文章作者：程來(lái)勝1，殷 鷹2 ，
（1．南京科遠(yuǎn)自動(dòng)化集團(tuán)股份有限公司，江蘇 南京 211100 2．大唐南京發(fā)電廠(chǎng)，江蘇 南京 211100） 摘要：本文討論了大型火電廠(chǎng)輔助車(chē)間系統(tǒng)的控制要求，以大唐南京發(fā)電有限公司的全廠(chǎng)輔助車(chē)間為例，介紹了NT6000分散控制系統(tǒng)在輔助車(chē)間集中控制項(xiàng)目上的設(shè)計(jì)方案、實(shí)踐情況、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和工程特色。 關(guān)鍵詞：DCS、輔助車(chē)間集中控制、現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn) 大唐南京電廠(chǎng)建設(shè)規(guī)模是2臺(tái)660MW超超臨界燃煤發(fā)電機(jī)組。按照大唐集團(tuán)公司的精神和設(shè)計(jì)原則：第一要采用新技術(shù)，來(lái)提高自動(dòng)化水平，第二要降低電廠(chǎng)的建設(shè)投資成本，第三在運(yùn)行之后，要進(jìn)行運(yùn)行方式的改革，以實(shí)現(xiàn)減員增效。按照這樣一個(gè)原則，在輔助車(chē)間的技術(shù)方案選型上，打破了常規(guī)方案的局限，選用了集中控制方案；在硬件平臺(tái)的選擇上，將PLC和DCS放在一起進(jìn)行比較，最終經(jīng)過(guò)招投標(biāo)選擇了性?xún)r(jià)比更好，更加適合集中控制應(yīng)用要求的科遠(yuǎn)NT6000分散控制系統(tǒng)。同時(shí)在部分系統(tǒng)中，采用了現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)，為現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)在火電廠(chǎng)的應(yīng)用，進(jìn)行了有益的嘗試。 1、控制系統(tǒng)配置
大唐南京電廠(chǎng)全廠(chǎng)輔助系統(tǒng)（車(chē)間）集中控制系統(tǒng)的控制范圍包括：綜合泵房、凈水系統(tǒng)、鍋爐補(bǔ)給水系統(tǒng)、兩臺(tái)機(jī)組的凝結(jié)水精處理及再生設(shè)備，化學(xué)取樣加藥系統(tǒng)、機(jī)組排水槽、脫硝氨區(qū)、工業(yè)和脫硫廢水處理、生活污水處理、煤泥水處理、暖通、輸煤、除灰系統(tǒng)、除渣、電除塵和脫硫等工藝系統(tǒng)。按照工藝系統(tǒng)，控制系統(tǒng)分成水務(wù)控制系統(tǒng)、灰煤渣控制系統(tǒng)、脫硫控制系統(tǒng)；其中水務(wù)控制系統(tǒng)監(jiān)控點(diǎn)設(shè)在主控室內(nèi)，灰煤渣控制系統(tǒng)、脫硫控系統(tǒng)監(jiān)控點(diǎn)設(shè)在輔控綜合樓，每個(gè)監(jiān)控站均為全功能站，能夠監(jiān)控和操作全廠(chǎng)輔網(wǎng)設(shè)備狀態(tài)，同時(shí)通過(guò)權(quán)限設(shè)置不同的用戶(hù)，區(qū)別監(jiān)視和操作輸煤、除灰、脫硫等工藝系統(tǒng)設(shè)備，構(gòu)建了一個(gè)全廠(chǎng)輔助車(chē)間集中控制系統(tǒng)。 1.1、監(jiān)控點(diǎn)配置
本工程設(shè)置2個(gè)值班監(jiān)控點(diǎn)和3個(gè)后備監(jiān)控點(diǎn)。值班監(jiān)控點(diǎn)在正常運(yùn)行時(shí)完成對(duì)輔助車(chē)間各系統(tǒng)的監(jiān)控；后備監(jiān)控點(diǎn)作為調(diào)試、試運(yùn)行、檢修時(shí)的后備操作點(diǎn)，按無(wú)人值班考慮。一個(gè)值班監(jiān)控點(diǎn)設(shè)在單元機(jī)組集控室內(nèi), 配置4 套輔助車(chē)間控制系統(tǒng)操作員站，監(jiān)控對(duì)象為水務(wù)控制系統(tǒng)；另一個(gè)監(jiān)控值班點(diǎn)設(shè)在輔控綜合樓，配置6 套輔助車(chē)間控制系統(tǒng)操作員站，監(jiān)控對(duì)象為脫硫、輸煤、除灰渣系統(tǒng)。輔控綜合樓工程師站有脫硫工程師站1 套，輔網(wǎng)工程師站1 套、SIS 接口裝置1 臺(tái)，歷史數(shù)據(jù)服務(wù)器1 套。3個(gè)后備監(jiān)控點(diǎn)按無(wú)人值班考慮，分別為化學(xué)水處理2個(gè)后備監(jiān)控點(diǎn)、凝結(jié)水1個(gè)后備監(jiān)控點(diǎn)。后備監(jiān)控點(diǎn)用于調(diào)試、檢修及試運(yùn)行期間的操作，具備針對(duì)本系統(tǒng)的獨(dú)立監(jiān)控能力與組態(tài)調(diào)試能力。
