CN100498616C - 发电企业辅助车间集中控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种发电企业辅助车间运行、监控、管理等的全厂管控一体化集中控制方法。本发明将发电企业的输煤、除灰、化水辅助车间运行、监控、管理的设备进行集中控制、集中管理，设立辅助车间集中控制室：将各辅助车间集中控制室的PLC或DCS单元管控一体化进行集中控制：通过其控制网络集中来实现：其网络结构是对分布于电厂各车间设立辅助车间集中控制室，网络结构采用混合形拓朴结构，辅助车间以集中星形拓朴结构、辅助车间的PLC或DCS集中控制网络就是采用工业以太网。设置辅助车间集中控制室、化水、输煤、灰渣四个控制点。控制系统电源、控制器和网络均采用冗余配置。

Description

发电企业辅助车间集中控制方法

一、技术领域

本发明涉及一种发电企业辅助车间的运行、管理控制方法，具体地说是一种发电企业辅助车间(输煤、除灰、化水等)运行、监控、管理等的全厂管控一体化集中控制方法。

二、背景技术

近年来，国内大机组火电厂(单机容量600MW-1000MW)的出现对辅助车间的控制和管理提出了新的要求。按照传统思路，较为分散的控制室不易于管理，有些控制室运行人员工作量太少，总体人员偏多；电厂在各个控制系统中采用不同的硬件及软件，给备品备件管理、人员培训及维护等造成了一定的难度。针对大型机组辅助车间工艺子系统控制点多，运行方式差异大的特点，要实现减员增效，只有采用集中控制方式，并在控制策略上精心研究，不断采用新技术，使复杂工艺简单化，才能提高自动化程度，逐步减少运行人员，降低投资及运行成本。

从技术角度看，随着计算机控制技术、计算机网络技术、计算机软件技术和大屏幕技术的迅速发展，特别是以工业以态网为代表的网络技术已经在工业控制的应用中取得了良好的效果，为当前辅助系统采用集中控制方案创造了充分条件。

目前发电企业辅助车间控制主要设置化水、灰渣和输煤等控制值班室，其缺陷与不足如下：

(1)部分控制子系统由工艺设备生产厂家配供，需要独立的监控值班点，不能从一套系统中监控需要监控的设备和参数，导致控制系统数量多、运行人员数量多和管理难度大。

(2)大型机组辅助车间一般有数十套独立的控制系统在运行，即使这些控制系统全部使用相同品牌、相同系列的控制系统，也只能做到备品备件的共享，由于是不同的供应商提供，技术资料不统一，对系统管理、维护带来很多的不便，未能从根本上解决问题，需要维护人员数量较多，增加了系统运行成本和管理成本。

(3)各控制子系统的供应商作业方式差异很大，部分电厂制订了辅助车间集中控制的目标，希望通过对原有控制系统进行整合，消除自动化“孤岛”现象，但最终由于不同控制系统厂家协调困难、接口繁多、网络结构繁杂等，造成操作响应慢，可靠性低，未达到减少值班点的预期改造目的，系统依然存在“控制孤岛”现象。

(4)由于延续中小机组的习惯，对大机组辅助车间重视程度不够，特别是随工艺设备配套的控制系统，往往对控制系统的技术要求非常简单，再由于价格因素，通常是根据运行要求，应该采用独立控制系统的场合采用远程I/O配置，以减少控制器数量，例如凝结水精处理系统，应该每台机组配备一套独立的凝结水精处理控制子系统，以保证机组运行的独立性和可靠性。可以说，没有辅助系统的安全、稳定运行就没有大机组的安全、稳定运行。

目前，发达国家火力发电厂控制基本进入全厂管控一体化的阶段。进入21世纪，随着电力体制改革，实行“厂网分开、竟价上网”，我国工业系统也正从盲目的大而全逐步向内部挖潜提高经济效益的方向发展。电力企业主要从二个方面着手，一是提高机务设备本身的经济性及可靠性，二是实现减员增效。当前电力系统设备的经济性及可靠性有明显提高，与国外电站主要的差距逐渐从设备水平上逐步转向庞大的员工队伍。减员增效成为各电厂的奋斗目标。

为实现辅助车间集中控制，彻底解决辅助车间控制的“孤岛”现象，许多电力企业结合自身情况，在研究设计单位的专家及工程商的密切配合下，通过多种途径、尝试了多种方案，最终达成共识：采用辅助车间集中控制方案，是解决问题行之有效的手段。

三、发明内容

本发明是一种发电企业辅助车间(包括输煤、除灰、化水等)运行、监控、管理等的全厂管控一体化集中控制方法。该方法可以对分布于电厂各车间的辅助设备进行集中控制、集中管理，提高电厂辅助车间运行控制水平、管控一体化水平、减少值班点、减少运行人员，全面提高了企业的经济效益和综合管理水平。

