火電廠輔控網(wǎng)一體化控制系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型屬于自動(dòng)化控制技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及火電廠輔控網(wǎng)一體化控制系統(tǒng)。本裝置的各就地系統(tǒng)的PLC控制器連接工業(yè)以太網(wǎng)中的輔控交換機(jī)，DCS控制器與輔控交換機(jī)連接來轉(zhuǎn)達(dá)控制指令，DCS控制器采用與主機(jī)相同的DCS，各分站及各DCS控制器采用環(huán)形光網(wǎng)連接。本實(shí)用新型提高了機(jī)組的安全性、經(jīng)濟(jì)性、可靠性，解決了現(xiàn)有火電廠輔控網(wǎng)各控制系統(tǒng)分散、運(yùn)行人員不易管理、控制網(wǎng)絡(luò)故障點(diǎn)多、故障率高，控制邏輯及監(jiān)控畫面不統(tǒng)一、缺乏多種信息監(jiān)控功能、各系統(tǒng)不關(guān)聯(lián)，自動(dòng)化程度低、輔控網(wǎng)與主機(jī)實(shí)現(xiàn)大集控困難等問題。
【專利說明】
火電廠輔控網(wǎng)一體化控制系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型屬于自動(dòng)化控制技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及火電廠輔控網(wǎng)一體化控制系統(tǒng)，適用于新建電廠輔控網(wǎng)集中控制模式，更適合于火電廠輔控網(wǎng)集中控制的改造。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)有的火電廠輔控網(wǎng)普遍存在著各控制系統(tǒng)分散、運(yùn)行人員不易管理、控制網(wǎng)絡(luò)故障點(diǎn)多、故障率高，控制邏輯及監(jiān)控畫面不統(tǒng)一、各系統(tǒng)自動(dòng)化程度低等問題。如云南大唐國(guó)際紅河發(fā)電有限責(zé)任公司2x300MW工程循環(huán)流化床機(jī)組，輔控網(wǎng)各系統(tǒng)采用Schneider Quantum PLC控制，其中輸煤系統(tǒng)、精處理系統(tǒng)、江邊取水系統(tǒng)、氣力除灰系統(tǒng)、鍋爐補(bǔ)給水系統(tǒng)采用140CPU43412A與熱備模塊組合的熱備系統(tǒng)進(jìn)行控制，燃油栗房系統(tǒng)、制氫系統(tǒng)、生水石灰系統(tǒng)、工業(yè)廢水系統(tǒng)、爐內(nèi)加藥系統(tǒng)、含煤廢水系統(tǒng)、次氯酸系統(tǒng)、污水處理系統(tǒng)采用140CPU11303控制。該現(xiàn)有的輔控系統(tǒng)存在以下問題:
[0003]①PLC編程軟件采用concept2.6，上位機(jī)監(jiān)控組態(tài)軟件采用Intouch9.5，PLC編程軟件與上位機(jī)監(jiān)控組態(tài)軟件是相互獨(dú)立的，且版本低，各操作員站及服務(wù)器隨年限增長(zhǎng)故障率大幅增高，需要對(duì)硬件和軟件進(jìn)行升級(jí)。
[0004]②輔控網(wǎng)各系統(tǒng)雖都納入集控室進(jìn)行集中監(jiān)控，但就地仍設(shè)置有操作站，大多數(shù)操作仍在就地控制室完成，且輔控網(wǎng)與主機(jī)DCS的監(jiān)控組態(tài)軟件不同，其組態(tài)方式、運(yùn)行人員的操作畫面、操作端都存在著非常大的差異，操作及控制方式也存在很大差異，這就給輔控網(wǎng)、主機(jī)大集控運(yùn)行的管理帶來困難，同一個(gè)人要完成主機(jī)及輔控網(wǎng)的運(yùn)行監(jiān)控就非常困難。
