(shí)時(shí)性好等特點(diǎn)，還具有很好的擴(kuò)展性，易于實(shí)現(xiàn)模塊的靈活配置，大大提高了對(duì)環(huán)境及安裝要求的適應(yīng)性。集成IEC61131-3的全部五種編程語(yǔ)言及原創(chuàng)順控圖語(yǔ)言，各種語(yǔ)言在程序之間相互調(diào)用，使得編程更加靈活方便，能滿足多種復(fù)雜工況的要求。提供的以太網(wǎng)通訊接口，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程編程與調(diào)試，滿足在遠(yuǎn)方控制中心對(duì)現(xiàn)場(chǎng)控制裝置控制流程的修改和在線維護(hù)。

•網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)
      整個(gè)輔控網(wǎng)絡(luò)采用模塊化工業(yè)交換機(jī)，其中主干網(wǎng)交換機(jī)冗余配置。采用多模光纜、工業(yè)級(jí)交換機(jī)建立工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)，采用統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)和軟件平臺(tái)，來(lái)互連各個(gè)不同的輔助控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)外圍輔控系統(tǒng)相對(duì)集中控制，整個(gè)輔控網(wǎng)絡(luò)的采用星環(huán)混合型結(jié)構(gòu)，用以太環(huán)網(wǎng)連接各個(gè)輔控系統(tǒng)，并分成主干網(wǎng)和子環(huán)網(wǎng)。各輔控系統(tǒng)采用星型方式與主干網(wǎng)連接，主干網(wǎng)采用超級(jí)冗余環(huán)技術(shù)，當(dāng)環(huán)網(wǎng)某一點(diǎn)發(fā)生故障，系統(tǒng)可以在<500ms的時(shí)間內(nèi)恢復(fù)正常工作，并且配置冗余交換機(jī)，可以實(shí)現(xiàn)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)具有多點(diǎn)容錯(cuò)功能。
這樣，整個(gè)輔控網(wǎng)絡(luò)不僅具有環(huán)形網(wǎng)絡(luò)的切換快速、安全可靠的特點(diǎn)，還綜合了星形網(wǎng)絡(luò)多路交換、施工方便、擴(kuò)展靈活的功能，提高了系統(tǒng)的可靠性和實(shí)時(shí)性。

•系統(tǒng)功能
      組態(tài)軟件采用NA-control，主要功能：
  (1) 圖形化畫(huà)面；保持與各子系統(tǒng)操作界面的一致性，顯示各子系統(tǒng)的工藝流程；
  (2) 實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)顯示：提供生產(chǎn)運(yùn)行監(jiān)控所需的測(cè)點(diǎn)實(shí)時(shí)數(shù)值及狀態(tài)；
  (3) 趨勢(shì)：提供實(shí)時(shí)／歷史趨勢(shì)顯示和打印功能；
  (4) 報(bào)警：具有彈出式的實(shí)時(shí)報(bào)警畫(huà)面和語(yǔ)音報(bào)警功能，可進(jìn)行報(bào)警確認(rèn)和報(bào)警打印，并具有報(bào)警歷史記錄功能；
  (5) 操作記錄和事件記錄功能：按時(shí)間順序記錄系統(tǒng)啟動(dòng)后的實(shí)時(shí)報(bào)警信息、報(bào)警歷史和應(yīng)用程序運(yùn)行列表，方便運(yùn)行人員查詢和分析；
  (6) 各輔助子系統(tǒng)畫(huà)面快速切換；
  (7) 統(tǒng)一的系統(tǒng)登錄畫(huà)面，不同的安全級(jí)別和操作權(quán)限確保系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。
火電廠輔控系統(tǒng)主畫(huà)面如圖2所示
                       
   

 

圖2 火電廠輔控系統(tǒng)主畫(huà)面

      4 結(jié)語(yǔ)
      NA400PLC在火電廠輔控系統(tǒng)中的應(yīng)用，較高的性價(jià)比，優(yōu)良的穩(wěn)定性，預(yù)示著國(guó)產(chǎn)PLC在電力行業(yè)的應(yīng)用前景看好，取代國(guó)外PLC指日可待。