本发明是通过以下方案实现的：

发电企业辅助车间集中控制方法，将发电企业的输煤、除灰、化水辅助车间运行、监控、管理的设备进行集中控制、集中管理，设立辅助车间集中控制室：将各辅助车间集中控制室的PLC或DCS单元管控一体化进行集中控制：通过其控制网络集中来实现：其网络结构是对分布于电厂各车间设立辅助车间集中控制室，网络结构采用混合形拓朴结构，辅助车间以集中星形拓朴结构、辅助车间的PLC或DCS集中控制网络就是采用工业以太网(100Mbps，光纤环网结构)，将各独立子系统控制器连接起来；控制网络采用100Mbps工业以态网，用工业以态网交换机实现连接。设置辅助车间集中控制室、化水、输煤、灰渣四个控制点。控制系统电源、控制器和网络均采用冗余配置。具体而言：

1、设立辅助车间集中控制室：

为避免相互影响，在距离主厂房DCS单元控制室一段距离的地方设立辅助车间集中控制室。

2、人机接口的设置：

人机接口包括操作员站、工程师站、大屏幕和工业监视电视。建立在中文平台之上，不同的人机接口操作权限通过不同级别用户口令来区分。

在辅助车间集中控制室内设置若干台操作员站(其中1台作为与SIS或MIS系统的接口机)、工程师站1台。

设置闭路电视监视系统1套(用于对辅助车间中无人值班而又重要的设备和区域进行监视，例如输煤系统监视点：原煤仓、带式输送机头部、犁煤器、煤场等；水处理系统监视点：水处理车间、酸碱计量箱、综合泵房、取水泵房等；除灰渣系统监视点：炉底除渣、脱水仓、灰浆泵房、干灰增湿转运等)。

闭路电视监视系统具备强大的远程监控功能及报警联网接口，可利用普通电话线或计算机网络进行远距离图像和报警信号的传输。有关部门和管理人员通过全厂MIS网，可进行图像切换、云台控制、报警撤布防等操作，达到对值班人员或岗位进行监督和随时了解情况。在现场调试和运行初期，可以考虑在化水、输煤和灰渣等电子设备间保留部分操作员站，待条件成熟后将操作员站移到辅助车间集中控制室；全部移到辅助车间集中控制室后，操作人员在经过一段时间的适应后，由分别操作一套设备(如化水)到全部设备的集中操作(水、灰、煤)，由多人操作逐步减少到二人负责，一人为主，一人辅助。

3、控制网络结构

网络结构采用混合形拓朴结构，可以克服一般星形拓朴结构、环形拓朴的缺点，使网络的可靠性、扩展性、稳定性可以大幅度提高，网络性价比较好。控制网络采用100Mbps工业以态网，用工业以态网交换机实现连接。近距离采用超五类双绞线，远距离的网络通讯采用光缆连接。辅机DCS集中控制网络就是采用工业以太网(100Mbps，光纤环网结构)，将各独立子系统控制器连接起来。

4、控制子系统

辅助车间集中控制方案必须考虑辅助车间子工艺系统的相对独立性，应充分考虑辅助车间运行特点。因此考虑设计若干相对独立的控制子系统，辅助车间各控制子系统连接成完整的辅助车间集中控制系统，以求得较高的系统可靠性和可维护性，控制子系统是在脱离操作员站时仍可以独立运行，其组成必须包括控制器。

控制子系统的设计原则是：

(1)、根据工艺设备运行需要，独立的工艺系统设计独立的控制子系统；

(2)、根据工艺设备分包情况，不同分包方尽量设计独立的控制子系统；

(3)、根据物理位置的分布，物理位置相近的工艺系统设计独立的控制子系统，物理位置远的设计不同的控制子系统。

控制子系统设计如下：

(1)、污水处理及化水除盐、再生系统处理车间配置一套控制子系统；

(2)、综合泵房及原水预处理配置一套控制子系统；

(3)、每台机组的凝结水精处理和汽水分析系统共配置一套控制子系统；

(4)、输煤系统配置一套控制子系统；

(5)、每台机组水力除渣和气力除灰系统共配置一套控制子系统；

(6)、两台机组水力除渣和气力除灰的公用系统配置一套控制子系统。

5、控制系统远程诊断维护系统

在辅助车间控制系统的工程师站上配置一套远程监控装置，通过专用隔离装置与互联网相联，对控制系统进行远程维护、远程调试，实现售后服务的零距离。

6、控制系统其他方面的设计：

(1)、控制点的设置：

根据电厂辅助系统的物理位置，设置辅助车间集中控制室、化水、输煤、灰渣四个控制点。

化水系统还包括锅炉补给水系统、凝结水精处理系统、废水处理系统、综合水泵房、汽水取样及分析系统、化学加药系统等，其控制点设在锅炉补给水车间；输煤系统包括输煤系统本身及其附属系统，其控制点设在输煤集控室；除灰系统、除渣系统和电除尘系统归除灰系统，其控制点设在电除尘控制楼内。取消了电除尘控制楼的电厂，可以在灰渣泵房设置除灰控制室作为灰集中控制点。