[0005]③各輔助車間由不同的廠商完成，PLC編程風(fēng)格與上位機(jī)組態(tài)風(fēng)格差異很大，目前對(duì)系統(tǒng)功能的增加，相對(duì)比較繁瑣。PLC邏輯及上位機(jī)監(jiān)控軟件都無跳閘首出，上位機(jī)無信息一覽，對(duì)各種報(bào)警、歷史趨勢(shì)查詢比較繁瑣，PLC控制邏輯及上位機(jī)組態(tài)都存在不足，給維護(hù)人員進(jìn)行設(shè)備故障原因分析帶來困難，給設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行帶來了安全隱患。
[0006]④就地控制室使用的交換機(jī)、光電轉(zhuǎn)換器給系統(tǒng)增加了故障點(diǎn)，雖然采用雙網(wǎng)并行運(yùn)行，但當(dāng)任一網(wǎng)絡(luò)發(fā)生故障時(shí)，上位機(jī)監(jiān)控軟件不能正確卻換，使得對(duì)就地設(shè)備失去監(jiān)控。輔控網(wǎng)一體化模式改造后可以將這一故障點(diǎn)消除，提高系統(tǒng)的可靠性，實(shí)現(xiàn)任一網(wǎng)絡(luò)故障也能控制就地設(shè)備。
[0007]⑤各系統(tǒng)的控制由各自PLC完成，PLC數(shù)據(jù)不能實(shí)現(xiàn)共享，系統(tǒng)之間的控制就沒有聯(lián)系，控制較獨(dú)立，自動(dòng)化程度低。輔控網(wǎng)一體化模式改造后實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)共享，各系統(tǒng)可相互訪問數(shù)據(jù)，為系統(tǒng)之間的整體控制提供了平臺(tái)。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0008]本實(shí)用新型的目的是針對(duì)現(xiàn)有火電廠輔控網(wǎng)各控制系統(tǒng)分散、運(yùn)行人員不易管理、控制網(wǎng)絡(luò)故障點(diǎn)多、故障率高，控制邏輯及監(jiān)控畫面不統(tǒng)一、缺乏多種信息監(jiān)控功能、各系統(tǒng)不關(guān)聯(lián)，自動(dòng)化程度低、輔控網(wǎng)與主機(jī)實(shí)現(xiàn)大集控困難等問題，采用輔控網(wǎng)一體化控制模式，可提高了機(jī)組的安全性、經(jīng)濟(jì)性、可靠性。
[0009]本實(shí)用新型的解決方案是:各就地系統(tǒng)的PLC控制器連接工業(yè)以太網(wǎng)中的輔控交換機(jī)，DCS控制器與輔控交換機(jī)連接來轉(zhuǎn)達(dá)控制指令，DCS控制器采用與主機(jī)相同的DCS，各分站及各DCS控制器采用環(huán)形光網(wǎng)連接。
[0010]所述的以太網(wǎng)的輔控交換機(jī)采用星型結(jié)構(gòu)雙網(wǎng)冗余，光網(wǎng)采用環(huán)形結(jié)構(gòu)冗余，DCS控制器實(shí)現(xiàn)雙網(wǎng)無擾動(dòng)切換。
[0011]火電廠的各就地系統(tǒng)的PLC控制器的通信模塊采用10MbitMR型光口。
[0012]在本控制系統(tǒng)中，操作員站、工程師站、歷史站之間通過站用交換機(jī)連接。
[0013]DCS控制器負(fù)荷率為< 30%，整個(gè)系統(tǒng)中設(shè)置了4套熱備DCS控制器。
[0014]火電廠的電除塵系統(tǒng)采用OPC通信，通過DCS交換機(jī)實(shí)現(xiàn)與各操作員站的連接。
[0015]本控制系統(tǒng)利用了已經(jīng)非常成熟的ModbusTCP/IP通信技術(shù)、OPC通信技術(shù)(根據(jù)實(shí)際使用的產(chǎn)品可選擇可用的通信技術(shù))以及安全可靠的工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)，采用了 PLC+工業(yè)以太網(wǎng)+DCS的方式，實(shí)現(xiàn)了主機(jī)、輔控網(wǎng)控制系統(tǒng)統(tǒng)一，實(shí)現(xiàn)了主機(jī)、輔控網(wǎng)的大集控運(yùn)行。輔控網(wǎng)一體化控制改造后，就地PLC控制器不再執(zhí)行邏輯運(yùn)算及判斷，PLC只作為一個(gè)數(shù)據(jù)接口站，負(fù)責(zé)就地?cái)?shù)據(jù)的采集及輔控網(wǎng)DCS控制器DPU指令的轉(zhuǎn)達(dá)，輔控網(wǎng)各系統(tǒng)的控制功能都由輔控網(wǎng)DPU完成。以太網(wǎng)為雙網(wǎng)冗余配置，通信介質(zhì)采用光纖，為了提高網(wǎng)絡(luò)的可靠性，PLC控制器的通信模塊采用10MbitMR型光口，直接通過光纖與集控室光電一體型輔控交換機(jī)連接，減少了電信號(hào)轉(zhuǎn)換為光信號(hào)環(huán)節(jié)。
