電廠除灰控制系統(tǒng)的改造設(shè)計(jì)

電廠除灰控制系統(tǒng)的改造設(shè)計(jì)

1繼電器回路實(shí)現(xiàn)1988年，福建功率電廠一期灰層輸機(jī)管的灰控制器由兩個(gè)程序計(jì)算機(jī)（melplac-300）、控制盤和現(xiàn)場(chǎng)盤組成。自動(dòng)控制在程序計(jì)算機(jī)盤上完成，方式選擇、遠(yuǎn)方手動(dòng)操作通過(guò)各控制盤上的繼電器回路實(shí)現(xiàn)，就地操作通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)盤上的繼電器回路實(shí)現(xiàn)。程序計(jì)算機(jī)系統(tǒng)圖見(jiàn)圖1。圖中#1機(jī)組獨(dú)立子系統(tǒng)包括#1爐底灰輸送系統(tǒng)、#1爐飛灰收集系統(tǒng)；#2機(jī)組獨(dú)立子系統(tǒng)包括#2爐底灰輸送系統(tǒng)、#2爐飛灰收集系統(tǒng)；公共子系統(tǒng)包括：轉(zhuǎn)運(yùn)倉(cāng)飛灰排放系統(tǒng)、灰漿系統(tǒng)、粗/細(xì)灰壓送系統(tǒng)、貯倉(cāng)通風(fēng)系統(tǒng)、貯倉(cāng)飛灰排放系統(tǒng)、灰水泵和減濕器等。#1、#2機(jī)組獨(dú)立子系統(tǒng)的自動(dòng)控制部分分別由#1程序計(jì)算機(jī)和#2程序計(jì)算機(jī)處理，而公共子系統(tǒng)由兩者共同處理：輸入信號(hào)同時(shí)輸入到兩套程序計(jì)算機(jī)，兩套程序計(jì)算機(jī)的輸出或運(yùn)算后作為系統(tǒng)的輸出。#1程序計(jì)算機(jī)I/O盤上有一個(gè)兩位選擇開(kāi)關(guān)，通過(guò)切換可選擇由#1程序計(jì)算機(jī)工作或#2程序計(jì)算機(jī)工作。當(dāng)選擇開(kāi)關(guān)所選擇的程序計(jì)算機(jī)發(fā)生故障時(shí)，系統(tǒng)發(fā)出程序計(jì)算機(jī)故障信號(hào)（僅對(duì)公共部分有效），此后，所有公共子系統(tǒng)的操作方式均自動(dòng)切換到手動(dòng)狀態(tài)。2原液壓系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性降低2.1原除灰控制系統(tǒng)已經(jīng)連續(xù)運(yùn)行了十多年，其核心控制設(shè)備三菱的成套設(shè)備控制器（程序計(jì)算機(jī)）、電源設(shè)備等都已超過(guò)正常使用年限，系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性已經(jīng)大大降低。2.2原程控設(shè)備的備件已經(jīng)越來(lái)越難以購(gòu)得。目前已無(wú)擴(kuò)展模塊、電源模塊、人機(jī)接口模塊等備件。2.3運(yùn)行操作界面差，在灰控制室內(nèi)對(duì)爐渣裝運(yùn)及處理系統(tǒng)的操作全部在模擬板上實(shí)現(xiàn)，模擬面板落后，維護(hù)困難，且維護(hù)費(fèi)用高。3cs1控制系統(tǒng)根據(jù)除灰系統(tǒng)的工藝特點(diǎn)，以及日本OMRON系列PLC在華能福州電廠中的良好應(yīng)用，程控改造方案設(shè)計(jì)以適用于工業(yè)環(huán)境、典型完整、性價(jià)比好的日本OMRON公司的CS1系列PLC作為系統(tǒng)的核心控制設(shè)備，采用研華工控機(jī)作為軟手操界面，并考慮到灰控內(nèi)各個(gè)子系統(tǒng)的相對(duì)獨(dú)立性，將各機(jī)組除灰系統(tǒng)的獨(dú)立控制子系統(tǒng)和公共控制子系統(tǒng)分開(kāi)，分別采用兩套雙機(jī)冗余的CS1控制站控制，通過(guò)控制站實(shí)現(xiàn)原程序計(jì)算機(jī)和繼電器回路的控制邏輯，并在一期主室內(nèi)進(jìn)行CRT軟手操和灰控?cái)?shù)據(jù)管理，又可通過(guò)一期灰控室內(nèi)的備用以太網(wǎng)接口進(jìn)行維護(hù)。