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NT6000分散控制系统在大唐南京电厂辅助车间集中控制的应用

--NT6000分散控制系统在大唐南京电厂辅助车间集中控制的应用

供稿:南京科远自动化集团股份有限公司 2011/12/7 9:31:25

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  • 关键词: DCS、辅助车间集中控制、现场总线
  • 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。

文章作者:程来胜1,殷 鹰2 ,
(1.南京科远自动化集团股份有限公司,江苏 南京 211100

2.大唐南京发电厂,江苏 南京 211100)

 
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
 
在上图中,Profibus的网络分为三个部分
(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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