[0016]該火電廠輔控網(wǎng)一體化控制模式解決了各控制系統(tǒng)分散、運(yùn)行人員不易管理、控制網(wǎng)絡(luò)故障點(diǎn)多、故障率高，控制邏輯及監(jiān)控畫面不統(tǒng)一、缺乏多種信息監(jiān)控功能、各系統(tǒng)不關(guān)聯(lián)，自動(dòng)化程度低、輔控網(wǎng)與主機(jī)實(shí)現(xiàn)大集控困難等問題，采取有針對(duì)性的控制模式，可取得非常好的效果，提高了機(jī)組安全性、經(jīng)濟(jì)性、可靠性。
【附圖說明】
[0017]圖1為輔控網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖。
[0018]圖2為燃油栗房系統(tǒng)的Modbus初始化邏輯圖。
[0019]圖3為Modbus是雙網(wǎng)并行運(yùn)行邏輯圖。
[0020]圖4為DCS數(shù)據(jù)選擇邏輯圖。
[0021]圖中:環(huán)形光網(wǎng)1、DCS控制器2、操作員站3、DCS交換機(jī)4、PLC控制器5、輔控交換機(jī)
6、光纖7、歷史站8、工程師站9、輔控網(wǎng)DCS1、電除塵系統(tǒng)11。
【具體實(shí)施方式】
[0022]下面通過實(shí)施例并結(jié)合附圖，對(duì)本實(shí)用新型控制方案作進(jìn)一步具體說明。
[0023]本項(xiàng)目以北京日立控制系統(tǒng)公司的H5000M系統(tǒng)進(jìn)行說明。
[0024]1.輔控網(wǎng)DCS設(shè)備安裝，網(wǎng)絡(luò)連接。
[0025]如圖1所示的輔控網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖，在集控室電子設(shè)備間安裝4套輔控網(wǎng)DCS控制器2，在集控室安裝4臺(tái)操作員站3，在輔控網(wǎng)工程師室安裝工程師站9、歷史站8，在電除塵控制室安裝電除塵系統(tǒng)11的主機(jī)。對(duì)輔控網(wǎng)的DCS控制器2、工程師站9、歷史站8、電除塵系統(tǒng)11，各子系統(tǒng)的PLC控制器5進(jìn)行組網(wǎng)，包含DCS之間的以太網(wǎng)DCS交換機(jī)4，環(huán)形光網(wǎng)I，DCS與PLC之間的星型以太網(wǎng)輔控交換機(jī)6。
[0026]2.H5000M DCS與Quantum PLC的Modbus實(shí)現(xiàn)。
[0027]本次輔控網(wǎng)DCSlO—體化控制改造后就地PLC控制器5內(nèi)已設(shè)有控制邏輯，PLC不進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，邏輯控制，只作為一個(gè)數(shù)據(jù)接口站，負(fù)責(zé)就地各設(shè)備數(shù)據(jù)的采集及輔控網(wǎng)DCSlO的DCS控制器2指令的轉(zhuǎn)達(dá)。所有邏輯控制功能都由輔控網(wǎng)DCS控制器2DPU控制器完成，輔控網(wǎng)DCSlO與PLC控制器5之間的通信是通過Modbus TCP實(shí)現(xiàn)的。為了滿足DCS控制器2的負(fù)荷率，工業(yè)以太網(wǎng)的輔控交換機(jī)6負(fù)荷率及輔控網(wǎng)DCS1的光網(wǎng)I負(fù)荷率，每個(gè)DCS控制器2分配了4個(gè)輔助車間系統(tǒng)？1^(:，在003控制器2中分配的各系統(tǒng)分別以？1^(:1、？^:2、？^:3、PLC4來區(qū)別，可根據(jù)需要增加控制系統(tǒng)的PLC控制器5，增加的控制系統(tǒng)PLC控制器5可順序依次排列為PLC5、PLC6...，增加時(shí)只要在初始化邏輯頁(yè)增加相應(yīng)的初始化邏輯即可。