改造后的除灰控制系統(tǒng)硬件組成如圖2所示。3.1冗余系統(tǒng)控制子系統(tǒng)采用日本OMRON公司的CS1控制站，用三套冗余系統(tǒng)分別控制#1機(jī)組除灰系統(tǒng)獨(dú)立子系統(tǒng)、一期除灰系統(tǒng)公共控制子系統(tǒng)、#2機(jī)組除灰系統(tǒng)獨(dú)立子系統(tǒng)。3.1.1新型控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)CS1控制站是日本OMRON公司推出的面向大型系統(tǒng)的新型控制器，采用32位的RISC芯片作為CPU，是一種高速、強(qiáng)功能、大容量的控制設(shè)備，其運(yùn)算速度在新型控制設(shè)備里處于領(lǐng)先水平，具備豐富的軟、硬件資源，提供多達(dá)30MB的程序存儲(chǔ)空間和多達(dá)484kB的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間，并可采用文件管理的方式管理存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，最多支持5120點(diǎn)本地IO，提供邏輯運(yùn)算、數(shù)字運(yùn)算、功能函數(shù)運(yùn)算（包括PID運(yùn)算、求平均值運(yùn)算等）和浮點(diǎn)運(yùn)算等運(yùn)算指令。該控制設(shè)備支持各種不同的網(wǎng)絡(luò)：從最基本的串口通信到廣為應(yīng)用的以太網(wǎng)，可以支持整個(gè)工廠范圍的通信。3.1.2獨(dú)立控制子系統(tǒng)控制站制子系統(tǒng)、一期除灰系統(tǒng)公共控制子系統(tǒng)、#2機(jī)組除灰系統(tǒng)獨(dú)立控制子系統(tǒng)。三個(gè)系統(tǒng)控制站的結(jié)構(gòu)與功能是一樣的。除灰控制系統(tǒng)內(nèi)部各控制子系統(tǒng)之間的聯(lián)系很少，只有一些聯(lián)鎖信號(hào)，從控制角度上看完全可以把公共子系統(tǒng)和獨(dú)立子系統(tǒng)分開(kāi)。改造后，系統(tǒng)將通過(guò)CLK網(wǎng)絡(luò)傳遞系統(tǒng)之間的聯(lián)鎖信號(hào)。3.1.3#1機(jī)組除灰系統(tǒng)獨(dú)立控制子系統(tǒng)控制站#1機(jī)組除灰系統(tǒng)獨(dú)立控制子系統(tǒng)控制站采用冗余的CS1控制站，其控制范圍包括#1機(jī)組除灰系統(tǒng)飛灰收集系統(tǒng)和#1機(jī)組爐底灰輸送系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)采用雙CPU單IO結(jié)構(gòu)，包括兩臺(tái)主、備用控制站和數(shù)據(jù)采集站。主備用控制站存儲(chǔ)相同的控制邏輯，正常運(yùn)行時(shí)，主控制站從IO采集站讀取數(shù)據(jù)，經(jīng)控制邏輯處理后，產(chǎn)生輸出，控制站通過(guò)CLK(ControllerLink）網(wǎng)絡(luò)將輸出數(shù)據(jù)送往IO采集站，并最終送到輸出模塊以驅(qū)動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備；備用站在主控站的每個(gè)運(yùn)行周期都通過(guò)CLK網(wǎng)絡(luò)讀取主控站程序區(qū)、數(shù)據(jù)區(qū)的數(shù)據(jù)，保持主備用站程序、數(shù)據(jù)一致；運(yùn)行過(guò)程中如果主控站發(fā)生故障，系統(tǒng)將自動(dòng)無(wú)擾切換主備用站，運(yùn)行人員也可以在正常運(yùn)行時(shí)手動(dòng)切換主備用站?？