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1、华能上海石洞口第二电厂除灰与电除尘系统远程控制装置 余正环 陈思勤 顾 涛 2000.12 一 前言 华能上海石洞口第二电厂装机为二台600MW超临界燃煤机组，日耗煤一万吨上下，排渣及灰约1300 吨上下（取决于发电量及原煤中灰份）。装备的除灰系统将炉底大渣及石子煤作为湿灰送往江苏的灰场，也将省煤器，空预器，电除尘器 (四电场)的干灰收集分作粗灰与细灰，送往干灰库供综合利用。运行人员通过灰控室的 1#，2#灰控盘来监视操作各台机组的除灰系统。并通过灰控室旁的电除尘控制柜来操作电除尘。 1999 年，为实现减员增效与强化除灰系统的监督管理，厂部决定以后将灰控室关闭，将灰控与电除尘控制移至中控室（
2、机组集控室）。这是本“除灰与电除尘远程控制”项目（以下简记为“遥控装置 ）的由来。为节约改造成本，提高本厂仪控检修人员素质，该项目决定由本厂检修部仪控专业自行完成。 二 原设备状况与改造目标I 原监控设备状况 1灰处理（控制系统图见图1） PLC：A-B （以下简记为AB 公司）PLC3/10 双冗余/ 每台机组 I/O：1870 点/ 每台机组，其中包括： 灰控操作盘：三位开关：6个/ 每台机组 二位开关：96个/ 每台机组 操作按钮：70个/ 每台机组 指示灯： 310个/ 每台机组 报警窗： 130个/ 每台机组 指示表： 17只/ 每台机组 多笔记录仪：一台/ 每台机组 2电气除尘器（
3、EP ）系统 EP 原控制系统分为高压侧控制柜与低压侧控制柜监控。由于除尘性能问题， EP 于1998 年10月对2号机组进行了改造，1999 年5月对1号机组实行同样的改造。改造后的EP 高低压侧均由微处理器进行控制，并设有上位机，提供了系统开机，系统停机，振打控制，排灰控制，电加热控制及系统监视，报警，保护功能。其中 控制器：淅江佳环电子有限公司自制单板机； 上位机：PC 机， MS Windows NT4.0 下用Visual Basic 6.0编制的监控程序； I/O ：模拟量 180点/ 每台机组；开关量92点/ 每台机组； 存在的问题是历史数据储存与使用困难，数据格式专有，无法共享
4、，监视功能扩展困难，无法直接移到中控室。 II 改造目标如下： 1 在除灰系统原设计的PLC+ 控制盘控制操作的基础上增加一远程控制开关，当开关放置在遥控位置时，中控室可以对除灰系统进行过程监视、报警与控制； 1名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 7 页 - - - - - - - - - 2 在原灰控室内电气除尘器（以下简记为 EP ）监控基础上增加一远程数据接口，使中控室可以对EP 进行过程监视、报警与控制； 3 中控室 1U/2U OIS 主控台旁各增加
5、一台操作站以作为对灰控，电气除尘器的监视控制与调节的人机操作界面，并且互为冗余； 4 增加数据储存，共享，操作提示，智能诊断等功能； 5 除上述操作站外不增加新站基础上为化水的集中监视控制预留接口 实施上述改造以后，可在满足ISO9000质量控制的要求下便于强化运行管理，并为实时状态检修诊断打下基础。理论上每年可省 25万元，（在可预见的将来，这笔费用会逐年增长）。 三 遥控装置构成 由以上目标可知，这是要在原PLC 上增加一种与 DCS操作站类似的 Set Point 控制方式，即在操作站上完成机组的监视，并在操作站上下达控制指令。指令的执行、联锁及过程信号的采集都是在原 PLC 中完成的。
6、使用 PC机加局域网来构成本灰处理/ 电除尘遥控装置是最低成本最可行的方案。如图1所示 图 1. 灰处理与电除尘遥控装置拓朴示意图 I 硬件构成： 1. 图1中装置1与2为数据 I/O 服务器。控制上移后设备处于无人值守，所以使用工控机，每台机加上 AB公司的 1784KTX 卡用于与 AB-PLC3 通讯，通讯速率使用其上限：115.2kbps； 2. 图中装置8为淅江佳环公司所配的PC机，作为电除尘器的上位机，它与电除尘控制柜使用RS232进行通讯，速率为 9600bps； 3. 图上部装置5与6是安置在中控室的CRT 操作站，机柜从贝利买入，使中控室所有操作2名师资料总结 - - -精品
