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Wonderware产品在华能上海石洞口第二电厂除灰与电除尘系统远程控制装置中的应用

供稿:英维思运营管理—Wonderware工业自动化与信息软件解决方案 2006/6/14 10:11:00

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一. 前言

华能上海石洞口第二电厂装机为二台600MW超临界燃煤机组,日耗煤一万吨上下,排渣及灰约1300吨上下(取决于发电量及原煤中灰份)。装备的除灰系统将炉底大渣及石子煤作为湿灰送往江苏的灰场,也将省煤器,空预器,电除尘器(四电场)的干灰收集分作粗灰与细灰,送往干灰库供综合利用。运行人员通过灰控室的1#,2#灰控盘来监视操作各台机组的除灰系统。并通过灰控室旁的电除尘控制柜来操作电除尘。1999年,为实现减员增效与强化除灰系统的监督管理,厂部决定以后将灰控室关闭,将灰控与电除尘控制移至中控室(机组集控室)。这是本“除灰与电除尘远程控制”项目(以下简记为“遥控装置")的由来。为节约改造成本,提高本厂仪控检修人员素质,该项目决定由本厂检修部仪控专业自行完成。 二. 原设备状况与改造目标

I. 原监控设备状况 1.灰处理(控制系统图见图1)
PLC:A-B (以下简记为AB公司)PLC3/10双冗余/每台机组
I/O:1870点/每台机组,其中包括:
灰控操作盘:三位开关:6个/每台机组
二位开关:96个/每台机组
操作按钮:70个/每台机组
指示灯: 310个/每台机组
报警窗: 130个/每台机组
指示表: 17只/每台机组
多笔记录仪:一台/每台机组 2.电气除尘器(EP)系统 EP原控制系统分为高压侧控制柜与低压侧控制柜监控。由于除尘性能问题,EP于1998年10月对2号机组进行了改造,1999年5月对1号机组实行同样的改造。改造后的EP高低压侧均由微处理器进行控制,并设有上位机,提供了系统开机,系统停机,振打控制,排灰控制,电加热控制及系统监视,报警,保护功能。其中
控制器:淅江佳环电子有限公司自制单板机;
上位机:PC机,MS Windows NT4.0下用Visual Basic 6.0编制的监控程序;
I/O:模拟量180点/每台机组;开关量92点/每台机组;
存在的问题是历史数据储存与使用困难,数据格式专有,无法共享,监视功能扩展困难,无法直接移到中控室。 II.改造目标如下: 1. 在除灰系统原设计的PLC+控制盘控制操作的基础上增加一远程控制开关,当开关放置在遥控位置时,中控室可以对除灰系统进行过程监视、报警与控制; 2. 在原灰控室内电气除尘器(以下简记为EP)监控基础上增加一远程数据接口,使中控室可以对EP进行过程监视、报警与控制;

3. 中控室1U/2U OIS主控台旁各增加一台操作站以作为对灰控,电气除尘器的监视控制与调节的人机操作界面,并且互为冗余;

4. 增加数据储存,共享,操作提示,智能诊断等功能; 5. 除上述操作站外不增加新站基础上为化水的集中监视控制预留接口 实施上述改造以后,可在满足ISO9000质量控制的要求下便于强化运行管理,并为实时状态检修诊断打下基础。理论上每年可省25万元,(在可预见的将来,这笔费用会逐年增长)。 三. 遥控装置构成

由以上目标可知,这是要在原PLC上增加一种与DCS操作站类似的Set Point控制方式,即在操作站上完成机组的监视,并在操作站上下达控制指令。指令的执行、联锁及过程信号的采集都是在原PLC中完成的。使用PC机加局域网来构成本灰处理/电除尘遥控装置是最低成本最可行的方案。如图1所示


I. 硬件构成: 1. 图1中装置1与2为数据I/O服务器。控制上移后设备处于无人值守,所以使用工控机,每台机加上AB公司的1784KTX卡用于与AB-PLC3通讯,通讯速率使用其上限:115.2kbps; 2. 图中装置8为淅江佳环公司所配的PC机,作为电除尘器的上位机,它与电除尘控制柜使用RS232进行通讯,速率为9600bps;
3. 图上部装置5与6是安置在中控室的CRT操作站,机柜从贝利买入,使中控室所有操作站外观一致,但柜内计算机硬件是未经加固处理的PC机。不选工控机是因为中控室的运行环境较好。我们选低档的宏基PC服务器,这种装置也是为24小时运行设计的,且比工控机有更好的硬软件兼容性及性能,从而能减少维护及扩展费用。 4. 历史数据库服务器7是专为强化设备记录,进行状态检修而准备的,同时该服务器上装二块网卡,另一路连到厂MIS系统,实际当一个网关来处理,连到MIS去的信号是只读的,防止干扰正常运行。该服务器连到灰控网及厂MIS网的速率都是100M。
5. 所有的设备用局域网连起来,为防止通讯堵塞,加强通讯安全性,两个集线器3与4均采用3COM的Switchhub,保证每台机对应端口的实际最高速率可达到10M,灰控楼与中控楼的电缆距离为250米,所以集线器之间使用光纤相连,速率为100M。 按照AB公司的说法,还有一种简单的方式是将AB公司的PLC用电缆直接连到中控室,但这样的方案使PLC独立性下降、上位机冗余实现困难。我们在实践中发现,对本厂PLC3而言,如果1U/2U将两组共4台PLC使用一根电缆连在一个通讯网上,很容易使1U/2U的灰处理控制盘全部跳闸。实际通讯速率也会因轮询站点增加一倍减慢,从而使通讯有隐患。而此外,还使扩充困难,例如,电除尘的信号以及传到MIS的信号还是要通过专门的网络来传输。所以实际比较起来,目前方案所增的钱不多,但系统扩充性,冗余性,两组PLC的独立性都优于另一方案。从而导致目前方案具有较好的可靠性与安全性,还为今后的化水上移打下了良好的基础。 II. 软件构成 1. 在I/O服务器上运行的与PLC3通讯软件使用AB公司的Rslinx。 2. 人机界面使用wonderware公司的intouch。
3. 历史数据库选择wonderware公司的IndustrialSQL。 从与PLC的接口,从网络,从人机界面各方面讲,最价廉的是PC机,所以用intel PC机组成系统。而所有在PC机上运行的工控软件与接口通讯软件所要求的软件环境都是Windows,所以其他操作系统软件包括所谓国产化的Liunx都没有机会,只有用MicroSoft Windows NT。在数据采集与数据库端都用英文版,操作站用中文版。 四. 灰处理与电除尘遥控操作界面与功能