1.2、控制器與I/O 配置 整套控制系統(tǒng)配置25對(duì)冗余控制器，IO點(diǎn)配置規(guī)模為13000點(diǎn)左右。
（1）水務(wù)控制系統(tǒng)配置 綜合泵房、凈水處理配置1對(duì)控制器；
反滲透、化學(xué)除鹽、再生系統(tǒng)及化學(xué)電源系統(tǒng)配置2 對(duì)控制器；
每臺(tái)機(jī)組的凝結(jié)水精處理及汽水取樣配置2 對(duì)控制器； 凝結(jié)水精處理再生配置1對(duì)控制器； 暖通系統(tǒng)配置2對(duì)控制器；
工業(yè)廢水處理及脫硫廢水配置2對(duì)控制器。 在廢水系統(tǒng)中采用了profibus現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)，每條總線(xiàn)上分別有DP、PA設(shè)備組成，DP總線(xiàn)包含的設(shè)備有：馬達(dá)控制器、電磁閥導(dǎo)、電動(dòng)門(mén)執(zhí)行機(jī)構(gòu)等； PA總線(xiàn)包含的設(shè)備有：液位計(jì)、壓力變送器、流量等。替代了傳統(tǒng)IO點(diǎn)300點(diǎn)?，F(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)方案與常規(guī)系統(tǒng)相比，減少了常規(guī)IO模件的使用，減少大量電纜及電纜敷設(shè)工作，能夠獲取總線(xiàn)設(shè)備的大量現(xiàn)場(chǎng)信息，降低了工程造價(jià)，縮短了施工和調(diào)試時(shí)間，系統(tǒng)可靠性高，診斷信息豐富，便于后期維護(hù)。
（2）灰煤渣控制系統(tǒng)配置 輸煤綜合樓、轉(zhuǎn)運(yùn)站、雨水泵配置2對(duì)控制器；
輸煤碼頭、煤倉(cāng)、煤場(chǎng)配置3對(duì)控制器；
每臺(tái)機(jī)組除灰渣配置2對(duì)控制器；
灰?guī)?、灰公用、氨區(qū)配置2對(duì)控制器。 （3）脫硫控系統(tǒng)配置
每臺(tái)機(jī)組脫硫配置4對(duì)控制器，脫硫公用系統(tǒng)配置2對(duì)控制器。 1.3、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖
大唐南京電廠(chǎng)輔網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)分為三大環(huán)形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)組成，幾個(gè)子工藝系統(tǒng)組成單個(gè)冗余環(huán)形網(wǎng)絡(luò)，單個(gè)冗余環(huán)網(wǎng)之間相對(duì)獨(dú)立，又通過(guò)交換機(jī)集聯(lián)的方式連接，形成全廠(chǎng)網(wǎng)絡(luò)。詳細(xì)分布如下： （1）水務(wù)網(wǎng)絡(luò)：綜合泵房、凈水、化補(bǔ)水、廢水、脫硫廢水、#1、2精處理及公用、#1、2機(jī)暖通及公用；
（2）灰煤渣網(wǎng)絡(luò)：#1、2機(jī)灰渣、灰?guī)?、空壓機(jī)公用、輸煤（碼頭、煤場(chǎng)、煤倉(cāng)）、電除塵通訊；
（3）脫硫網(wǎng)絡(luò)：#1、2機(jī)脫硫、脫硫公用。 
大唐南京電廠(chǎng)輔控網(wǎng)絡(luò)圖
2、項(xiàng)目應(yīng)用總結(jié)
2008年7月，該項(xiàng)目招投標(biāo)結(jié)束，2009年4 月第一次設(shè)計(jì)聯(lián)絡(luò)會(huì)完成，
輔助車(chē)間集中控制包括多種多樣的控制需要，有復(fù)雜的順序控制，也有復(fù)雜的模擬量控制。傳統(tǒng)的PLC系統(tǒng)的模擬量處理能力相對(duì)較弱，而傳統(tǒng)DCS在完成復(fù)雜順序控制時(shí)也顯示比較繁瑣。 NT6000 DCS分散控制系統(tǒng)，支持IEC61131-3標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的五種編程語(yǔ)言，功能塊圖FBD、順序功能圖SFC、結(jié)構(gòu)化文本ST、梯形圖LD、指令表IL。傳統(tǒng)PLC系統(tǒng)的模擬量處理能力相對(duì)較弱的一個(gè)主要標(biāo)志是FBD功能塊中缺少專(zhuān)業(yè)化的控制模塊，而不得不使用結(jié)構(gòu)化文本ST或梯形圖LD來(lái)做復(fù)雜的二次開(kāi)發(fā)。