刂普就ㄟ^(guò)IO采集站采集現(xiàn)場(chǎng)輸入數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)控制邏輯運(yùn)算后，產(chǎn)生輸出數(shù)據(jù)，并通過(guò)IO采集站送到現(xiàn)場(chǎng)；同時(shí)，控制站接受監(jiān)控計(jì)算機(jī)的各種軟手操作指令，包括手/自動(dòng)選擇、遠(yuǎn)程/就地選擇、遠(yuǎn)方啟動(dòng)/停止等，根據(jù)這些指令控制站進(jìn)行邏輯處理并產(chǎn)生相應(yīng)的輸出?？刂葡到y(tǒng)圖見(jiàn)圖3。3.2監(jiān)視功能及控制過(guò)程系統(tǒng)采用3臺(tái)研華工控機(jī)作為操作站，分別稱為操作站1、操作站2和操作站3。操作站1和操作站2是運(yùn)行人員常用操作站，采用PⅢ處理器和中文WindowsNT4.0WorkStation操作系統(tǒng)，運(yùn)行iFix2.5（中文版）無(wú)限點(diǎn)HMI版組態(tài)軟件，具備完整的監(jiān)控功能。正常運(yùn)行時(shí)，2臺(tái)操作站均通過(guò)網(wǎng)絡(luò)讀取控制站的數(shù)據(jù)，并將重要數(shù)據(jù)以圖形、顏色的變化、數(shù)值等形式顯示在屏幕上，動(dòng)態(tài)顯示除灰系統(tǒng)的運(yùn)行工況，運(yùn)行人員通過(guò)監(jiān)視操作站就可以獲得系統(tǒng)的所處的狀態(tài)，進(jìn)行相應(yīng)的處理；同時(shí)，運(yùn)行人員通過(guò)操作站上的軟手操按鈕實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)除灰系統(tǒng)的自動(dòng)操作，當(dāng)運(yùn)行人員在操作站上發(fā)出軟手操指令后，系統(tǒng)通過(guò)以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)送到相應(yīng)的控制站，控制站根據(jù)這些指令執(zhí)行各種邏輯動(dòng)作過(guò)程。操作站1和操作站2具備同等的地位，其軟硬件完全一樣，運(yùn)行時(shí)同時(shí)從控制設(shè)備采集數(shù)據(jù)，且均可向控制站發(fā)出軟手操指令，當(dāng)其中1臺(tái)操作站發(fā)生故障而無(wú)法進(jìn)行正常的操作時(shí)，另外1臺(tái)操作站不受任何影響。操作站3除具備操作站1和操作站2的功能，還具備管理功能，采用PⅢ處理器和中文WindowsNT4.0專業(yè)版操作系統(tǒng)，運(yùn)行iFix2.5（中文版）無(wú)限點(diǎn)Clien版組態(tài)軟件。操作站3以操作站1和操作站2作為冗余數(shù)據(jù)采集服務(wù)器，正常運(yùn)行時(shí)，操作站3從主數(shù)據(jù)采集服務(wù)器讀寫數(shù)據(jù)，并具備與操作站1和操作站2相同的監(jiān)控功能；同時(shí)，操作站3具備工程師站的功能，工程師在該操作站上可以在線或離線修改控制站的邏輯，設(shè)置控制站的數(shù)據(jù)，管理除灰控制網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)行歷史數(shù)據(jù)查詢和報(bào)表打印等；操作站3安裝雙網(wǎng)卡，可以作為電廠其它網(wǎng)絡(luò)與除灰網(wǎng)絡(luò)通訊的網(wǎng)關(guān)設(shè)備。3.3網(wǎng)絡(luò)釣魚(yú)3.3.1速率wsf信息網(wǎng)采用超五類雙絞線作為網(wǎng)絡(luò)通信介質(zhì)，網(wǎng)絡(luò)的通信速率達(dá)100Mb/s。