(2)、分散的电子设备间位置选择：

根据现场的实际距离，在取水泵房、灰库、除渣、净水站等地方设立就地电子设备间和远程I/O站。

(3)、冗余设计

控制系统电源、控制器和网络均采用冗余配置。

(4)、电源

辅助车间控制系统所需的两路220VAC、50Hz单相电源，可来自不停电电源(UPS)或车间配电盘。

(5)、接地设计

辅助车间控制系统接地按常规考虑，远程I/O站因为通过光缆连接，所以远程I/O机柜的接地可在就地分散接地。

(6)、时钟同步和SIS接口

辅助车间控制系统提供一个卫星时钟同步系统(CPS装置)，使挂在数据通讯总线上的各个站的时钟与卫星同步。

设计一个全厂管控一体化接口点，辅助车间控制系统的实时数据通过该接口进入厂级信息实时系统SIS服务器。

7、控制软件的设计：

由专业的控制工程公司按统一的标准来配置、设计和实施。

本发明的有益效果是：提高了辅助车间的监控水平，与厂级监控系统连接变得简单，为实现全厂控制系统网络化提供了条件，摆脱了以往电厂辅助系统控制技术落后的现象。所有的辅助系统采用统一的技术、统一的控制手段，可极大地方便电厂运行和检修人员，减少备品备件的品种和数量。辅助系统采用DCS集中控制技术，在控制室实现对各辅助系统的监控，可节省大量运行人员，极大地提高电厂的劳动生产率，实现减人增效的目标。减少调试费用，减少运行维护人员培训的费用；集中控制的运行人员可以归运行部门统一管理，控制设备检修归检修部门管理，原来独立的车间主要负责机务设备的检修及维护，这种集中的专业化的管理有利于设备检修水平的提高和人员素质的培养。

四、附图说明

图1是辅助车间控制系统网络拓朴图。图中多级视频头1、中心交换机 2、水务、除灰等操作站 3、隔离设备 4、SIS接口设备 5、交换机 6、水务、除灰等贮备站7。

五、具体实施方式

下面以1000MW发电机组辅助车间控制系统为例来对本发明作进一步说明。

本发明一种发电企业辅助车间(输煤、除灰、化水等)的运行、监控、管理等的全厂管控一体化集中控制方法。该方法可以对分布于电厂各车间的辅助设备进行集中控制、集中管理，提高电厂辅助车间运行控制水平、管控一体化水平、减少值班点、减少运行人员，全面提高了企业的经济效益和综合管理水平。

1、辅助车间监控点设计

1)、辅助车间监控点设计概述

根据1000MW发电机组辅助车间和附属生产系统的控制要求、地理位置及与主机组运行操作的关系密切程度，设置2个值班监控点及4个后备监控点。

一个监控值班点设在单元机组集控室内，配置2套辅助车间控制系统操作员站，报表打印机1台。

另一个监控值班点设在辅助车间集中监控室，配置2-3套辅助车间控制系统操作员站，报表打印机1台，工程师间配置辅助车间控制系统工程师站1套，SIS/MIS接口机1台，GPS对时装置1套。

4个后备监控点按无人值班考虑，分别为化学水处理后备监控点(位于水处理车间)、输煤后备监控点(位于输煤综合楼)、灰渣后备监控点(位于灰控楼)、凝水后备监控点(位于凝结水电子设备间)。后备监控点作为调试、检修及试运行期间的操作，应具备针对本系统的独立监控能力与组态调试能力。

灰控楼后备监控点设2套操作员站，其它后备监控点各设1套操作员站，操作员站应具有工程师站的功能。

无论是辅助车间集中控制系统的值班监控点操作员站，还是后备监控点操作员站都可以监控整个辅助车间，实际监控范围根据需要通过权限设置。

在辅助车间集中控制室进行控制后，单元机组集控室值班监控点配备操作人员1-2人，辅助车间集中监控室值班监控点配备操作人员2-3人，巡检人员4人；在经过一段时间的适应后，逐步减少到人3人操作，3人巡检。

2)、人机接口装置技术要求

单元机组集控室辅助车间监控值班点配置全功能操作员站2套，网络集线器1对。

辅助车间集中控制监控值班点配置全功能操作员站2套，网络集线器1对，呼叫系统(与输煤后备监控点合用)1套。

输煤后备监控点配置输煤操作员站1套。

化学后备监控点配置化水操作员站1套。

灰渣后备监控点配置灰渣操作员站2套。

凝水后备监控点配置凝水处理操作员站1套。

3)、监控软件的选择

(1)操作系统的选择

WindowsNT 4.0有较高的稳定性、可靠性、以及非常成熟的使用经验；Windows 2000具有扩展性强、网络管理能力强、硬件支持强、性能更高，有一定的使用业绩。本方案在操作员站和数据服务器上使用WindowsNT 4.0系统、在工程师站(或可升级为工程师站的操作员站)上使用Windows 2000系统。

(2)MMI监控软件的选择

MMI软件作为人机接口软件，必须拥有足够的亲和性和友善性，能够适应电厂的运行习惯。运行人员以其基本素养，经过为期一周的培训，就应该能够熟练的掌握各种操作技能。MMI向操作人员提供的信息必须清晰、明了，符合电厂习惯。