7、资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 7 页 - - - - - - - - - 站外观一致，但柜内计算机硬件是未经加固处理的PC机。不选工控机是因为中控室的运行环境较好。我们选低档的宏基PC服务器，这种装置也是为24小时运行设计的，且比工控机有更好的硬软件兼容性及性能，从而能减少维护及扩展费用。 4. 历史数据库服务器7是专为强化设备记录，进行状态检修而准备的，同时该服务器上装二块网卡，另一路连到厂MIS 系统，实际当一个网关来处理，连到MIS 去的信号是只读的，防止干扰正常运行。该服务
8、器连到灰控网及厂MIS 网的速率都是 100M。 5. 所有的设备用局域网连起来，为防止通讯堵塞，加强通讯安全性，两个集线器 3与4均采用3COM 的Switchhub , 保证每台机对应端口的实际最高速率可达到10M，灰控楼与中控楼的电缆距离为 250米，所以集线器之间使用光纤相连，速率为100M。 安照AB 公司的说法，还有一种简单的方式是将AB公司的 PLC用电缆直接连到中控室，但这样的方案使 PLC 独立性下降、上位机冗余实现困难。我们在实践中发现，对本厂PLC3 而言，如果 1U/2U将两组共4台 PLC 使用一根电缆连在一个通讯网上，很容易使1U/2U的灰处理控制盘全部跳闸。实际通
9、讯速率也会因轮询站点增加一倍减慢，从而使通讯有隐患。而此外，还使扩充困难，例如，电除尘的信号以及传到MIS 的信号还是要通过专门的网络来传输。所以实际比较起来，目前方案所增的钱不多，但系统扩充性，冗余性，两组PLC的独立性都优于另一方案。从而导致目前方案具有较好的可靠性与安全性，还为今后的化水上移打下了良好的基础。 II 软件构成 1 在I/O服务器上运行的与 PLC3通讯软件使用 AB公司的 Rslinx。 2 人机界面使用 wonderware 公司的 intouch 。 3 历史数据库选择wonderware 公司的IndustrialSQL 。 从与 PLC 的接口，从网络，从人机界面
10、各方面讲，最价廉的是PC机，所以用 intel PC 机组成系统。而所有在 PC机上运行的工控软件与接口通讯软件所要求的软件环境都是Windows , 所以其他操作系统软件包括所谓国产化的Liunx 都没有机会，只有用 MicroSoft Windows NT。在数据采集与数据库端都用英文版，操作站用中文版。 四 灰处理与电除尘遥控操作界面与功能 人机界面侧已经实现的操作特性是： 1 只有当灰控楼就地屏上遥控开关放置在“远程”位置，在远程上操作才是许可的，否则远程上只有监视功能，已通过PLC 编程实现。 2 所要监视与操作的对象最多三键（或鼠标点击三下）到位；保证三键到位的布局见图2。操作方式
11、有两种： a. 原有操作屏的模拟，如图2所示，保留给对灰处理屏操作熟练的原灰控操作员，画面上有标准屏，缩小屏及放大的操作键区，图 2上部是一湿灰缩小屏，下部是高压冲灰水泵操作对应的操作键区，根据不同的监视与操作需要即可在一屏上一目了然，也可放大后进行具体操作。操作有确认对话框，有确切提示，以防止误操作。这样的操作屏共有40幅。操作可以通过键盘操作，也可以通过鼠标进行，二者基本等价。模拟屏上的文字有英文和中文两种，一键切换，使原来看惯英文屏的老灰控操作员能适应，也能轻松适应原机组运行值班员扩大技能。 b. 流程图操作；这是原来没有的，如图3所示，我们设法使其中所绘的设备不仅是神似，而且基本形似，
12、所有的设备会随设备的状态变化而变化。管道的工质不同及是否在运行都有不同的状态色来表示，阀门状态类推。这种图共 7幅。与模拟盘操作相 3名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 7 页 - - - - - - - - - 图2.灰处理与电除尘控遥控装置屏幕功能划区示意 图3.操作用流程图示意：石子煤及炉底系统 4名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第
