科远NT6000DCS系统在大唐南京电厂辅助车间集中控制的应用

科远NT6000DCS系统在大唐南京电厂辅助车间集中控制的应用文章作者：科远股份SCIYON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，大型火电厂，NT6000分散控制系统，科远,660MW超超临界燃煤发电机组，提高自动化水平，降低电厂的建设投资成本，减员增效，PLC，DCS，正式投入商业运营，稳定可靠，执行器，阀岛，样本示范工程，系统运行稳定，操作简单，维护工作极少，获得了用户的好评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。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日和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。NT6000DCS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。在上图中,Profibus的网络分为三个部分（1）是从总线通讯卡连出来的单DP总线，DP总线挂接了12个DP从站设备（电机、电磁阀箱），每个从站设备只有一个DP接口，为了提高可靠性，在总线设备最末端通过环形连接进入另一块总线通讯卡，形成环形总线网；（这种方式主要是为现场总线就地设备无法实现冗余总线而设计的）（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。