目前,大型火電廠輔助系統大多采用ＰＬＣ進行控制,各個輔助系統獨立設一套監控系統,有各自的控制室、操作員站、模擬控制盤,造成設備重復設置,運行人員多且分散,不利于管理。鑒于此,蘇州華能發電廠在國內率先對包括凈水系統、反滲透系統、補給水系統、凝結水精處理系統、爐水加藥系統、汽水取樣系統和廢水系統在內的化學水處理生產過程實施控制站分散布置,操作員站集中管理的分布式控制。該系統將各輔助系統控制站通過高速通訊網絡聯接,設置一套監控操作室,既不影響各輔助系統控制站按就近控制原則合理布置,減少Ｉ/Ｏ信號電纜及其敷設成本,又能實現集中監控和管理,減少設備和運行人員的重復設置,達到了降低基建投資和減員增效的目的。
1　系統結構
蘇州華能發電廠2×300ＭＷ機組化學水處理分散控制系統設凈水控制站、反滲透控制站、補給水控制站、凝結水精處理控制子系統(包括1號機凝結水精處理站、2號機凝結水精處理站和再生控制站)、爐水加藥控制站、汽水取樣站和廢水處理控制站。各站均以美國Ａ-Ｂ公司的ＰＬＣ-5系列產品為平臺。在化水車間控制室設2臺操作員站,其中1臺兼做工程師站;在主機集控室設1臺監視操作站,同時兼做通訊接口機,與全廠ＭＩＳ和主機ＤＣＳ通訊。操作員站均以ＷｉｎｄｏｗｓＮＴ4.0(英文版)加中文之星為操作系統,以ＲＳＶｉｅｗ32為組態平臺開發的監控軟件運行。各控制站和操作員站通過冗余的ＣｏｎｔｒｏｌＮｅｔ網聯接。系統結構如圖1所示。
系統對約1400個Ｉ/Ｏ點進行控制,其中補給水站300點,凈水站300點,反滲透站140點,凝結水精處理子系統320點,爐內加藥站140點,汽水取樣站50點,廢水處理站150點。控制系統留有10%的Ｉ/Ｏ余量。
ＣｏｎｔｒｏｌＮｅｔ網絡為總線型結構,基于生產者/消費者模型,各節點站作為生產者把需要發送的數據按一定格式打包發送到網絡上,網絡上其它各節點站作為消費者按需提取數據,通信效率高。網絡通信速率為5Ｍｂｐｓ,傳輸介質為同軸粗纜,阻抗為75Ω。網絡通信電纜與各節點站之間通過Ｔ型連接器實現聯接,安裝和調試簡便,連接穩固,維護量小。網段內只有2個節點時最大傳輸距離為1000ｍ,隨著節點的增多,最大傳輸距離將減小,其計算公式為:1000-(Ｎ-2)×16.8ｍ,其中Ｎ為節點數。全廠化學水處理系統各站位置分散較大,網絡長1.8ｋｍ,網絡上共有節點12個,因此設置了一對中繼器。　 　
圖1　蘇州華能發電廠2×300ＭＷ機組化學水處理控制系統結構
2　ＰＬＣ選型
目前,多數火電廠各輔助系統的控制設備與其工藝主設備一同招標實施,由于各主設備廠家常用不同品牌的ＰＬＣ,因而造成同一電廠有多種品牌的ＰＬＣ系統,且各系統獨立運行。隨著電廠生產水平的不斷提高以及減員增效和降低發電成本的要求,需把各獨立的ＰＬＣ系統用高速通訊網絡聯成分散控制和集中管理的集散控制系統。對此,常有以下幾種解決方案:(1)利用以太網技術和Ｗｉｎｄｏｗｓ系列操作系統的Ｎｅｔ ＤＤＥ技術,把各輔助系統的操作員站聯接到新建的監視管理以太網上;(2)根據少數服從多數的原則,為Ｉ/Ｏ點數較少的ＰＬＣ選用網關把該型ＰＬＣ聯接到電廠主型ＰＬＣ實時通信網絡上;(3)對于新建電廠,規劃和設計時要求統一選用同型ＰＬＣ。這3種解決方案的投資情況和系統性能比較見表1。
表1　3種方案的投資情況和系統性能比較