一个友善的人机接口软件必须具备以下条件：

a.支持多重冗余结构的数据连接。

b.支持Windows 2000，Windows NT 4.0操作系统。

c.完全汉化显示，图形可矢量拉升而不变形。

d.支持通讯、策略组态、数据库生成、系统测试、运行和维护的工具软件。

e.支持包括标准ISA-S88图符和大量动态图符的图库，使得流程画面的生成轻便简捷，可完成流程图、趋势图、控制操作面板、报警、报表、总貌、历史记录、诊断画面等的组态。

f.具备操作记录、报警记录、事件记录的功能，以便于故障分析。

g.数据库更可自动生成。

h.支持在线帮助、自建文档、标准C语言编程等手段，应用软件的生成简捷而直观，并且易于长期维护，使得编程人员无需具备太高的软件基础。

i.报表功能完善，适合辅助车间数据记录要求(例如：每班运煤量统计、入炉煤量统计等)。

j.具有常规报警功能的声光显示、分区报警功能，还要能提供相应的语音报警功能。和一些必要的高级报警(例如：电机温度群的高值报警、速率报警等)。

k.支持权限级别设置，确保任何人员不可能进行其权限以外的任何操作。

I.提供系统诊断显示(包括：控制器、卡件、通道、网络、电源等)。

总之，MMI软件接受组态软件的组态信息，检测过程输入/输出，完成实时数据库维护、连续控制调节、顺序控制、历史数据的存储、过程画面显示和管理、报警信息的管理、生产记录报表的管理和打印、参数列表显示、人机接口控制等。操作人员在操作员站通过鼠标或专用键盘，监视生产过程和控制现场的各种工艺设备的运行。

(3)控制策略组态软件的选择

控制策略组态软件，必须拥有灵活、直观的特点，并具有高级控制策略开发的各种支持工具。

a.控制策略组态的软件应支持以下几种基本的组态方式：支持所见即所得(WYSWYG----What You See is What You Get)方式的全图形化组态，工具内嵌VBA，支持ActjveX、OPC等、SFC组态方式，梯形图组态方式、结构化文本组态方式。控制策略组态时应以图形化组态与SFC组态方式为主。

b.要提供深层开发的控制策略组态工具，如自定义模块。自定义模块应具有足够的容量和能力，便于用户在此基础上开发新的控制策略(例如：模糊控制、多变量控制算法、PID参数的优化整定等)。自定义模块应能被多次调用，以避免重复劳动。

c.I/O组态应提供断线保护、超量程保护能力，在出现上述情况下，不会引起联锁、保护的误动作。

d.I/O组态应提供在线强制信号能力，以便于调试及维护。

e.利用在线监控功能可对网上任何运行着的控制的数据库进行化访问，任何控制模块可被观察或建立诊断策略。

f.应具备在线修改能力、在线下载能力。当进行在线修改时，不能影响控制器的正常运行。或在程序编辑或修改完成后，能通过通讯总线将系统组态程序装入各有关的处理器模件，而不影响系统的正常运行。

g.所有组态数据均可以由专门的工具转换成电子文档，形成完备的存档资料。

h.所有的算法和系统整定参数驻存在各处理器模件的非易失性存储器内，执行时不需重新装载。

i.顺序控制的所有控制、监视、报警和故障判断等功能，均由控制策略提供。

j.顺序逻辑的编程使顺控每一部分都能在CRT上显示，并且各个状态都能得到监视。

k.所有顺序控制逻辑的组态都能在系统内完成，而不采用外部硬接线、专用开关或其它替代物作为组态逻辑的输入。

2、辅助车间控制系统现场控制站

1)、辅助车间子控制系统划分

设计若干相对独立的控制子系统，辅助车间各控制子系统连接成完整的辅助车间集中控制系统，以求得较高的系统可靠性和可维护性。控制子系统在脱离操作员站时仍可以独立运行，其组成必须包括控制器。控制子系统的设计原则是：控制相对独立的工艺子系统，必须配置独立的冗余控制单元，确保各工艺系统运行的独立性，确保各工艺系统调试、维修期间对其它系统的运行无影响。

(1)、根据工艺设备运行需要，独立的工艺系统设计独立的控制子系统；

(2)、根据工艺设备分包情况，不同分包方尽量设计独立的控制子系统；

(3)、根据物理位置的分布，物理位置相近的工艺系统设计独立的控制子系统，物理位置远的设计不同的控制子系统。

按上述划分原则，电厂辅助车间集中控制含概的工艺子系统划分如下：

(1)、原水预处理、综合泵房、生活污水处理配置一套控制子系统；

(2)、废水处理、供氢站配置一套控制子系统；

(3)、化水除盐、再生系统、除盐水配置一套控制子系统；

(4)、凝结水精处理及再生设备、汽水取样加药系统配置一套控制子系统。

(5)、输煤系统配置两套控制子系统；

(6)、除渣系统配置一套控制子系统。

(7)、除灰系统配置一套控制子系统。

整个辅助车间控制至少配置7对冗余控制器。以提高今后辅助车间运行的可靠性。

2)、控制器选型配置

控制器必须冗余配置，一旦某个工作的控制器模件发生故障，系统能自动地以无扰方式、快速切换至与其冗余的控制器模件，并在操作员站给出报警，并带有LED自诊断显示。

控制器模件使用电擦除存取存储器(EEPROM)，掉电不丢失存储的数据。

某一控制器模件故障，不影响其它控制器模件的运行。数据通讯总线故障，控制器模件能继续运行。对某一个处理器模件的切除、修改或恢复投运，均不影响其它处理器模件的运行。

现场信号接到I/O模件经I/O网络到控制器运算，再经I/O网络到I/O模件执行的控制周期不大于100mS。

冗余配置的控制器模件与系统网络均有并行的独立接口，即均能接受系统对它们进行在线组态和组态修改。处于后备状态的处理器模件，能不断更新其自身获得的信息。

控制器应能保证系统的各类数据信息不会因冗余切换而丢失或延迟。冗余控制器模件为无扰切换，数据更新周期不大于20mS，保证系统的控制和保护功能不会因冗余切换而引起扰动或误动。