NT6000的功能塊中除了標(biāo)準(zhǔn)的模擬量和開(kāi)關(guān)量運(yùn)算功能塊，還針對(duì)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的常用需要設(shè)計(jì)了集成功能模塊，包括電動(dòng)機(jī)、各種開(kāi)關(guān)閥門(mén)、調(diào)門(mén)、水位測(cè)量、流量計(jì)算的功能塊，只要從功能庫(kù)中直接調(diào)出模塊，連接相關(guān)的IO測(cè)點(diǎn)，就可以組成功能完善的邏輯組態(tài)。 對(duì)于傳統(tǒng)DCS而言，一般僅支持功能模塊圖FBD組態(tài)，完成模擬量控制的能力較強(qiáng)，但是對(duì)于復(fù)雜的順序功能則顯示比較繁瑣。NT6000中的順序功能圖SFC是IEC61131-3標(biāo)準(zhǔn)中專(zhuān)門(mén)解決復(fù)雜順序功能的解決方案。SFC以自然語(yǔ)言的結(jié)構(gòu)來(lái)描述復(fù)雜的順序過(guò)程，組態(tài)效率和可讀性都非常好。對(duì)有著大量順序控制需求的輔助車(chē)間集中控制而言，SFC組態(tài)方式是一個(gè)非常好的解決方案。 2.2、高可靠性、大容量的網(wǎng)絡(luò)支持全廠(chǎng)分布集中控制
輔網(wǎng)集中控制中工藝系統(tǒng)比較多，設(shè)備分布在全廠(chǎng)各個(gè)角落，整個(gè)輔網(wǎng)組網(wǎng)非常龐大，所以網(wǎng)絡(luò)的安全性和容量就成為輔網(wǎng)中的一個(gè)重要問(wèn)題。NT6000的系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)叫做eNet，eNet是架構(gòu)在兩套獨(dú)立的工業(yè)以太網(wǎng)上的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò),掛接在eNet上每一個(gè)設(shè)備，包括控制器、操作站員站、工程師站都有兩個(gè)獨(dú)立的以太網(wǎng)口，兩套網(wǎng)絡(luò)相互冗余。為了冗余特性，eNet的A網(wǎng)和B網(wǎng)不是一用一備的關(guān)系，而且同時(shí)工作，每一條報(bào)文通過(guò)A網(wǎng)和B網(wǎng)同時(shí)發(fā)送，在數(shù)據(jù)接收端進(jìn)行判斷和篩選。因此,eNet不存在網(wǎng)絡(luò)切換的時(shí)間，不會(huì)出現(xiàn)A網(wǎng)B網(wǎng)切換過(guò)程中的數(shù)據(jù)中斷。 為了提高NT6000的網(wǎng)絡(luò)傳輸效率， eNet網(wǎng)絡(luò)采用了基于組播技術(shù)的控制器主動(dòng)發(fā)送機(jī)制，由KM940控制器根據(jù)數(shù)據(jù)的變化情況，進(jìn)行主動(dòng)地發(fā)送，控制器只發(fā)送一份數(shù)據(jù)，由交換機(jī)根據(jù)操作站的需求進(jìn)行數(shù)據(jù)復(fù)現(xiàn)和傳輸。因此，隨著操作站數(shù)量的增加，網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷和控制器負(fù)荷是恒定，1臺(tái)操作員站和100只操作員站，對(duì)于eNet的負(fù)荷壓力是近似的。 大唐南京電廠(chǎng)輔控eNet網(wǎng)絡(luò)中總共使用管理型工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)17對(duì)， A\B網(wǎng)的交換機(jī)獨(dú)立成網(wǎng)。根據(jù)工藝系統(tǒng)的劃分，組成水務(wù)網(wǎng)絡(luò)、灰煤渣網(wǎng)絡(luò)、脫硫網(wǎng)絡(luò)等三大環(huán)形冗余網(wǎng)絡(luò)（詳見(jiàn)大唐南京電廠(chǎng)輔控網(wǎng)絡(luò)圖），三個(gè)環(huán)形網(wǎng)絡(luò)之間進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)集聯(lián)。 這樣設(shè)計(jì)非常適合集控系統(tǒng)的施工過(guò)程。電廠(chǎng)建設(shè)首先是進(jìn)行水網(wǎng)的安裝調(diào)試，形成水務(wù)網(wǎng)絡(luò)，然后進(jìn)行灰煤渣控網(wǎng)的安裝組建調(diào)試工作，再進(jìn)行脫硫網(wǎng)的建設(shè)調(diào)試工作，最后各個(gè)工藝系統(tǒng)調(diào)試結(jié)束，將所有的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行大連接，組建成為全廠(chǎng)輔網(wǎng)集中控制系統(tǒng)。 2.3、靈活的現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)支持減少施工量、提升數(shù)字化水平