在信息網(wǎng)中，操作站3作為管理級(jí)計(jì)算機(jī)，安裝雙網(wǎng)卡，一方面管理一期灰控的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，一方面作為其它網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)一期灰控系統(tǒng)的網(wǎng)關(guān)設(shè)備。3.3.2i接口系統(tǒng)內(nèi)各個(gè)控制站、操作站1和操作站2之間的數(shù)據(jù)交換通過(guò)一期除灰控制室內(nèi)的星型10M/100M自適應(yīng)以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)。各控制站以太網(wǎng)單元的接口是AUI接口，通過(guò)AUI轉(zhuǎn)RJ45設(shè)備連接入交換機(jī)；操作站1和操作站2均安裝在一期主控制室內(nèi)，距離一期灰控室內(nèi)的交換機(jī)有近300多米的安裝距離，這部分空間又存在著較強(qiáng)的電磁干擾，另一方面，目前光纖的價(jià)格與粗纜接近，因此，操作站1和操作站2將通過(guò)光纖連接到一期灰控室內(nèi)的交換機(jī)，操作站的網(wǎng)卡提供RJ45接口，通過(guò)超五類雙絞線連接到RJ45轉(zhuǎn)光纖的設(shè)備，再通過(guò)光纖連接到一期灰控室內(nèi)的光纖轉(zhuǎn)RJ45設(shè)備，最后通過(guò)超五類雙絞線連接到交換機(jī)。3.3.3冗余clk網(wǎng)絡(luò)控制站之間通過(guò)CLK網(wǎng)絡(luò)交換數(shù)據(jù)，系統(tǒng)采用了兩種功能的CLK網(wǎng)絡(luò)：(1）冗余CLK網(wǎng)絡(luò)各個(gè)控制子系統(tǒng)內(nèi)部的兩套控制站通過(guò)該網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)程序和數(shù)據(jù)同步。(2）控制層CLK網(wǎng)絡(luò)各套控制站通過(guò)該網(wǎng)絡(luò)交換系統(tǒng)之間的聯(lián)鎖信號(hào)。3.4系統(tǒng)的可擴(kuò)展性系統(tǒng)采用IDOL(InterpreterDDCOrientedLanguage）面向過(guò)程的解釋性高級(jí)語(yǔ)言作為系統(tǒng)控制邏輯組態(tài)軟件，用IDOL邏輯制作程控系統(tǒng)的控制邏輯，它運(yùn)行于WindwosNT操作系統(tǒng)下，整個(gè)軟件系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，具備強(qiáng)有力的控制功能和友好的人機(jī)界面，安裝使用簡(jiǎn)單方便，具有良好的可擴(kuò)展性。IDOL作為一種圖形化的控制系統(tǒng)組態(tài)軟件，能夠減少控制系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)時(shí)間和調(diào)試周期，并能夠?qū)崟r(shí)查看系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，從而了解系統(tǒng)的運(yùn)行過(guò)程。3.5基于組件技術(shù)的應(yīng)用軟件家族系統(tǒng)采用美國(guó)Intellution公司的iFix2.5作為系統(tǒng)的界面組態(tài)軟件。IntellutionDynamics是第一套全集成的、開(kāi)放式的、真正基于組件技術(shù)的自動(dòng)化軟件產(chǎn)品家族。它區(qū)別于套裝軟件（Suite），它視各種應(yīng)用軟件為組件，集成組件于一體。