人机界面侧已经实现的操作特性是: 1. 只有当灰控楼就地屏上遥控开关放置在“远程”位置,在远程上操作才是许可的,否则远程上只有监视功能,已通过PLC编程实现。 2. 所要监视与操作的对象最多三键(或鼠标点击三下)到位;保证三键到位的布局见图2。操作方式有两种:
a. 原有操作屏的模拟,如图2所示,保留给对灰处理屏操作熟练的原灰控操作员,画面上有标准屏,缩小屏及放大的操作键区,图2上部是一湿灰缩小屏,下部是高压冲灰水泵操作对应的操作键区,根据不同的监视与操作需要即可在一屏上一目了然,也可放大后进行具体操作。操作有确认对话框,有确切提示,以防止误操作。这样的操作屏共有40幅。操作可以通过键盘操作,也可以通过鼠标进行,二者基本等价。模拟屏上的文字有英文和中文两种,一键切换,使原来看惯英文屏的老灰控操作员能适应,也能轻松适应原机组运行值班员扩大技能。 b. 流程图操作;这是原来没有的,如图3所示,我们设法使其中所绘的设备不仅是神似,而且基本形似,所有的设备会随设备的状态变化而变化。管道的工质不同及是否在运行都有不同的状态色来表示,阀门状态类推。这种图共7幅。与模拟盘操作相比,流程图操作可监视能力更强,表达的信号比模拟盘多一倍,而且还有一些联锁功能,例如,如果某泵在就地位置,在流程图上会不可操作,但在模拟盘上还是可操作的(为了与实际盘面一致)。显然流程图更合理些,对某区的流程图监视操作更为简洁,只有7幅,对应的键区有40幅之多。但是由于有灰控室控制盘作依据,模拟盘操作相对更为准确,流程图的准确还会有一段时间。此外对于熟手,也许“灰控屏”更为一目了然;



3. 画面切换时间低于1秒,大多低于0.3秒;灰处理的设备操作响应时间低于2秒,一般为1秒;实际设定的I/O Server全点刷新周期为500ms;电除尘全点刷新周期较长,约为10秒,这与佳环公司的硬软件有关(佳环公司上位机与单板机的通讯速率为9600bps)。由于电除尘操作不多,这种情况勉强可用,而灰处理则完全可实用。

4. 报警分为软报警与硬报警,软报警即CRT报警,报警窗与原就地盘一致。也有蜂鸣,闪光,可点击闪光区确认,亦有中英文切换以保持新老操作的兼容性;硬报警由PLC直接送往中控室ANN报警窗,只取三点,分别为:
a. 干灰系统报警;b.湿灰系统报警;c.电源异常
硬报警能够在上位机与PLC通讯故障时及时提示操作员。详细内容可翻屏画面。 5. 事件记录。新遥控比原装置多了事件记录(限于篇幅不再给出界面),不仅给出了一般报警项的报警与复置时间,名称,还给出了所有开关量状态点的变化事件,将其分组,可以分别得到操作记录,设备动作统计。有助于设备故障分析。本系统试投用后已有二次被用于找出某泵跳闸的原因。 6. 实时与历史趋势。对比起原系统只有三笔记录,本装置每台机组给出20幅、约60点趋势记录,并给出了对应的历史趋势。 7. 操作站是冗余的,即一号机的操作站可以同时操作一号机的灰处理/电除尘,也能操作二号机。只要在操作站的左上角“1”点击一下就能切换到2号机。有一授权机制,由当值值长决定是否有某种操作权限。一般情况下,只许一号机操作自已的灰处理与电除尘,二号机的只能作对照监视,无法操作。二号机操作站亦然。 8. 由于网关与InSQL的存在,现在可以在厂MIS网所复盖的任一计算机上通过wonderware 的

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