大唐南京電廠(chǎng)的建設(shè)目標(biāo)是樣本示范工程，因?yàn)樵谠O(shè)計(jì)中就決定采用現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)，為同類(lèi)機(jī)組的建設(shè)探索新路積累經(jīng)驗(yàn)。NT6000分散控制系統(tǒng)支持多種標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)協(xié)議，提供Profibus、FF、Hart、Modbus等各種現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)通訊接口。項(xiàng)目設(shè)計(jì)中在廢水系統(tǒng)和脫硫廢水系統(tǒng)中采用了profibus技術(shù)，通過(guò)Profibus總線(xiàn)連接了現(xiàn)場(chǎng)的變送器、執(zhí)行器、閥島等現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備。下圖是廢水#1號(hào)總線(xiàn)拓?fù)鋱D。 
大唐南京廢水總線(xiàn)圖
在上圖中,Profibus的網(wǎng)絡(luò)分為三個(gè)部分
（1）是從總線(xiàn)通訊卡連出來(lái)的單DP總線(xiàn)，DP總線(xiàn)掛接了12個(gè)DP從站設(shè)備（電機(jī)、電磁閥箱），每個(gè)從站設(shè)備只有一個(gè)DP接口，為了提高可靠性，在總線(xiàn)設(shè)備最末端通過(guò)環(huán)形連接進(jìn)入另一塊總線(xiàn)通訊卡，形成環(huán)形總線(xiàn)網(wǎng)；（這種方式主要是為現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)就地設(shè)備無(wú)法實(shí)現(xiàn)冗余總線(xiàn)而設(shè)計(jì)的） （2）是掛接DP總線(xiàn)上的PA總線(xiàn)（壓力、流量、液位），PA總線(xiàn)掛接了4個(gè)PA從站設(shè)備。
（3）是從冗余總線(xiàn)通訊卡連出來(lái)的雙DP總線(xiàn)，雙DP總線(xiàn)掛接了2臺(tái)雙DP接口的電動(dòng)門(mén)。（今后這種連接方式是現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)的發(fā)展方向）
以上的系統(tǒng)包括了四種設(shè)備，31個(gè)總線(xiàn)型智能設(shè)備，包括了電動(dòng)機(jī)保護(hù)單元、電磁閥箱、變送器和智能型電動(dòng)門(mén)，替代了傳統(tǒng)IO點(diǎn)300點(diǎn)。系統(tǒng)的總規(guī)模雖然不大，但是已經(jīng)能夠代表每一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)分支的完整應(yīng)用。如果我們將廢水系統(tǒng)的方案，進(jìn)行平臺(tái)的擴(kuò)展，就可以構(gòu)成一個(gè)完整的基于現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)的控制系統(tǒng)。 綜上所述，NT6000分散控制系統(tǒng)在大唐南京電廠(chǎng)輔助車(chē)間集中控制的成功應(yīng)用，是DCS應(yīng)用于大型火電廠(chǎng)輔助車(chē)間集中控制的一個(gè)成功的嘗試。NT6000所具有的靈活的組態(tài)方式、高可靠性大容量的網(wǎng)絡(luò)為采用DCS技術(shù)實(shí)現(xiàn)輔助車(chē)間集中控制創(chuàng)造了有益技術(shù)條件。Profibus現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)的應(yīng)用，為今后輔助車(chē)間的發(fā)展方向提供了有建設(shè)性的參考。該項(xiàng)目從2010年8月投運(yùn)以來(lái)，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，操作簡(jiǎn)單，維護(hù)工作極少，獲得了用戶(hù)的好評(píng)。
