CN112666901A - 火电厂外冷水无人值守监控系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供火电厂外冷水无人值守监控系统，包括若干个域，每个域内部设置上层监控管理网和下层系统控制网双层结构；其中上层监控管理网连接一侧上位机，另一侧连接中心交换机；下层系统控制网一侧用于连接下位机，另一侧连接节点内的服务器，服务器另一侧连接上层监控管理网；每个域之间的下层系统控制网彼此独立，能有效隔离各个域间数据在系统控制层网络互访；中心交换器上预留有连接至上级控制系统及企业管理网的通讯接口，用于将控制一区的过程数据传送至控制二区或控制三区。本发明提供火电厂外冷水无人值守监控系统，能够实现自动控制，减少维护人员数量。
Description
技术领域
本发明属于自动化技术领域，尤其涉及火电厂外冷水无人值守监控系统。
背景技术
循环水泵、冷却塔是凝汽器外冷水系统的主要辅机设备，如图1所示，循环水泵1和循环水泵2将温度较低冷却水从冷却塔抽出，输送到凝汽器，因为凝汽器具有良好的热传递性能，冷却水可以吸收带走凝汽器中蒸汽的热量，然后回流到冷却塔，通过与空气接触散去废热，使冷却水可以被循环使用，节约大量水资源。如果循环水泵或管道发生故障，汽轮机和凝汽器就会脱离正常运行，被迫停运，所以外冷水系统所发挥着不可替代的作用，其特点是不间断运行、水流量大，但需要的扬程不高。
外冷水系统工艺控制功能要求如下：
(1)机组调峰运行，需要流量调节范围满足调峰值要求：
(2)外冷水系统具备快速响应性，无较大延迟，在这种多泵并联运行的复杂系统中，要求输出稳定、精度高；
(3)具备灵活的工作特性，可适应各种运行状态；
(4)循环水系统关键指标：稳定、安全性的，要求其在故障后方便快速维修，人机交互简单实用。
目前，国内投入运行的火电机组大多采用人工调节方式，控制外冷水系统运行，这种方式存在系统自动化水平有限、安全性及经济性较低、运行人员工作强度大等不足，且与新一代智慧电厂的建设理念不符。
发明内容
本发明的目的在于解决上述现有技术存在的缺陷，提供火电厂外冷水无人值守监控系统，能够实现自动控制，减少维护人员数量。
本发明采用如下技术方案：
火电厂外冷水无人值守监控系统，包括若干个域，每个域内部设置上层监控管理网(M-NET)和下层系统控制网(S-NET)双层结构。
其中上层监控管理网连接上位机，如操作员站、工程师站。上层监控管理网为互为冗余的热备用双网络。
其中，下层系统控制网用于连接下位机，如DPU控制站。下层系统控制网为互为冗余的热备用双网络。
每个域之间的下层系统控制网彼此独立，能有效隔离各个域间数据在系统控制层网络互访。
火电厂外冷水无人值守监控系统，预留有连接至上级控制系统及企业管理网的通讯接口，用于将控制一区的过程数据传送至控制二区或三区。
火电厂外冷水无人值守监控系统，为冗余以太网链路，使用五类屏蔽双绞线及光纤将各个通讯节点连接到中心交换器上。节点有工程师站、操作员站、服务站，采用TCP/IP通讯协议。
火电厂外冷水无人值守监控系统为冗余高速工业以太网，用HSIE通讯协议，使用五类屏蔽双绞线及光纤将各个通讯节点连接到中心交换机上，节点有服务站、现场控制站。
火电厂外冷水无人值守监控系统为每个控制柜内还有一层控制网络(C-NET)，是每个分散控制单元的内部网络，实现控制机柜内的各个I/0模块和主控单元之间的信息传送，采用ProfiBus-DP现场总线与各个I/O模块及连接，及时快速的完成过程通讯任务。
本发明实现了火电厂外冷水无人值守监控系统，通过本系统可精简外冷水系统运行人员，只需要配置必要的巡检及化验人员，基本可达到无人值守、少人值班的目的，大大节省人力成本，提高了设备资源利用率，具有很好的示范意义，是智能电厂的重要组成部分。
附图说明
图1为外冷水系统工艺流程图；
图2为本发明的网络架构图；