电源故障属系统的可恢复性故障，一旦重新受电，控制器模件能自动恢复正常工作而无需运行人员的任何干预。

控制器模件的电源故障不会造成已累积的脉冲输入读数丢失。

控制器应可安装在远程柜中，能够适应现场较恶劣的环境。

3)、控制系统I/O卡件配置

辅助车间集中控制系统所有硬件均采用国际知名品牌，并有成功的现场应用业绩。系统设备能在强电场、强磁场和振动环境中连续稳定运行，能在环境温度0～50℃，相对湿度10～95％(不结露)的环境中连续运行，适合电厂现场环境。

I/O应选择“智能化”模件，以减轻控制器的处理负荷，I/O处理系统能完成扫描、数据整定、数字化输入和输出、线性化、热电偶冷端补偿、过程点质量判断、工程单位换算等功能。I/O模件均为全密封、模块化结构，可防尘、防潮湿、防盐雾、防电磁干扰等，性能良好。

所有的I/O模件都有标明I/O状态的LED指示和其它诊断显示，如模件电源指示等。

所有控制和保护回路的模拟量输入信号每秒至少扫描和更新4次，所有控制和保护回路的数字量输入信号每秒至少扫描和更新10次。

提供热电偶、热电阻及4～20mA信号的开路和短路以及输入信号超出工艺可能范围的检查功能，这一功能在每次扫描过程中完成。

所有开关量输入模件都有防抖动滤波处理。如果输入接点信号在4毫秒之后仍抖动，模件不接受该接点信号。模件具有可组态的有防抖动滤波处理功能，来消除接点抖动的影响并同时确保事故顺序信号输入的分辨率为1毫秒。

当控制器I/O通道板及电源故障时，有必要的措施，确保工艺系统处于安全的状态，不出现误动。

I/O模件应采用自校正手段，自动地和周期性地进行零飘和增益的校正。

所有输入/输出模件，满足ANSI/IEEE472“冲击电压承受能力试验导则(SWC)”的规定，在误加250V直流电压或交流峰一峰电压时，不损坏系统。

任意一块I/O模件的故障均不影响其他I/O模件的正常工作。

每个模拟量输入点有一个单独的A/D转换器，每一个模拟量输出点有一个单独的D/A转换器，每一路热电阻输入有单独的桥路，每个卡件的点数不超过8个。此外，所有的输入通道、输出通道及其工作电源，均互相隔离。

在整个运行环境温度范围内，I/O的精确度满足如下要求，模拟量输入信号(高电平)±0.1％；模拟量输入信号(低电平)±0.2％；模拟量输出信号±0.25％。系统设计满足在六个月内不需手动校正而保证这三个精确度的要求。

抗干扰能力：共模电压：≥250V；     共模抑制比：≥90dB

            差模电压：≥60V；      差模抑制比：≥60dB

4)、控制机柜设计

盘、台、柜的设计，材料选择和工艺内、外表面光滑整洁，没有焊接、铆钉或外侧出现的螺栓头，整个外表面端正光滑。

盘、台、柜有足够的强度能经受住搬运、安装和运行期间短路产生的所有偶然应力，钢板厚度至少为2.5mm。

所有金属结构件牢固地接到结构内指定的接地母线上。

盘、台、柜有通风装置，以保证运行时内部温度不超过设备允许温度的极限值。如盘、柜内仅靠自然通风而引起封闭件超温或误动作则提供强迫通风或冷却装置。

对于控制盘和控制柜，内部提供有220VAC照明灯和标准插座。在门内侧有电源开关，可使所有铭牌容易看清楚。

盘、台、柜内设有独立的系统地、机壳安全地、电缆屏蔽地接点端子，与结构内部未接地电路板在电气上隔离。

5)、控制机柜的布置

辅助系统设备分散，对于地理位置距电子设备间较远的设备采用远程控制机柜或远程I/O机柜，远程控制机柜或远程I/O机柜为安装在它们内部或上面的设备提供环境保护，能防尘、防滴水、防腐防潮、防结露、防昆虫及啮齿动物，能耐指定的高、低温度以及支承结构的振动，符合IP52标准(对于室内安装)和IP56(对于室外安装)或相应的标准。减少施工量大，节约电缆，

