基于PLC的电厂化学水系统集中控制的实现

2016-11-24贾静仪

资源节约与环保 2016年6期

关键词：机架上位发电厂

贾静仪

（广东省粤电集团有限公司珠海发电厂广东珠海519050）

基于PLC的电厂化学水系统集中控制的实现

贾静仪

（广东省粤电集团有限公司珠海发电厂广东珠海519050）

电力工业是国民经济的重要基础工业，是国家经济发展战略中的重点和先行产业，同时也是节能降耗的重点领域，而火电厂控制系统的自动化水平很大程度上影响了节能减排工作的成效。当下，发电厂辅网集中监控系统已成为电力工业自动化发展的新趋势和研究方向。本文结合珠海发电厂化学水系统PLC升级改造项目，具体介绍了电厂辅网集中监控系统建立的主要过程，以及该系统建立对于有效降低电厂运行维护成本，提高系统运行的安全性、稳定性和经济效益所发挥的重要作用。

PLC；以太网；集中控制

在电厂的工艺流程中，化学水的处理占据了非常重要的地位。水的品质直接影响锅炉、汽轮机等热力设备的安全和经济运行。除了采用新工艺、投用新设备外，化学水处理自动化程度的提升也日渐引起人们的注意。

本文所介绍的珠海发电厂一期（#1、#2机组2×700MW亚临界）化学水系统就是通过PLC升级改造，实现了自动化程度的大幅提升，满足了自动控制的需求，顺应了绿色经济发展的要求。

1　系统简介

珠海发电厂一期（#1、#2机组2×700MW亚临界）化学水系统主要包括生水预处理系统、补给水除盐系统、凝结水精处理系统、工业废水处理系统等，各控制系统的配置详情参照表1。

表1　珠海发电厂化学水控制系统配置（改造前）

各系统均采用美国Allen-Bradley公司（以下简称AB公司）产品，其中凝结水精处理系统采用PLC-5系列，其余三个系统采用SLC500系列。凝结水精处理系统使用互为冗余的CPU，其余三个系统均为单CPU、单电源配置。各系统由DH+链路挂接在一起通过GWC向DCS传送数据。就地均设有操作员站，其中生水预处理系统和工业废水处理系统通过就地触摸屏操控，补给水除盐系统和凝结水精处理系统通过设在就地的上位机操控。

2　项目实施

2.1设计方案

通过对珠海发电厂化学水系统的现状分析，此次改造主要是对化学水各系统的PLC升级并进行I/O通道的扩容，改造后各控制系统的配置详情参照表2。

表2　珠海发电厂化学水控制系统配置（改造后）

各控制系统统一升级为AB公司Control Logix5000系列PLC，CPU、电源卡件、通讯卡件进行冗余配置，发生故障时系统可以自动以无扰方式快速切换至与其冗余的控制站。废除原有的DH+网络，采用以太网进行通讯，建立化学辅网，并在集控室设置辅网操作员站，上位机统一安装AB公司的Factory Talk View监控软件，以实现对生水预处理系统、补给水除盐系统、凝结水精处理系统和工业废水处理系统的集中控制。

2.2可行性分析

此次改造选用ControlLogix5000系列PLC，很大程度上提升了控制系统的先进性、安全性和稳定性。传统的DH+网络通讯速率慢、稳定性差，且一旦出现问题很难排查。随着网络技术的发展，以太网通讯已十分普及，通讯速度快、稳定性高、无距离限制等等这些优点使得它成为各大工控企业的首选。结合珠海发电厂化学水系统的现状，建立以太环网，实现其四个子系统的集中控制，既可以很好地解决该系统现存的诸多问题，也是实现节能减排的重要技术手段。

2.3具体实施

2.3.1前期准备

前期的准备主要包括图纸的修改、程序的转换和监控画面的绘制三部分。

此次改造并不改变原有的接线方式，图纸上的修改主要包括网络拓扑图、新装CPU机柜的布置图、扩容部分的模块接线图等。利用RSLogix5000自带的程序转换工具将原SLC500、PLC-5程序转换为ControlLogix5000程序。各监控画面统一使用FactoryTalk ViewSE，除盐水、精处理监控画面仿照各自原本的组态软件在SE中绘制，生水、废水原本没有上位机，故上位画面需重新开发，就地触摸屏画面使用FactoryTalk ViewME，仿照原Panel-Builder绘制。