图3为本发明的逻辑组态软件图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本发明的火电厂外冷水无人值守监控系统。采用C/S架构，核心部件为网络交换机。常用的交换机除了德国赫斯曼公司的RS20系列10/100M自适应交换机外，还可选用华为、H3C的工业级交换机。每个域采用上层监控管理网(M-NET)和下层系统控制网(S-NET)双层结构，每层网络冗余配置，其中M-NET主要用于连接上位机(操作员站、工程师站等)，胡伟冗余的热备用双网络；S-NET主要用于连接下位机(DPU控制站等)，同样为冗余的热备用双网络，S-NET在域间彼此独立，能有效隔离各个域间数据在系统控制层网络互访。
火电厂外冷水无人值守监控系统，架构如图2所示。网络架构预留了连接至上级控制系统及企业管理网(E-NET)的通讯接口，用于将控制一区的过程数据传送至控制二区或三区。
火电厂外冷水无人值守监控系统，为冗余以太网链路，使用五类屏蔽双绞线及光纤将各个通讯节点连接到中心交换器上。节点有工程师站、操作员站、服务站，采用TCP/IP通讯协议。
火电厂外冷水无人值守监控系统为冗余高速工业以太网，用HSIE通讯协议，使用五类屏蔽双绞线及光纤将各个通讯节点连接到中心交换机上，节点有服务站、现场控制站。
火电厂外冷水无人值守监控系统为每个控制柜内还有一层控制网络(C-NET)，是每个分散控制单元的内部网络，实现控制机柜内的各个I/0模块和主控单元之间的信息传送，采用ProfiBus-DP现场总线与各个I/O模块及连接，及时快速的完成过程通讯任务。
对于外冷水无人值守监控系统而言，可根据系统规模决定是否需分域控制，一般情况下，单台机组的外冷水系统可在同一域内完成全部监控功能。
火电厂外冷水无人值守监控系统中各环节具有不同的特性和控制指标，相应的控制器也都有独立的控制逻辑。
为了安全运行，，将外冷水系统的各类设备或同一子系统设备尽量统一配置在一个控制器内。
I/O采集板卡需预留足够的余量，以备后期测点变更及删减。
以光纤为纽带将网间连接器(交换机)与各现场控制器相连，实现数据通信。设计冗余的连接方式，提高数据访问的灵活性、便捷性。
设计I/O接口，每个分散控制单元设计6个I/O分支，每个I/O分支配置10块I/O采集板卡。
硬件设计
外冷水系统中，现场的高压变频器、高压电机等设备运行时，都流过强电，故对I/O板卡要保证采集数据过程中的安全性；对设备本身要保证冗余度，在外界干扰下能稳定运行。因此对数据I/O板卡的选型、参数确定要求十分严格。同时为了避免I/O板卡应冗余设计。依据I/O板卡所在现场环境特性对控制站的I/O板卡数据采集性能做如下设计：
模拟量输入：
4-20mA信号(接地或不接地)，最大输入阻抗为250Ω，系统应提供4-20mA二线制变送器的直流24V电源。对1-10VDC输入，输入阻抗必须是500KΩ或更大。
模拟量输出
4-20mA或1-10VDC可选，具有驱动回路阻抗大于600Ω的负载能力(部分应用回路应具有大于1KΩ的负载能力)。负端应接到隔离的信号地上。系统应提供24VDC的回路电源。
数字量输入
应能接受节点接通为1，开回路(电阻无穷大)为0。负端应接到隔离地上，系统应提供对现场输入节点的“查询电压”。“查询电压”为24-120VDC。
数字量输出
数字量输出模件应采用隔离输出，并通过中间继电器驱动电动机、阀门等设备。中间继电器的工作电源应由输出卡件提供。所有中间继电器应至少提供两幅SPDT节点，节点容量(安培数)应至少满足如下要求：
表1
热电阻输入：
有直接接受三线(不需变送器)的Cu50Ω、Cu100Ω、Pt10Ω、Pt100Ω等类型的热电阻能力，并且监控系统应提供这些热电阻所需的电源。
各类I/O板卡的选择类型及型号如表2所示。
表2
硬件配置确定好即可开始进行软件设计组态。一个应用系统需要通过工程师站组态软件产生，组态完成后，进过编译生成相关下载文件，然后通过工程师站将这些文件分别下装到现场控制站、操作员站、服务器，从而实现系统的运转。
工程组态是在工程师站进行操作的，在进行工程组态之前，首先要具备必要的工具和资料，包括：