3、辅助车间集中控制系统网络

1)、辅助车间集中控制系统网络拓朴结构的选择

网络拓朴结构指的是网络接点的地理分布和网络互连关系上的几何构形。常见的网络拓朴结构主要有：总线型拓朴、星型拓朴、环型拓朴及混合型拓朴。

a.总线形拓朴

总线形拓朴采用单根传输线作为介质，所有的网络接点都通过相应的软硬件接口直接连接到总线上，其优点是结构简单，电缆长度短，易于布线及维护，易于扩充，缺点是总线的故障对系统是毁灭性的，而且故障诊断和隔离困难。

b.星形拓朴

星形拓朴中的所有接点都连接到网络的主交换机(中心站点)，在星形结构的网络中，单个接点的故障只影响一个接点，不会影响全网，因此容易检测和隔离故障，重新配置网络也十分方便。其主要缺点是：网络对中心站点(网络的主交换机)的可靠性和冗余度要求很高，一旦它发生故障，则全网不能工作，而且需要的电缆也较多。

c.环形拓朴

在环形网络中，所有接点被连接成封闭的环。在工程应用中，一般采用冗余以太网环，其主要优点是可靠性高：主要缺点是系统扩充不方便，网络接点多时，信息传输效率较低，使网络的响应时间变长。而且成本较高。

d.混合形拓朴

先形成子网(例如水网、煤网、灰网)，子网分别拥有一对冗余的网络交换机，子网交换机与主交换机通过光缆以环形方式集连，所有接点被连接成封闭的环。在工程应用中，一般采用冗余以太网环，其主要优点是可靠性高、子网间实现了电隔离、引入了星形拓朴的优点，同时也减少了环网的接点，发扬了环形拓朴的优势，主要缺点是必须选择具有抗网络风暴能力的交换机(交换机上设置有专用口可以进行交换机集连)，成本较高。

辅助车间集中控制系统的核心网络拓朴结构考虑采用混合形拓朴结构，可以克服一般星形拓朴结构、环形拓朴的缺点，使网络的可靠性、扩展性、稳定性可以大幅度提高，网络性价比好。

2)、辅助车间集中控制系统网络

核心网络采用工业Ethernet网络标准：

●标准化网络，通用的硬件和软件支持，实时性较好；

●支持冗余介质；通用网络，开放协议；通用性好，不同的设备和系统间容易互联；传输速率高，效率较高

光纤电缆具有传输距离远、通讯带宽大、耐腐蚀、抗电磁干扰能力强、传输误码率低、不易损坏、电隔离等优点。辅助车间集中监控系统核心网络采用100M TCP/IP协议冗余光纤以太星形网的网络结构形式，实现辅助车间公用网监控系统，满足大容量、高速、易于扩展、高可靠、标准化、开放性好、安全性好的网络要求。

3)、网络结构选择

目前控制系统最为常见的网络结构有两种：服务器结构和客户站结构。这两种方式都有各自的优势和特点，本方案可使用其中的任一种。

客户站结构：

对于客户站结构，每一个客户站都有数据库和数据处理能力，这种结构的优点是任一客户站出现故障，都不会影响其他客户站；网络上所有的操作员站都是可以独立运作，网络接点(包括操作员站、控制器)扩展灵活、方便；由于不需要配置服务器，价格较低。这种结构缺点是如果控制网络的接点数量多，则控制网络负荷会较高，影响系统整体性能。

服务器结构：

对于服务器结构，人机界面由操作员站和服务器组成，在服务器中有数据和数据处理能力，操作员站没有数据和数据处理能力，他通过高速以太网(系统网)从服务器中取数据，这种结构的优点是控制网络的接点数减少，控制网络负荷较低；操作员站扩展灵活、方便。这种结构的缺点是一旦服务器出现故障，所有操作员站会丧失数据。而且为保证可靠性，服务器必须冗余配置，服务器的配置要求很高，系统成本价格高昂。

虽然客户站结构在网络接点多的情况下，网络负荷会增加，但只要配置合理，同样能取得较好的效果。对于服务器结构来说，由于就地站必须独立，并未达到减少控制网络接点的目的，而且成本增加很多；安全性也不如客户站高。因此从性价比角度比较，辅助车间集中控制系统网络采用客户站结构。

4)、辅助车间集中控制系统网络设计

辅助车间集中监控网的监控分三层：

第一层：在4个后备监控点电子设备间控制网，用于系统启动、初期调试、初期运行和故障时使用，在后备监控点各配置两台互为冗余的带光纤上传接口的分支交换机，每个系统的上位机/服务器各插两块PCI 100M以太网卡，控制器配置有冗余以太网接口，并分别接入不同的交换机。

第二层：辅助车间集中监控网，在辅助车间集中控制值班监控点，配置两台冗余光纤主交换机，若干台操作员站及工程师站、数据服务器各插两块PCI100M以太网卡，并分别接人不同的光纤主交换机。采用光纤、光纤主交换机、操作员站构成上一层完整的监视控制系统。

第三层：辅助车间集中监控网信息系统通过防火墙及网关计算机连接至SIS，网关计算机具有网络隔离作用，能够保证SIS对辅助车间实时数据读取的同时不影响辅助车间集中控制网本身的控制功能。