iFix2.5軟件不僅包含大量圖形工具，使用戶能夠快速簡(jiǎn)單地開(kāi)發(fā)系統(tǒng)，而且Intellution軟件提供了工業(yè)界最為強(qiáng)大的功能，包括實(shí)時(shí)過(guò)程的監(jiān)視和監(jiān)督控制，報(bào)警和報(bào)警管理，歷史趨勢(shì)，統(tǒng)計(jì)過(guò)程控制，基于用戶的安全系統(tǒng)，方便的系統(tǒng)擴(kuò)展，網(wǎng)絡(luò)等。4組態(tài)軟件設(shè)計(jì)本項(xiàng)目主要研究一種由可編程控制器和工控機(jī)組成的復(fù)雜控制系統(tǒng)在電廠輔助系統(tǒng)中的應(yīng)用以及該系統(tǒng)對(duì)促進(jìn)電廠安全生產(chǎn)的程度，其技術(shù)創(chuàng)新表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：(1）應(yīng)用PLC技術(shù)采用的控制系統(tǒng)完全是定位于可編程控制器在火電廠DCS中的應(yīng)用。選擇具有高可靠性能和價(jià)格適中的OMRON公司產(chǎn)品CS1作為DCS的控制站。研究工作的成績(jī)主要體現(xiàn)在CS1能夠處理基于圖形方式建立起來(lái)的控制組態(tài)數(shù)據(jù)，能夠在不停機(jī)的狀態(tài)下保證控制過(guò)程參數(shù)或控制邏輯的無(wú)擾修正，能夠?qū)崿F(xiàn)快速的數(shù)據(jù)共享和有效的網(wǎng)絡(luò)通訊，具有成熟的系統(tǒng)自診斷功能，控制站能夠運(yùn)行多個(gè)不同功能的控制任務(wù)。(2）功能強(qiáng)大的組態(tài)技術(shù)組態(tài)技術(shù)是DCS的關(guān)鍵技術(shù)。系統(tǒng)的控制組態(tài)軟件是基于WindowsNT環(huán)境下的圖形化控制邏輯編輯與分析處理軟件，該組態(tài)軟件所見(jiàn)即所得、靈活方便、安全可靠、與控制站設(shè)備屬性無(wú)關(guān)等的特性均已達(dá)到甚至超過(guò)了目前國(guó)際上最流行的DCS組態(tài)軟件，已具備實(shí)用化的條件。(3）控制過(guò)程與iFix2.5技術(shù)結(jié)合iFix2.5是美國(guó)著名的Intellution公司的軟件產(chǎn)品，這次我們將iFix2.5軟件產(chǎn)品作為第三方產(chǎn)品集成到PineControl控制系統(tǒng)中來(lái)，其目的是增強(qiáng)系統(tǒng)的靈活性和良好的拓展性能，使DCS能夠長(zhǎng)期保持國(guó)際先進(jìn)水準(zhǔn)。為此開(kāi)發(fā)了一套基于iFix2.5數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的DCS數(shù)據(jù)引擎，使系統(tǒng)的控制數(shù)據(jù)庫(kù)與生產(chǎn)過(guò)程數(shù)據(jù)庫(kù)完美地結(jié)合起來(lái)。(4）網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展功能系統(tǒng)的操作站支持多張網(wǎng)卡，可接入其它控制系統(tǒng)（如電廠主機(jī)DCS控制系統(tǒng)），并能將系統(tǒng)信息上傳到電廠的MIS信息管理系統(tǒng)。(5）自動(dòng)化程度非常高、系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定整個(gè)控制系統(tǒng)可以達(dá)到無(wú)任何傳統(tǒng)儀表且只有一個(gè)運(yùn)行人員掌管的情況下自動(dòng)運(yùn)行。改造后系統(tǒng)采用了新型的控制設(shè)備，其可靠性明顯高于原系統(tǒng)的成套設(shè)備控制器。(6）操作介面友好采用軟手操