| 荣获“2005年度工控及自动化领域优秀案例”有奖评选 三等奖 |
 | 专家点评：本文内容翔实.该系统下层有多种品牌PLC，上层采用以太网交换机、网关，构成异构的系统，能用于生产实践，有一定技术深度，值得推广。本文应该在技术关健部分，重点说明一下，文章可读性就更强了！ |
【摘要】大型火电厂辅助系统采用分散控制系统(DCS)进行监控，可减少辅机系统设备及运行人员的重复设置，有利于集中监控和故障分散，是保证机组安全运行、稳发满发的重要条件。文章介绍了采用该技术的国内第一个电厂，即上海外高桥电厂3、4号300 MW机组辅机DCS设计方案、软硬件结构、系统功能和运行效果。
【关键词】火电厂辅机系统DCS 网络监控 Abstract This article introduces the design scheme, soft ware and hardware configuration, system function and operation effectiveness of distributed control system (DCS) of auxiliary equipment used first at home on No.3 & 4 300 MW generating units of Shanghai Waigaoqiao Power Plant. Key words thermal power plant auxiliary equipment system DCS network monitoring and control
0 概述 大型火电厂主要辅助系统由除灰系统、除渣系统、化水系统(包括补水系统、净水系统、反渗透系统和凝结水精处理系统等)及输煤系统组成(简称辅机系统)。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重要条件，因此如何可靠、有效地对辅机系统进行监控十分重要。目前，大型火电厂辅机系统大多采用可编程序控制器PLC进行控制。各个辅机系统独立组成一套监控系统，有各自的控制室、上位机(或模拟控制盘)和运行值班人员。在这种模式下，辅机系统设备配置重叠，运行人员多且分散，造成管理困难和设备、人员的浪费。将各辅机系统组成分布式控制系统，即DCS系统，使各系统控制设备(PLC)和输入输出设备(I/O)仍分布在各辅机系统中，利用当前高度发展的网络通信技术，将其互相连接至主控室中辅机DCS的上位机上，在保持控制设备分布的原则下，可实现在主控室中集中监控的目的。显然，采用辅机DCS后，一方面可提高电厂辅机系统的监控技术水平，与主系统一样达到国际90年代先进水平；另一方面，可解决辅机监控设备和运行值班人员重复设置而造成的浪费，便于管理，达到减人增效的目的。
1 改造前的情况 上海外高桥电厂3、4号机组辅机DCS由除灰控制系统、除渣控制系统和凝结水精处理控制系统组成。因划归1、2号机组监控范围，补水、净水和输煤系统的监控未包括在3、4号机组的辅机DCS中(1、2号机组辅机DCS包括这3个系统，由6个系统组成)。1997年10月对这3个系统进行改造，现已改造成国内第1套辅机DCS。改造前的除灰系统由美国UCC公司进口，采用美国AB公司PLC5可编程序控制器，通信网络为DH+，通信速率115.2 kbit/s，配2台上位机，监控软件为AB公司的Controlview DOS版本，对800多个I/O点进行实时监控；除灰系统为苏州热工研究所和上海KLB公司合作完成，采用美国Modicon公司984-685E PLC，通信网络为MB+，通信速率1 Mbit/s，有2台上位机，监控软件为美国Wonderware公司的Intouch 工控软件，对900多个I/O点实时监控；凝水精处理系统为美国PPMS公司的产品，与除渣系统一样，采用Modicon公司的984-685E PLC，对500多个I/O点进行监控。
2 设计方案 首先需要解决3个问题：(1)辅机系统(灰、渣、水和煤)分散在电厂各个地方，距离远、分散度大(特别是输煤系统)，因此必须可靠地解决远距离通信和信号干扰、衰减问题；(2)辅机系统往往采用不同公司的产品，其通信协议各不相同，应解决网络通信协议的转换问题，保证在不同的协议间，可靠、准确地进行实时数据传送；(3)要设计统一的辅机DCS上位机