辅助车间集中控制室中的操作员站采用标准的客户站结构，采用标准的客户站结构有如下优点：

a.系统安装、维护方便：所有操作员站备份完全相同；

b.数据采集分散可靠性高，即使有1台操作员站损坏，其它站均可一比一替换。5)、控制系统网络技术要求

●控制系统网络必须冗余配置，所有网络设备必须冗余配置。在任一路网络连接发生故障的情况下由备用回路自动连接，在此过程中不会造成数据丢失和数据变化。

●控制系统在不同电子设备间或值班室之间的网络传输介质应采用光缆。

●应提供控制网络防病毒措施和防网络风暴措施。

●采用当前使用的成熟网络结构和光交换机通讯技术，结合工程的工艺系统规模，合理组建网络和分配网络负荷。

●辅助车间集中监控系统主干网络采用100M以光纤为介质的工业以太网，当网络中某一段光缆线路出现故障时，网络能够自动重新配置并继续通讯，不会造成数据的丢失或数据的变化。

●网络满足系统实时控制的需要。在辅助车间公用网不能正常工作时，各辅助车间子控制系统能独立工作以保证各系统车间和设备的安全性。

●辅助车间集中监控系统具有诊断功能，具有高度的可靠性。辅助车间公用网系统内任一分系统发生故障，均不影响整个系统的正常工作。

●辅助车间控制网是完全独立的控制网络，在与其它网络连接时，必须通过网关及防火墙进行隔离，数据的传输也必须是单向的。

4、辅助车间集中控制系统电源和气源设计

1)、控制系统电源设计

(1)控制系统电源配置时必须考虑在系统外部电源丢失后，能够维持控制系统1个小时的正常运行。

(2)为保证控制系统运行安全可靠，水务、输煤、除灰渣系统应分别拥有独立的供电电源装置。

(3)各供电装置不仅要满足各自控制系统的供电需要，还要满足相关控制设备的供电(例如：电磁阀箱、化学分析仪表等)，并留有40％的余量。

(4)控制系统电源供电范围包括：控制系统设备(控制器、I/O卡件、网络设备、操作员站等)、电磁阀箱、变送器、分析仪表、工业电视设备等。

(5)每只电源柜接受2路不同段400V母线供电，通过电源柜内的电源优选切换装置(优选UPS电源)后，向设备供电。

(6)考虑到辅助车间控制设备分散、工艺独立，对三个大工艺系统(化学水系统、输煤系统、除灰渣系统)配置独立电源柜，由于集中控制室远离各工艺系统，也配置1个电源柜，整套系统共配置4只电源柜，每个电源柜根据系统供电容量计算所得，配置在线式UPS电源1只，以满足两路外部电源均消失时保持系统60分钟的供电要求。

2)、辅助车间集中控制设备供电

辅助车间集中控制由低压厂变的400V母线段提供：

交流控制电源：220V，50Hz，单相源，2路。

系统电源柜配置电源自动切换装置，并优选UPS电源，以满足任一路电源消失均不会对控制系统(包括上位机操作员站)的正常工作造成任何影响。根据系统供电容量计算所得，配置在线式UPS电源(GKVA)1只，以满足两路外部电源均消失时保持系统60分钟的供电要求。

3)、水务控制系统供电

水务控制系统电源由化水变低压侧工作段及备用段400V母线提供：

交流控制电源：220V，50Hz，单相源，2路。

交流动力电源：380V三相四线制，2路。

其中除电动门控制箱及低压电动机MCC柜电源由交流380V电源分配柜提供外，其余用电设备均由系统电源柜供电。

配置在线式UPS电源(10KVA)1只，以满足两路外部电源均消失时保持系统60分钟的供电要求。

4)、输煤控制系统供电

输煤控制系统电源由输煤变低压侧工作段及备用段400V母线提供：

交流控制电源：220V，50Hz，单相源，2路。

交流动力电源：380V三相四线制，2路。

其中除电动机MCC柜电源由交流380V电源分配柜提供外，其余用电设备均由系统电源柜供电。

系配置在线式UPS电源(6KVA)1只，以满足两路外部电源均消失时保持系统60分钟的供电要求。

5)、灰渣控制系统供电

灰渣控制系统电源由除尘变低压侧工作段及备用段400V母线提供：

交流控制电源：220V，50Hz，单相源，2路。

交流动力电源：380V三相四线制，2路。

其中除电动机MCC柜电源由交流380V电源分配柜提供外，其余用电设备均由系统电源柜供电。系配置在线式UPS电源(6KVA)1只，以满足两路外部电源均消失时保持系统60分钟的供电要求。

6)、辅助车间集中控制系统气源布置

化学车间、除灰系统的控制气源配置独立的储气罐，压力一般维持在0.4～0.8MPa。飞灰输送配置独立的空气压缩及净化设备。

7)、其它

电磁阀箱驱动电源、隔离继电器驱动电源、二线制变送器等供电电源为DC24V；DI采样电源为DC48V；上述电源电压的转换均应在控制机柜内部完成。

系统电源柜中配电系统的接线方式与全厂供电接线方式相符合，具体方式在详细设计时提供(如TN-C，TN-S，TT等)。

5、控制系统接地设计

1)、控制系统接地设计要求

由于整个辅助车间控制系统分布范围广，采用等电位接地方式，单点接地直接汇入全厂电气接地网上。各远程柜及子系统间采用光纤连接，实现了完全的电隔离。

2)、辅助车间集中控制系统接地布置

在控制机柜中应分别设有接地铜排，每个模件机架、电源机架都配有接地端子，接地点汇集于机柜内的接地铜排，然后再与电厂接地网(电气地)相连，现场端浮空的屏蔽电缆可通过机柜的接地铜排接至电厂接地网。

