电站补给水控制系统中现场总线的集成技术.pdf

《电气开关》 ( 2 0 1 5 ． N o ． 5 ) 7 文章编号 ： 1 0 0 4—2 8 9 X( 2 0 1 5 ) 0 5— 0 0 0 7— 0 5 电站补给水控制系统中现场总线的集成技术 廖奇凡 ， 郑松 ， 吴晓欣 ( 1 ． 福州大学电气．_T -- 一~ t 与 自 动化学院， 福建福 州 3 5 0 1 1 6 ； 2 ． 福建省工业控制信息安全技术企 业重点实验室， 福建福 州 1 3 5 0 0 0 8 ； 3 ． 福州 1 福大 自动化科技有限公司， 福建福州 1 3 5 0 0 0 8 ) 摘 要 ： 电站辅助生产 系统的控制模 式已经从孤立 系统架构转向 网络化互联 架构 ， 提 出一种 以 P L C为控制站的 分布式控制平 台( I A P ) ， 并融合现场总线技术 ， 可在大型 电站的锅炉补给水控制 系统 中应用的体 系架构。基 于数 字通讯信号的现场总线和基于模拟信号的输入输出的组 态是建立在 同构技术的基础之上， 简化 了现场总线的程 序设计方法。结合实际工程项目， 以补给水控制系统中的电磁阀岛、 智能检测仪表为示例， 证明了现场总线集成 技 术 的成 功应 用 。 关键词： 电站 ； 补给水 ； 控制 系统 ； 现场总线 中图分类号 ： T P 2 7 3 文献标识码 ： B I n t e g r a t e d Te c hn o l o g y o f t he Fi e l d Bu s e s o f t h e M a ke - u p W a t e r Co n t r o l S y s t e m f o r t h e Po we r Pl a n t L 0 Q i = f a n ． Z H E N G S o n g ． U X i a o — x i n ( 1 ． C o l l e g e o f E l e c t ri c a l E n g i n e e ri n g a n d A u t o m a t i o n ， F u z h o u U n i v e r s i t y ， F u z h o u 3 5 0 1 1 6 ， C h i n a ； 2 ． F u j i a n P r o v i n c e K e y L a b o r a t o r y o f I n d u s t r i a l C o n t r o l I n f o r ma t i o n S e c u r i t y T e c h n o l o g y 。 F u z h o u 3 5 0 0 0 8 ， C h i n a ； 3 ． F u z h o u F u d a A u t o m a t i o n T e c h n o l o g i e s C o ． ， L t d ， F u z h o u 3 5 0 0 O 8 ； ) Abs t r a c t ： Co n t r o l mo d e l o f a u x i l i a r y p r o d u c t i o n s y s t e m o f p o we r s t a t i o n h a s t r a n s f r o me d f r o m i s o l a t e d s y s t e m a r c h i t e c — t u r e t o n e t wo r k a r c h i t e c t u r e ． A s y s t e m a r c hi t e c t u r e wh i c h c a n b e u s e d i n t h e bo i l e r ma k e — up wa t e r c o n t r o l s y s t e m o f l a r g e p o w e r s t a t i o n i s p u t f o r w o r d ， a n d t h i s a r c h i t e c t u r e u s e s P L C a s t h e d i s t ri b u t e d p l a t f o r m( I A P ) o f t h e c o n t r o l s t a t i o n ， a n d i n t e g r a t e s f i e l db u s t e c h n o l o g y ． Th e c o n fig u r a t i o n o f i n p ut a n d o u t pu t wh i c h b a s e s o n di g i t a l c o mmu n i c a t i o n s i g n a l s fi e l d - b u s a n d a n a l o g s i g n als i s b a s e d o n t h e i s o mo r p h i s m t e e h o n l o g y ， a n d i t s i mp l i fi e s t h e p r o g r a mmi n g me t h o d o f fi e l d — b u s ． C o m b i n i n g w i t h p r a c t i c a l e n g i n e e ri n g p r o j e c t s ， t h e e l e c t r o m a g n e t i c v al v e i s l a n d ， i n t e l l i g e n t i n s t r u m e n t i n t h e m a k e - u p wa t e r c o n t r o l s y s t e m a r e us e d a s e x a mp l e s t o d i s c u s s t h e p r i n c i p l e o f fie l d b u s p r o g r a m g r a p h i c c o n fi g u r a t i o n t e c h n o l o g y ． Ke y wo r ds： p o w e r s t a t i o n； ma k e ． u p wa t e r ； c o n t r o l s y s t e m； fi e l d b u s 1 引言 火力发 电厂 中除了锅炉 、 汽机和发 电机等主要生 产系统外 ， 还有许多辅助生产系统， 例如煤输送 、 灰处 理和补给水等 。