[0028]在此以PLCI的燃油栗房系統(tǒng)為例進(jìn)行說明，Modbus初始化邏輯如圖2所示，M0DBUS1_TRX_START 是 DPU 與 PLC 的 Modbus 通訊啟動(dòng)邏輯。
[0029]正常情況，Modbus是雙網(wǎng)并行運(yùn)行的，以PLCl的DI數(shù)字量輸入為例，如圖3所示。Modbusl通過192.168.4.*(輔控工業(yè)交換機(jī)1)運(yùn)行，數(shù)據(jù)區(qū)為冊(cè)2的1渭0(1131182通過192.168.6.* (輔控工業(yè)交換機(jī)2)運(yùn)行，數(shù)據(jù)區(qū)為MB3的2。
[0030]DCS數(shù)據(jù)選擇邏輯如圖4所示，IN1、IN2接受的數(shù)據(jù)為同一個(gè)數(shù)據(jù)源，狀態(tài)相同，OUT輸出通過PLCl的通信狀態(tài)來選擇是INl還是IN2，數(shù)據(jù)區(qū)MB2、MB3是實(shí)時(shí)更新的，通過通信邏輯判斷實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)故障或通信延時(shí)的無擾動(dòng)切換，解決了原輔控網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)故障或通信延時(shí)不能切換的問題。
[0031 ] H5000M DCS的Modbus的配置根據(jù)Modbus的主從關(guān)系，DUP設(shè)置為服務(wù)器，D1、AI為只讀模式，只需要配置傳送起始地址和傳送長(zhǎng)度，不需要配置讀寫模式。D0、A0可選擇讀寫模式及傳送功能號(hào)。
[0032]3.通信網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。
[0033]輔控網(wǎng)各系統(tǒng)PLC5采用了原系統(tǒng)的星型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)連接，該結(jié)構(gòu)容易實(shí)現(xiàn)，易于節(jié)點(diǎn)擴(kuò)展，易于維護(hù)，采用lO/lOO/lOOOMbit自適應(yīng)光電一體交換機(jī)6，網(wǎng)絡(luò)傳輸速度快，單個(gè)節(jié)點(diǎn)故障不會(huì)影響整體，但中心交換機(jī)故障，會(huì)使整個(gè)網(wǎng)絡(luò)癱瘓，為了提高輔控網(wǎng)該控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)目煽啃?，減少故障點(diǎn)，采用了雙星型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)并行運(yùn)行。同時(shí)，現(xiàn)已實(shí)現(xiàn)了輔控網(wǎng)各系統(tǒng)一體化控制及監(jiān)視，取消了就地控制操作站，根據(jù)通信模塊的特性，它具有10/100Mbit電口及10Mbit光口，輔控網(wǎng)原來采用10/100Mbit電口再經(jīng)光電轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為光信號(hào)，這就增加了光電轉(zhuǎn)換這一故障點(diǎn)，輔控網(wǎng)一體化控制后直接使用10Mbi t光口，直接通過光纖與集控室光電一體型交換機(jī)連接，減少了電信號(hào)轉(zhuǎn)換為光信號(hào)環(huán)節(jié)，從而保證輔控網(wǎng)DCS系統(tǒng)穩(wěn)定及經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。