水网、煤网、灰网及远程站之间应通过光缆连接，使各子系统间完全实现电隔离，防止接地点电势差对系统设备正常运行的影响。

6、管理信息系统(MIS)和厂级监控信息系统(SIS)接口要求

●配备专用的接口机和防火墙网关设备，用于单向向SIS服务器传输数据。

●接口机与SIS/MIS服务器连接时，应采用带防火墙的网关，或采用接口机不直接与控制网络连接，而通过串口协议传输数据，或其它能够防止病毒侵入的手段。向SIS/MIS提供的数据的刷新率不低于每次/2秒。

●接口机用于收集控制系统数据，通过以太网向SIS或MIS系统单向发布信息，同时实现网络隔离功能。

7、辅助车间集中控制系统测点估算及配置

1)、辅助车间集中控制系统控制范围

辅助车间集中控制系统控制范围包括：

(1)水务部分：包括净水处理系统(净化站、加药系统)、二氧化氯发生器、锅炉补给水、凝结水精处理系统、污水处理系统。

(2)输煤部分

控制设备：卸船机、皮带机、皮带机加热器、三通挡板、带式电磁除铁器、碎煤机、滚轴筛、电动单侧犁式卸料器、振打器、除尘器、取样装置等；煤码头卸船机电源、输煤变6kV开关、输煤变、输煤变400V开关及输煤PC联络开关等。

监测信号：电子皮带秤、煤仓煤位、斗轮堆取料机、煤场喷淋、直流系统等

(3)除灰渣部分：包括省煤器和除尘器气力除灰部分、空压机房部分、灰库部分。

(4)水力除渣系统：包括锅炉底部除渣、脱水仓高效浓缩机部分、冲渣水泵房部分。

2)、辅助车间集中控制系统I/O估算

I/O测点配置原则及控制点：进入控制系统的I/O由五部分组成(受控设备测点、系统工艺测点、参与保护测点、控制系统内部测点和备用点)。

工艺测点根据工艺流程图统计，系统备用点应不少于预计使用点的15％。

I/O测点配置估算：辅助车间集中控制系统预估总点数为6004点，其中水务系统2821点、输煤系统1261点、除灰渣系统1922点。

8、辅助车间就地控制设备选型

为减少辅助控制集中控制系统与设备厂家的接口，与控制有关的工艺设备，例如水务系统、灰渣系统的电磁阀箱、变送器；输煤系统的跑偏开关、拉绳开关、煤流开关、堵煤开关、料位计等，由控制系统集成商成套供货；就地显示表计与接线盒由工艺设备配套供应。电动门全部采用一体化电动头，电磁阀选择统一品牌及统一的控制电源，变送器选型应保持统一。

各工艺设备供应商提供的盘、台、箱、柜、盒的出线表达形式，应与设计院统一。

各工艺设备供应商提供的自控设备应符合设计院提供的选型要求，以减少控制系统集成商与工艺设备供应商的接口工作量，由控制系统集成商负责系统投运后的控制效果。

Claims (1)

1、发电企业辅助车间集中控制方法，其特征是将发电企业的输煤、除灰、化水辅助车间运行、监控、管理的设备进行集中控制、集中管理，设立辅助车间集中控制室，辅助车间集中控制室的控制系统将各辅助车间集中控制室的PLC或DCS单元管控一体化进行集中控制；控制系统的控制网络结构采用混合形拓朴结构，辅助车间的网络为集中星形拓朴结构、即辅助车间的PLC或DCS集中控制的网络采用100Mbps光纤环网结构的工业以太网，将各独立子系统控制器连接起来；控制网络亦采用100Mbps工业以态网，用工业以态网交换机实现连接；辅助车间集中控制室设置化水、输煤、灰渣控制点；控制系统电源、控制器和工业以太网网络均采用冗余配置；辅助车间设有若干相对独立的控制子系统，各控制子系统连接成完整的辅助车间集中控制系统；所述输煤控制点设在输煤集控室对输煤系统监视：输煤系统包括输煤系统本身及其附属系统，即原煤仓、带式输送机头部、犁煤器和煤场；所述化水控制点对水处理系统监视：即锅炉补给水系统、凝结水精处理系统、废水处理系统、综合水泵房、汽水取样及分析系统、化学加药系统，水处理车间、酸碱计量箱、综合泵房、取水泵房，其控制点设在锅炉补给水车间；所述灰渣控制点对除灰除渣和电除尘系统监视：即炉底除渣、脱水仓、灰浆泵房、干灰增湿转运设置的闭路电视监视系统；灰渣控制点包括除灰除渣和电除尘系统归除灰系统，其控制点设在电除尘控制楼内；取消了电除尘控制楼的电厂，在灰渣泵房设置除灰控制室作为灰渣控制点；控制系统设有GPS卫星时钟同步系统。

Images