由表1可以看出,方案1投資最大。采用以太網做監控系統的主干網,網絡速度、穩定性和可靠性均一般,維護量大,通常只能進行監視管理,因此系統性能一般;方案2改造投資稍小,系統性能較方案1好;方案3投資最少,而且網絡速度高并可冗余,連接件統一且穩固,穩定性和可靠性都很高,維護工作量較小,在網絡上工作站的增減組態靈活、簡便,系統性能較前2種高。因此,蘇州華能發電廠為化學水處理系統各工藝子站均選用了Ａ-Ｂ公司ＰＬＣ5系列產品,通過高速冗余網絡使這些控制子站與操作員站聯網,實現了化學水處理系統的集中監控和管理。
3　系統主要功能
蘇州華能發電廠化學水處理分散控制系統具有化學水處理過程數據采集與處理,流量、液位等模擬量自動調節,各子系統閥門和泵等設備遠程軟手操控制和按照一定的條件或邏輯順控功能組控制,以及聯鎖和閉鎖等功能。
為保證鍋爐補給水或處理后的廢水水質達標,凈水加藥量、爐水各種加藥量以及廢水加酸堿量的控制采用ＰＩＤ閉環回路調節,控制系統采集的處理前水質數據經過ＰＩＤ功能塊計算后再通過變頻器控制加藥泵轉速來調節加藥量。對需按照條件順序或時間順序執行的過程,控制系統采用順控功能組控制。補給水站每個順控功能組有自動和半自動2種方式。在半自動或自動方式下,運行人員可通過暫停/繼續或跳步等手段按程序流程進行操作,減少因個別設備的不正常反饋或拒動對自動投入的影響。半自動方式下操作員能通過單步鍵對高效過濾器、活性炭過濾器、一級和二級除鹽等設備進行停運、反沖洗或再生、投運等的控制。自動方式下,當時間周期或條件滿足時可自動停運該設備并進行再生或反洗,然后再投運,如對3個活性炭過濾器和2個高效過濾器(均并列運行)的控制;或者同時投運備用設備,如對2列一級除鹽設備和2列二級除鹽設備的控制。凈水站順控功能組對機械攪拌澄清池實現自動定時排泥,對擦洗濾池實現自動反洗、投運;凝結水精處理站順控功能組在混床失效時自動控制樹脂的輸送、再生等順序過程。為保證泵或風機不在空負荷下長時間運行,并保證相關出口母管壓力在規定范圍內,控制系統還通過聯鎖或閉鎖的方式實現自動控制。如凈水站根據清水箱水位自動啟停化學水泵,根據消防水管網壓力自動啟停穩壓水泵和消防水泵;補給水站在除鹽裝置再生過程中,自動加酸堿,直到酸堿計量箱液位達到高限值,壓縮空氣系統保持壓縮空氣壓力恒定;當樹脂傳送時,禁止凝結水精處理混床投入運行,防止樹脂傳送到已充滿或正進行再生的容器中。
4　系統特點
蘇州華能發電廠2×300ＭＷ機組化學水處理控制系統具有下列特點:(1)各控制站均采用同類型的ＰＬＣ硬件和系統軟件開發而成;(2)在國內首次采用冗余的高速實時通信網絡把化學水處理各子站聯接起來;(3)只在化水控制室設操作員站,實現集中監控和管理,減少各站常規控制室設置,達到降低基建投資和減員增效的目的;(4)在主機集控室設1臺監視站,便于主機運行人員直接了解和監視化水車間運行情況,同時也方便化水控制系統與主機ＤＣＳ和全廠ＭＩＳ系統的通訊。
5　結　論
蘇州華能發電廠化學水處理分散控制系統已正常投運1年,達到了規劃和設計的要求。控制站運行穩定,維護量小,程序或參數可在線修改和下載,不影響控制站的正常運行。操作員站漢化圖形界面軟件數據更新快,并有多媒體語音報警功能,主機運行人員通過聯接在化學水處理控制系統主干網上的操作員站可以直接監視化水系統的參數和設備運行情況。與相同裝機容量但未實施化學水處理分散控制系統的電廠相比,運行人員數量減少三分之二。該系統的成功投運可為大型火電機組新建或改造工程提供經驗。