人机界面，不仅要将各辅机系统的监控画面纳入一个监控软件中，还应使其具有统一的风格及操作方式等，并能合理、灵活地进行切换和调用。 为此，采用如下方案：(1)使用网关将各辅机控制系统的不同通信网络统一转换为Ethernet网。这种方法能适应各电厂不同情况，具有良好的推广价值。Ethernet网是当今计算机网络使用最广泛的一种网络协议，它采用CSMA/CD(带冲突检测的载波侦听和多路访问)技术，由Xerox公司发明，至80年代中期已由IEEE定义为一种标准(IEEE 802.3)。随着计算机技术和网络技术的飞速发展，Ethernet网是所有计算机网络中发展最快、最为普及的一种网络，目前通信带宽10 Mbit/s(标准以太网)和100 Mbit/s(快速以太网)的Ethernet网技术已成熟，千兆位的Ethernet网即将投入市场，选用该网作为辅机DCS主干通信网络，符合当今发展趋势。另外，正是Ethernet网络的高度普及，使该网络设备发展最快、最便宜且技术支持最多。(2)使用光缆组成辅机DCS的主干通信网，可解决辅机DCS分散、距离远和信号易受干扰的问题。(3)主干线光缆采用100 Mbit/s快速以太网，确保实时信号传送的快捷性，同时采用交换机技术，确保网上每个节点均能达到10Mbit/s的带宽。(4)主控室上位机统一采用美国Wonderware公司著名工控软件Intouch，以它为平台设计统一的监控界面。该方案的硬件配置示于图1。
由图1可知，主控室设3台监控上位机，互为热备，其中1台兼作工程师站。3台上位机各有独立的数据库，信息均来自各辅机系统的PLC，通过交换机和光缆与各辅机系统网关相连，共同组成一个Ethernet网。因灰、渣的PLC同在一层楼面上，故它们共用1台网关，通过各系统的网关将Ethernet网与各辅机系统的通信网络相连接，实现对各自PLC的监控。另外，由于凝水控制室与灰渣控制室距离较近，故实际省去了光纤交换机和凝水控制室的SwitchHUB，凝水网关直接接到灰渣控制室的SwitchHUB上，主控室的SwitchHUB和灰渣控制室的SwitchHUB直接相连，但图1仍具有普遍意义。
3 系统软件结构 由Intouch软件开发的辅机DCS人机界面监控上位机运行，可直接对各辅机系统的PLC进行监控。其软件结构示于图2。
Intouch软件运行在Windows95操作系统中，辅机DCS人机界面(MMX)从实时数据库中获取信息，而实时数据库中的信息则时刻根据系统状态进行更换。通过动态数据交换(DDE)技术，实时数据库可获取系统状态。这是一种客户机(Client)/服务器(Server)的结构，Intouch的实时数据库中的数据作为Client，通过NetDDE与远在网关中的DDE Server中的对应点(即PLC中的数据)建立热连接，由网关中的DDE Server将PLC(即系统)中数据的实时变化送往Intouch实时数据库，同时也将上位机上的操作命令和参数设置送给PLC，实现实时数据库的不断更新和对系统的实时控制。
4 主控室上位机人机界面功能 上位机操作员人机界面具有十分完善的数据采集和过程监控功能，即(1)图形化画面，显示各系统流程图，具有按系统逐级细化(Zoom)的功能，并具有实时画面打印功能；(2)实时动态显示，包括实时状态显示和实时参数显示；(3)模拟量棒图、表盘和数据显示；(4)实时趋势显示、历史趋势显示和趋势打印功能；(5)实时报警，具有弹出式报警画面和语音报警功能，可报警确认和报警打印，并具有报警历史记录；(6)操作子画面弹出确认功能；(7)操作记录和事件记录功能，可方便地进行事故分析和故障寻找；(8)按各辅机系统进行日报表打印和观看功能；(9)各辅机系统画面快速切换； (10)口令和安全功能；(11)因在各辅机控制系统中各保留了1台原来的上位机(备用)，故主控室上位机和各辅机控制室中的上位机具有操作联锁功能。
5 系统改造后运行情况 3、4号机组辅机DCS于1998年第2期下旬调试结束，3月正式投入运行，整个系统运行稳定可靠，实现了与主系统一样在主控室进行集中监控的目的。在主控室设置了3、4号机组辅机DCS操作台，配置了3台上位机和3台大屏幕CRT(见图3)。
外高桥电厂主控室为2台机组共用，中间留有较大空间，正好放置辅机DCS操作台，整个主控室布局仍保持整齐、美观。辅机DCS的任一台上位机均可对各辅助系统进行监视和控制，各辅助系统间切换灵活、方便，与各辅助系统现场PLC通信快速、可靠，系统实时性和响应速度可达到：(1)CRT画面切换时间(包括辅助系统间的切换)不大于1 s,复杂画面不大于2 s；(2)CRT画面数据实时刷新；(3)键盘发出的操作指令(输出)到返回信号(输入)，在CRT上显示的总时间不大于2 s(不包括执行器动作时间)。3、4号机组辅机DCS投运后，运行稳定、可靠。从1998年3月份开始，原灰控室和渣控室已停1止值班，凝水系统精处理部分已能在主控室辅机DCS上进行监控。但树脂再生部分因树脂输送管路上还有几个阀门需人工就地操作，因此目前仍在原控制室中进行树脂再生操作，需将这几个阀门换成气动阀或电动阀后，才能进入主控室利用辅机DCS监控。原凝水控制室只取消了夜班值班，精处理于夜间在主控室辅机DCS上监控，树脂再生于白天在原控制室中进行。目前，主控室辅机DCS设运行人员3人，其中1人监控，2人巡检，共减少了12名运行人员，为电厂减人增效做出了贡献。
6 结论 上海外高桥电厂3、4号机组<
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