13、 4 页，共 7 页 - - - - - - - - - 比，流程图操作可监视能力更强，表达的信号比模拟盘多一倍，而且还有一些联锁功能，例如，如果某泵在就地位置，在流程图上会不可操作，但在模拟盘上还是可操作的（为了与实际盘面一致）。显然流程图更合理些，对某区的流程图监视操作更为简洁，只有7幅，对应的键区有40幅之多。但是由于有灰控室控制盘作依据，模拟盘操作相对更为准确，流程图的准确还会有一段时间。此外对于熟手，也许“灰控屏”更为一目了然； 3 画面切换时间低于1秒，大多低于0.3秒；灰处理的设备操作响应时间低于2秒，一般为1秒；实际设定的I/O Server 全点刷新周期为500ms ；电除尘
14、全点刷新周期较长，约为10秒，这与佳环公司的硬软件有关（佳环公司上位机与单板机的通讯速率为9600bps ）。由于电除尘操作不多，这种情况勉强可用，而灰处理则完全可实用。 4 报警分为软报警与硬报警，软报警即CRT 报警，报警窗与原就地盘一致。也有蜂鸣,闪光，可点击闪光区确认，亦有中英文切换以保持新老操作的兼容性；硬报警由PLC直接送往中控室 ANN 报警窗，只取三点，分别为： a. 干灰系统报警；b.湿灰系统报警；c. 电源异常 硬报警能够在上位机与PLC 通讯故障时及时提示操作员。详细内容可翻屏画面。 5 事件记录。新遥控比原装置多了事件记录（限于篇幅不再给出界面），不仅给出了一般报警项的
15、报警与复置时间，名称，还给出了所有开关量状态点的变化事件，将其分组，可以分别得到操作记录，设备动作统计。有助于设备故障分析。本系统试投用后已有二次被用于找出某泵跳闸的原因。 6 实时与历史趋势。对比起原系统只有三笔记录，本装置每台机组给出 20幅、约60点趋势记录，并给出了对应的历史趋势。 7 操作站是冗余的，即一号机的操作站可以同时操作一号机的灰处理 / 电除尘，也能操作二号机。只要在操作站的左上角“ 1”点击一下就能切换到2号机。有一授权机制，由当值值长决定是否有某种操作权限。一般情况下，只许一号机操作自已的灰处理与电除尘，二号机的只能作对照监视，无法操作。二号机操作站亦然。 8 由于网关
16、与InSQL 的存在，现在可以在厂MIS 网所复盖的任一计算机上通过wonderware 的 FactoryFocus 软件实时看到灰系统与电除尘的全部实时信息（只读），包括趋势，报表，流程，操作屏，报警。已经证实，即使在千里以外，只要一个 V.28MODEM , 也 能 得 到 全 实 时 （ 4900点 I/O ） 数 据 的 监 控 画 面 。 这 表 明 ，wonderware 在TCP/IP 及WindowsNT 上实现的实时通讯协议suitelink 确有良好的性能。 本系统已于2000 年8月在一号机组上投入试运行，二台机组在 2000 年12月全部移交运行。原灰控楼已关闭。 五
17、 遥控装置开发中的一些问题解决方案 1 人机界面软件的选择 人机界面软件的选择是本项目的关键之一。市场是对该软件价值性与有效性的权威 评 判 ， 具 有 良 好 市 场 份 额 的 产 品 是 选 择 的 基 本 原 则 之 一 。 Wonderware 的FactorySuite 2000 、 intellution 的 iFIX2.x 、 Ci Technologies 的 Citect 、 Rockware 的RSView等属于此列。实现成本是要关注的另一方面。特别要重视是对本项目的适用性。 我们 使 用 其中 的一 些软 件编制 了与 图2/ 图3类 似的 操作画 面。 对比 表明 ，
18、Wonderware 的intouch 最适合本项目的要求，该软件市场分额占全球HMI 市场的 255名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 7 页 - - - - - - - - - ，对中文，对 OPC，对操作系统与第三方软件都有很好的支持，使用简便，对本项目的构架成本略低于其他方案。特别是，intouch 的执行性能十分优越，对硬件资源的要求较低，我们认为，在工控上使用的软件所占的常规CPU时间不宜大于30，以太网负荷不大于 10%，否则系统可靠性与安全性下
