CEMS系统PLC冗余改造

肖盛贤，余 彪，王炜炜

(国投宣城发电有限责任公司，安徽 宣城 242052)

CEMS系统PLC冗余改造

肖盛贤，余 彪，王炜炜

(国投宣城发电有限责任公司，安徽 宣城 242052)

针对某发电厂烟气脱硫CEMS系统与PLC系统间单网通讯易出现故障的问题，提出一种将PLC系统改造为双机冗余热备配置的方案，并对其原理和关键点进行说明。改造提高了系统的可靠性，确保系统通讯不中断，提高环保数据的在线率，减免了环保考核。

CEMS；数据采集与控制系统；冗余配置

0 引言

某电厂1号机组烟气脱硫CEMS(continuous emission monitoring system，烟气在线监控系统)系统为北京雪迪龙科技股份有限公司生产的RSC-900系列产品。该产品正常运行时较为稳定，但是在环保方面仍存在不足之处。

根据《污染源自动监控设施运行管理办法(环发[2008]6号)》和《国家重点监控企业污染源自动监测数据有效性审核办法(环发[2009]88号)》相关文件要求，在线监测设备因故障不能正常采集和传输数据时，应采用人工方法进行监测，且人工监测周期不得低于6 h/次。这对在线监测设备数据采集和传输的可靠性提出了更高的要求。因此，对机组原CEMS系统的组成、结构和数据采集及通讯传输方式进行分析，提出了将数据采集与PLC(programmable logic controller，可编辑逻辑控制器)系统改造成双机冗余热备配置的改造方案。

1 CEMS系统的结构与组成

烟气脱硫CEMS系统由颗粒物CEMS和气态污染物CEMS、烟气参数测量子系统、数据采集与控制系统(PLC系统)组成。

图1 CEMS系统结构

CEMS系统结构如图1所示，颗粒物CEMS为粉尘参数测量，气态污染物CEMS为SO2、NOX、O2烟气参数测量，烟气参数测量子系统为流量、压力、温度、湿度测量。上述被测量均需经由PLC系统运算后，方可传输至应用层(省电力公司数据平台、工厂数据端、一体化工作站)，然后在一体化工作站(DAS)由数据采集仪通过无线GPRS传输至环保部门数据平台。

2 PLC系统组成

该PLC系统采用西门子公司的S7-200型产品，现场设备与应用层之间的通讯必须经由S7-200CN处理该型产品的CPU为单一非冗余配置，其组成如图2所示，由于S7-200型产品硬件结构的原因，导致CEMS系统只能实现单网通讯，一旦网络出现故障，通讯将随之中断。此时应用层将无法监测现场参数，环保部门也接收不到机组的运行数据，即使此时脱硫系统运行也将被视为停运，从而使企业遭受脱硫电价考核及环保罚款。

图2 PLC系统组成

3 PLC冗余热备配置原理和关键点

3.1 冗余热备配置原理

如图3所示，将PLC系统改造为西门子412-5H型产品，实现双机冗余热备配置。正常工作时，主CPU运行，辅CPU监视主CPU中的运算数据，主辅CPU之间通过同步电缆连接。当主CPU出现故障时，可以无扰切换至辅CPU运行。CPU与每一层I/O卡件之间通过IM153-2通讯模块连接，通讯模块之间采用并行连接并且冗余配置，当主通讯模块出现故障时，可以无扰切换至辅通讯模块运行。一体化工作站(DAS)采用双网卡配置，2个网卡分别与主辅CPU连接，当其中1路出现网络故障时，可以切换至备用通讯网络，不影响数据传输。

图3 冗余热备配置PLC系统结构

3.2 配置关键点

由于省电力公司数据平台上位机为串口通讯(MODBUS)协议，西门子412-5H型CPU不支持串口通讯协议，需加装1个CP341串口通讯卡件，方可实现数据的传输。由于西门子公司400与200系列PLC程序不通用，为此重新编写了数据转发规则，按照新的数据转发规则，西门子412-5H型CPU和省电力公司数据平台之间的通讯问题得到了顺利解决。

4 系统改造后的应用情况

冗余设计提高了整个系统的平均无故障时间，缩短了平均故障修复时间。因此，在重要系统上应用冗余热备配置非常必要。本方案采用并联冗余系统(互为冗余，即1：1冗余)，与单部件相比，平均无故障时间增大至原来的1.5倍。改造至今未发生CEMS数据通讯中断的情况，降低了CEMS系统通讯故障几率，避免企业机组运行期间因CEMS系统故障而产生的脱硫电价考核及环保罚款。

5 结束语

根据目前国内CEMS系统的使用情况，大多数系统集成厂家在设计产品时，都本着满足环保部相关文件要求即可的态度，在系统可靠性上并未投入太多的精力。随着环保要求的日益严格，CEMS系统需要保持越来越高的在线率。系统冗余改造既能满足环保更高要求，又能降低系统故障率能够在数据采集系统出现故障且通讯传输不中断的情况下进行检修，给维护人员提供充足的时间。该公司实施改造方案后，系统运行稳定、可靠。这证明CEMS数据采集与控制系统冗余改造是必要且可行的，是大型火电机组提高环保数据在线率、减免环保考核的一种探索。

2013-11-29。

肖盛贤(1984-)，男，工程师，主要从事火电厂热工技术工作，email：xsx198403@163.com。

余 彪(1977-)，男，工程师，主要从事火电厂热工技术工作。

王炜炜(1980-)，女，助理工程师，主要从事火电厂环保工作。