工程师站：具备满足HOLLiAS MACSV所需的硬件环境资源，安装了工程师站组态所需的各种软件组件。
测点清单，外冷水现场设备需要提供给DCS系统控制或监视的现场数据和设备信号点的集合，例如温度、压力、流量、转速、电流等信号。根据组态软件提供的分类标准，并参考安装盘里的测点清单列表样式，整理测点清单：负责监视和查看实时数据、操作设备。
控制方案，与外冷水系统相对应的控制方案，控制方案以SAMA图的形式给出，该图能够清晰体现控制的策略，以及与之相关的信号测点，方便算法组态的实现。
系统的硬件配置：主要包括系统规模配置(服务器、工程师站、操作员站)、控制站、I/O板卡的配置，以及测点在控制站和I/O模件上的分配。
其中，逻辑组态软件界面如图3所示。
外冷水无人值守监控系统与常规监控系统的关键在于需自主协调控制系统设备启停，尽量减少人为干预。因此互为备用的周期切换和故障切换自动控制逻辑无人值守监控系统中的关键控制逻辑。
所谓周期切换，即互为备用的设备A/B，系统以设备A运行、设备B停运模式运行一定周期时间后自动切换为设备B运行、设备A停运模式，以达到互为备用设备可以间歇性运行，防止设备长期连续运行造成过损故障，或设备长期停运出现静置故障而无法及时发现。其中，周期时间可在后台有运行人员设置，系统投入无人值守方式运行后，控制软件自动计算运行时间，时间条件满足后，自动执行切换动作，并重新开始计时，整个切换过程无需人为干预。
所谓故障切换，即当前运行设备发生故障后，可以迅速联启备用设备，恢复系统正常运行。如外冷水中的循环水泵，如当前运行泵发生故障跳闸系统供水不足后，控制软件应在检测到供水压力、供水流量下降后，及时启动备用循环水泵，恢复冷却水供水，保证机组运行所需的冷却容量；如备用循环水泵启动且满负荷运行后仍无法满足系统冷却需求，则要自动推送紧急事故告警，并发出机组停机诉求指令。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (8)
1.火电厂外冷水无人值守监控系统，其特征在于，包括若干个域，每个域内部设置上层监控管理网和下层系统控制网双层结构；
其中上层监控管理网连接一侧上位机，另一侧连接中心交换机；下层系统控制网一侧用于连接下位机，另一侧连接节点内的服务器，服务器另一侧连接上层监控管理网；
每个域之间的下层系统控制网彼此独立，能有效隔离各个域间数据在系统控制层网络互访；
中心交换器上预留有连接至上级控制系统及企业管理网的通讯接口，用于将控制一区的过程数据传送至控制二区或控制三区。
2.根据权利要求1所述的火电厂外冷水无人值守监控系统，其特征在于，上位机为操作员站、工程师站，上层监控管理网为互为冗余的热备用双网络。
3.根据权利要求1所述的火电厂外冷水无人值守监控系统，其特征在于，下位机为DPU控制站，下层系统控制网为互为冗余的热备用双网络。
4.根据权利要求1所述的火电厂外冷水无人值守监控系统，其特征在于，火电厂外冷水无人值守监控系统为冗余以太网链路，使用五类屏蔽双绞线及光纤将各个通讯节点采用TCP/IP通讯协议连接到中心交换器上。
5.根据权利要求4所述的火电厂外冷水无人值守监控系统，其特征在于，通讯节点有工程师站、操作员站、服务站。
6.根据权利要求1所述的火电厂外冷水无人值守监控系统，其特征在于，火电厂外冷水无人值守监控系统为冗余高速工业以太网，用HSIE通讯协议，使用五类屏蔽双绞线及光纤将各个通讯节点连接到中心交换机上。
7.根据权利要求6所述的火电厂外冷水无人值守监控系统，其特征在于，通讯节点有服务站、现场控制站。
8.根据权利要求1所述的火电厂外冷水无人值守监控系统，其特征在于，每个控制柜内还有一层控制网络，是每个分散控制单元的内部网络，实现控制机柜内的各个I/0模块和主控单元之间的信息传送，采用ProfiBus-DP现场总线与各个I/O模块及连接，及时快速的完成过程通讯任务。
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