[0034]DCS則采用了日立H5000M控制系統(tǒng)的環(huán)形光網(wǎng)實(shí)現(xiàn)控制數(shù)據(jù)的采集，該結(jié)構(gòu)信息交換實(shí)時(shí)性強(qiáng)，當(dāng)一節(jié)點(diǎn)發(fā)生故障時(shí)，該系統(tǒng)可以自適應(yīng)的實(shí)現(xiàn)雙向發(fā)送數(shù)據(jù)，提高了網(wǎng)絡(luò)通信的可靠性。各操作員站的組態(tài)維護(hù)通過DCS的交換機(jī)實(shí)現(xiàn)，是星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，電除塵系統(tǒng)也是通過DCS的交換機(jī)實(shí)現(xiàn)與操作員站、歷史站的數(shù)據(jù)交換，使用了 OPC協(xié)議。
[0035]施工關(guān)鍵工序:輔控網(wǎng)各系統(tǒng)的10點(diǎn)核對(duì)，輔控網(wǎng)DCS邏輯編程，輔控網(wǎng)DCS上位機(jī)監(jiān)控組態(tài)，輔控網(wǎng)DCS邏輯、上位機(jī)監(jiān)控組態(tài)的靜態(tài)調(diào)試，輔控網(wǎng)DCS系統(tǒng)組網(wǎng)，DCS系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)測(cè)試，DCS與PLC之間的通信測(cè)試，雙網(wǎng)無擾動(dòng)切換，輔控網(wǎng)DCS邏輯、上位機(jī)監(jiān)控組態(tài)的動(dòng)態(tài)調(diào)試。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種火電廠輔控網(wǎng)一體化控制系統(tǒng)，其特征在于:各就地系統(tǒng)的PLC控制器連接工業(yè)以太網(wǎng)中的輔控交換機(jī)，DCS控制器與輔控交換機(jī)連接來轉(zhuǎn)達(dá)控制指令，DCS控制器采用與主機(jī)相同的DCS，各分站及各DCS控制器采用環(huán)形光網(wǎng)連接。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的火電廠輔控網(wǎng)一體化控制系統(tǒng)，其特征在于:以太網(wǎng)的輔控交換機(jī)采用星型結(jié)構(gòu)雙網(wǎng)冗余，光網(wǎng)采用環(huán)形結(jié)構(gòu)冗余，DCS控制器實(shí)現(xiàn)雙網(wǎng)無擾動(dòng)切換。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的火電廠輔控網(wǎng)一體化控制系統(tǒng)，其特征在于:各就地系統(tǒng)的PLC控制器的通信模塊采用10MbitMR型光口。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的火電廠輔控網(wǎng)一體化控制系統(tǒng)，其特征在于:操作員站、工程師站、歷史站之間通過站用交換機(jī)連接。5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的火電廠輔控網(wǎng)一體化控制系統(tǒng)，其特征在于:DCS控制器負(fù)荷率為< 30%，整個(gè)系統(tǒng)中設(shè)置了4套熱備DCS控制器。6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的火電廠輔控網(wǎng)一體化控制系統(tǒng)，其特征在于:火電廠的電除塵系統(tǒng)采用OPC通信，通過DCS交換機(jī)實(shí)現(xiàn)與各操作員站的連接。
【文檔編號(hào)】G05B19/418GK205581629SQ201620212847
【公開日】2016年9月14日
【申請(qǐng)日】2016年3月21日
【發(fā)明人】楊凱, 楊正, 褚宏杰, 李 杰, 吳承鋒, 陳瑞, 朱自勇, 寧娟, 鄧麗娥, 楊軍, 張龍, 高林衛(wèi), 田肥, 李鵬凌, 楊璟屏, 周振輝, 劉洋, 楊為
【申請(qǐng)人】云南大唐國(guó)際紅河發(fā)電有限責(zé)任公司