2.3.2现场施工

2.3.2.1生水系统的现场施工工作可概括

（1）以太网模块刷好版本、设好IP地址，按照系统配置图纸拼装新PLC机架，并在旧机架模块对应槽位处做好标示，便于必要时恢复旧系统；（2）将熔断端子的一端与新PLC机架中各模块的出线相连接；（3）生水系统停运期间，将熔断端子出的临时线并接在原有端子的右侧（注意220V电源和24V电源的接线）；（4）所有端子接完后，开始调试新模块，单操，对信号；（5）所有新程序及设备调试完成后，拆掉旧的配线，安装新机架及模块，分批拆除旧模块；拆除旧触摸屏，安装新触摸屏并下装程序。

2.3.2.2凝结水精处理系统的现场施工工作可概括

（1）以太网模块刷好版本、设好IP地址，按照系统配置图纸拼装新PLC机架（全部14个I/O站）；（2）按照新旧每个站的机架模块安装各种预支电缆，底板安装前置前驱等；（3）拆除旧机架、模块，安装新机架、模块、光电转换器等；（4）各I/O站上电，CPU下装程序，更新上位画面；（5）调试新程序。

2.3.3程序调试

废水系统的重要性相对较弱，每次停运时间控制在7～8个小时，故在接线完成后，可以先进行单体调试。按照试运清单，由运行人员在就地触摸屏逐个操作各个设备，就地观察设备动作是否正常。单体调试完毕后，直接投入顺控试运。

精处理系统由#1、#2机和公共再生三部分组成，调试也分开进行。#1机停机大修期间进行调试。公共再生系统选在#2精处理3个床体全部再生完毕后进行调试，时间相对充裕，此时#1机和公共再生部分的改造工作已经完成，直接投运输送再生，再生完毕后，#2机的树脂也即将失效，此时再对#2机进行卡件的更换和调试。

2.3.4环网构建

化学水各系统升级改造全部完成后，将新设立在集控室的辅网操作台投入使用。由于各系统改造时的IP地址已做好规划，通过设立在集控室的化控交换机，应用AB公司的FactoryTalk View SE监控软件，就可以实现三台上位机的远程操作和监控。

2.4实施过程中遇到的问题及解决方案

2.4.1由于化学水各系统是逐个升级，在改造过程中必然有部分系统是Logix5000以太网环网结构，部分系统还是PLC-5及SLC500的DH+结构，但是各系统间又有数据通讯。为使未改造系统能够正常工作，就必须在三种类型不同的PLC中建立通讯。采用1756-DHRIO模块，用于不同通讯协议的转换，采用MSG通讯方式（见表3），实现多个系统之间的数据交换，解决了各系统由于升级不同步所带来的问题。

表3　珠海发电厂化学水系统间通讯

2.4.2集控室来往人员比较复杂，不同于各系统就地控制室设有门禁系统，且化控操作台不像主机有主副值监盘，有被人误操作的风险，安全性较差。通过上位机监控软件FactoryTalkViewSE可以很好地解决这个问题，通过用户权限的规划窗口，设定Monitor（仅监控不操作），Operator（可监控可操作），Administrator（可监控可操作可修改参数）等用户，满足不同人员的操作需求，提高了系统的安全性。

2.4.3除盐系统的画面由RSView32升级为FactoryTalk View SE后，加载速度迟缓，画面切换大概需要4s、5s的时间，影响运行人员的正常操作，且该问题并未在其他系统中显现。选取一张画面进行试验，通过排除发现由于RSView32到FactoryTalk ViewSE的转换是通过特定软件完成，画面中的图形未经SE开发，也没有存在于SE的图形库中，大量外部图形占据了存储的容量，这种间接的加载方式直接影响了上位画面的运行速度。通过FactoryTalk ViewSE重新开发除盐系统上位画面，此问题得以解决。

3　可靠性和经济性分析

可靠性方面，化学水各系统由原来的单CPU、单电源配置升级为冗余系统，当主控制站出现问题时，系统将自动无扰切换至备用站，提高了系统运行的可靠性。升级后的以太环网具有速度快、稳定性高的特点，通过以太网环网试验可以证实，任意一路通讯中断时，整个环网依然可以保证通讯的畅通。上位机画面中也同时增加了网络故障报警图，当任意以太网模块故障造成通讯中断时，会在上位画面弹出报警，方便维护人员进行排查。

经济性方面，改造前化学水各系统都已运行超过十年，硬件老化，备件停产等都使得维护成本相对较高。各系统控制站散落全厂各处，无论对于操作的运行人员还是对于维护的检修人员来讲，都在一定程度上耗费了人力，减缓了效率。升级后的系统安全性和稳定性都比较高，直接降低了维护成本，可以集中控制的化学辅网的建立也在很大程度上提高了劳动生产率，降低了能耗，满足了节能减排的要求。