随着分布式控制系统 ( D C S ) 和现 场总线技术 的发展 ， 这些辅助 生产 系统 的控制模式一 方面从单纯的 P L C控制转为 D C S控制 ， 另一方面则加 基金项 目： 福建省产业支撑科技重大项 目( 2 0 1 3 H 5 0 0 2 ) 大了智能仪表的应用范围。发电机组的控制系统体系 架构将演化为锅炉 、 汽机 、 发电机为主要对象的电站主 控系统和辅助生产系统为主要对象的辅控系统。而在 不久的将来 ， 主控系统和辅控系统还可能得到进一 步 的融合 ， 成为全厂一体化 的控制系统。为此 ， 以前软硬 件互不兼容的 D C S 、 P L C和 F C S控制技术就有 了深度 融合的现 实需求 。为实现这三种类 型控制技术 的统 一 ，关键要解决好控制算法组态技术的标准化问题 ， 以 及现场总线与模拟信号的输入输出之间组态模式同构 8 《 电气开关》 ( 2 0 1 5 ． N o ． 5 ) 化的问题 _ 4 J 。工业 自动化通用技术平台( 简称 I A P 控制平台) 是一种与传统 D C S 、 P L C和 F C S均明显不 同的新技术 ， 它的控制组态技术可适用 于不 同的控制 器和输入输出模式 ， 能为实现这两方面的关键技术提 供必要的环境和条件 。 2电站补给水控制系统 某电厂 两套 1 0 0 0 MW 发 电机组新建项 目要求采 用分布式辅控系统 ， 即除了在每个生产辅助系统中配 置独立的 D C S控制系统外 ， 还需要将相关生产辅助系 统的 D C S控制系统通过 网络连接起来 ， 实现辅助系统 的集中运行操控和管理 J 。图 1是该辅控系统的结构 示意图。由图可见 ， 辅控 系统 中包含了锅炉补给水控 制子系统 、 锅炉除灰控制子系统 、 汽轮机凝结水精处理 及加药控制子系统、 空压机控制子系统和制冷控制子 系统。未在此辅控系统 中的控制子系统 ， 例如输煤控 制子系统 、 海水淡化控制子系统等是通过通讯网络接 人辅控系统 ， 以达到集 中监控 的 目的。由于辅助生产 系统地理分布相对较广 ， 所 以辅控系统采用多层 网络 结构 ， 最上层为全厂辅控中央控制台。该辅控系统具 有 以下技术特点 ： ( 1 ) 采用 P L C( O MR O N C S 1 D) 作为辅控 系统的控 制器 ， 但没有使用 P L C原厂编程软件， 而是采用 的基 于功能模块的 D C S 组态软件 ； ( 2 ) 辅控系统除了中央操控功能外 ， 还可在各控 制子系统就地监控台上进行操控 ； ( 3 ) 所有控制子系统 的控制算法均采用统一 的图 形化元件组态模式 ； D P 模块I 间段1 D P 模块2 D P 模块3 间 段2． D P 模块4 D P 模块5 间段3一 D P 模块6 间段4 ( 4 ) 各控制子系统除了具有系统总线型的模拟信 号输入输出接口外， 还配置了远程的模拟信号输入输 出接 口和 P r o fi b u s 现场总线主站通讯接 口； ( 5 ) 人机界面可监控 的辅助生产系统 的数据标签 量超过 1 0 0 0 0点 ， 达到大型 D C S的规模 。 辅控系统中央控制室操作站I I 辅控系统工程师站 匣 量 匣 I基 I 曼 I I 历 史 数 据 服 务 器 辅控系统 OPC服务器 鐾 孳 I蒜 I I蕹 羹 鍪 ⋯ 一一_ 其 丝 程 _ 的 苎 皇 些 一 堑 ⋯； 图 1 1 0 0 0 M W 发电机组辅控系统结构示意图 为说 明现场总线技术在该辅控系统 中的集成原 理 ， 以图 1中的锅炉补给水控制子系统为例进行分析。 该子系统配置有 3套冗余的控制站 ， 5套远程控制站。 图 2是锅炉补给水控制子系统 中 1号远程站现场总线 网络结构示意图。由图可见 ， 该控制子系统 的现场总 线有 P r o fi b u s — D P和 P A两 种通 讯模 式。P A 网路 经 D P ／ P A耦合器后转换为 D P通讯协议 。现场总线子站 的智能仪表包括智能传感器 、 马达 、 分析仪表 、 阀岛、 变 频器等。具体的配置情况参见表 1 。为保持辅控系统 模拟信号和现场总线信号处理技术 的一致性 ， 需要将 这两种类型信号的组态元件的技术原理统一起来， 使 得控制算法的组态过程无需针对现场总线类型的输入 输出进行特殊的处理 ， 而现场总线通讯中所承载 的所 有信息又能够完整地体现在控制组态环境中 圈 “ 矶 柴 4 4 c P u 单元 站 管 砻 瓷 阖 蕊 豳 墩秘 销秭餐 看 剂 计 原 剂 计 床 出 对妹 出 水 蛛 出 口 床 出 口 垢 剂 计 垢 剂 计 原 剂 计 酸 钠 计 电 磁 阀 箱 电 磁 阀 箱 涤 妻 槽 搅 量 箱 搅 电 导 率 导 率 表 硅 表 硅 表 量 泵 量 泵 量 泵 量 泵 一 一 ⋯ 学 壮 。厂 弋 栉 {j嚣— 露 、 ，1门／— — ／— 厂 — -、 几／_— ， — — — 厂 — — — 鬻 纂 簋 ， 鬻 离 唧 唧 卿 2 号 阻 三 i 思2 号 阴． 2 号 混 2， q " 阴2 号 混 3 号阻4 号 阻 i 还 2 号 次 氯 2 粤 床 垢 剂计 戛 辑 出 水 床 出 水电 来 出 [ 昧 出 ．口垢 剥 计 垢 荆 计 薪酸 钠 计 毛 鞴 D P ／ P A 耦合器 一D P 线缆 ——P A 线缆2 茸 2 号 阴床 2 号混床 电磁阀箱 电磁阎箱 nP 想配 器 —— 站号2 站号3 站号4 站号5 站号6 配 l P A 分配器 刀，笠透器般位计 站 号 4 站 号 5 站 号 6 嚣 图2 锅炉补给水 1 号远程站