19、降, 对于本项目应用，所有计算机为PIII450 ，256MB内存，实际 4952点I/O ，所有功能满负荷运行，intouch 的CPU 占用率在10% 以下，历史趋势时100% 负荷时间不超过5秒。 2 A-B PLC3/10连接方案的选择 在I/O 服务器上运行的与 PLC3通讯软件使用 Rockwell 公司的 Rslinx ，其支持 OPC协议。不选其它具有更低成本优势的方案的主要原因是第三方软件不支持AB-PLC3/10 方式下的双重冗余且缺少原制造厂商所特有的自家设备的诊断功能。实践表明，该软件有良好的性能特性。 3 电除尘连接方案 通过在电除尘上位机（图2中的8）的原VB6程序
20、中增加 DDE 协议来传递实时信息。经多次试验与反复修改，终于将560点数据全部以DDE方式送出，并能接受上位机DDE指令。但实时性尚不够理想。主要限制来源于下位机通讯9.6kbps的限制。 4 网关方案的选择 网关数据库选择 wonderware 公司的 IndustrialSQL 。该软件嵌入在 MS SQL Server上运行，我们的实践表明，其有良好的执行性能，能满足本项目 5000 点标签量的实时记录要求。该软件还有一InSQLIOS 功能，使全厂的有关PC 机能通过网关单方向安全地得到实时信号。本网关是远程监视与SCADA的关键设备，是为状态检修奠定基础。MIS客户机使用 Wond
21、erware FactoryFocus 或其他 SQLserver 客户端工具来访问。 5 遥控装置与N90 系统的时钟同步 灰处理与电除尘遥控装置的操作台虽然与机组DCS-Bailey-N90 系 统 的 机 组 操 作台并列在外砚上融为一体，但本质是两个系统，一个是Alpha 的OpenVMS 系统。一个是 intel+NT 系统，为避风险二个网相互独立。时钟无捷径统一。本厂的事故追记SOE系 统ISM-1 （Rochester公司的产品）与N90系统时钟 同 步 到 秒 。 设 有 一 上 位机，该上位机软件RiSCue虽然可以正确显示 ISM-1 传过来事 图4.遥控装置与原DCS-N
22、90时钟同步方案 件的VTQ （数值、时标、质量），但本身无法与ISM-1 同步。所以设计了图4方案。即由N90周期性（例如，每天三次）地发出时钟同步信号。然后ISM-1 将该信号连同 VTQ送往 RiSCue上位机， RiSCue再通过 OPC转送到 intouch 操作站。Intouch 强制本机与该6名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页，共 7 页 - - - - - - - - - 信号的时标进行时钟校对。网上的其他机器则通过周期性排定的AT指令与操作站时钟
23、同步。从而实现了本遥控装置与原DCS-N90时钟统一。 6 打印机共享方案 为了不在中控室增加更多的打印机，本系统通过 NT 的打印机共享方案跨网段打印。 7 挂危险牌， 现在在遥控操作台CRT 上已经编制有挂危险牌功能。一旦挂牌，所有的操作站将不能操作挂牌设备，直至再在CRT 上进行该设备的摘牌作业。目前的挂牌原则是：如果该项检修不在原灰控楼进行。则只需在遥控装置的CRT上进行挂牌作业；如果还要进入原灰控楼，则不仅要在CRT 上进行挂牌，还要在原灰控楼中原操作盘上进行挂牌作业。 六 结 论 为减员增效与强化除灰系统的监督管理的目标，本厂依靠厂内自已的力量，以较低的成本，完成了本厂1/2号机灰
24、处理/ 电除尘监视与控制的全部上移至机组中控室的遥控装置，所使用的结构是通用PC 机+通用局域网+主流商品工控软件，具备良好的性能，易学易用的人机界面，系统开放，易于维护，易于扩充，打破了过去自动化孤岛的现象，实现了在减员情况下的设备强化监视与控制，能方便地实现当前与历史进行追踪与比较，从而满足ISO9000关于趋势与倾向控制( run and trend control)管理及过程可追朔性( traceability)方面的要求。这样的结构有人称为电厂的外围DCS，这不一定确切，不过我们确已为化水系统的上移作好了设备与技术准备。我们认为，这种结构在火电厂外围系统监控，肯定是一种方向。目前，我们正在编制使用这些实时数据的设备诊断程序，进一步拓展其应用。 7名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 7 页，共 7 页 - - - - - - - - -