火电厂集控改造研究

张鹏远

(大唐环境产业集团股份有限公司，北京 100097)

1 引言

随着信息技术的发展，我国火电厂的自动化水平不断提高。DCS作为火电厂机组控制系统得到了广泛的应用，同时PLC也在火电厂辅助系统得到了大量的应用。

在我国电力建设的高峰时期，火电厂通常采用两机一控的设计方案，即两台机组合用一个控制室，分别设置一套DCS作为单元机组的控制系统，实现机、炉、电的集中控制。两套DCS系统之间设置一个公用网，分别与两台机组的DCS通过网桥连接，公用厂用电系统，燃油泵房等通过公用网控制[1]。

辅助车间一般采用PLC+上位机的控制方式，形成几个独立的控制系统，并联接成为辅助系统控制网。随着脱硫、脱硝设施大规模投运，脱硫系统、脱硝氨区(或尿素区)往往采用独立的PLC控制系统。厂内往往存在多种品牌、型号不一的控制系统。由于不同品牌的控制系统之间具有不同的通讯机制，且不同的工控软件之间通讯模块的访问接口不一致，造成不同系统之间不能通讯，数据不能共享，形成了多个信息孤岛[2,3]。

为了进一步提高火电厂自动化水平，提高数据利用效率，提高电厂管理水平，实现减员增效的目的，大集控的运行方式受到越来越多的关注。当前，国产DCS的性能水平及稳定性已经接近进口产品，而价格也不高于进口的PLC产品。新机组在建设初期便考虑大集控的运行方式，全厂辅助车间选择与机组相同的DCS产品，实现全厂数据的统一。而建设期未考虑大集控的火电厂目前也纷纷考虑采用不同的技术手段实现全厂集中控制。本文介绍了PLC与DCS实现大集控的几种方法，并对其优劣进行了比较分析。

2 在集中控制室设置辅网操作员站的方式

在集中控制室设置一台全功能的辅网操作员站，操作员站通过光缆(通常集中控制室距离辅网交换机较远)连接到辅网交换机，作为辅网的一个节点，实现了辅网在集控室的控制。这种方式最为简单，实现了物理空间上的集中控制，机组操作员可以和辅网操作员及时沟通，处理一些突发状况，实现部分的协同控制，一定程度上提高了管理水平，但由于没有实现系统之间数据的通讯及共享，是一种低水平的集中控制。该方案如图1所示。

图1 在集控室设置辅网操作员站的大集控方案

3 OPC方式

OPC(OLE for process control面向过程控制的对象链接与嵌入)是一个工业标准，基于微软的OLE(现在的Active X)、COM(部件对象模型)和DCOM(分布式部件对象模型)技术，包括一整套接口、属性和方法的标准集，用于过程控制和制造业自动化系统。当前OPC基金的会员单位超过220家，包括了世界上主要的自动化控制、仪器仪表和过程控制的公司。

OPC采用C/S(Client/Server)模型，具有语言无关性、代码重用性、易于集成性等优点。通过DCOM技术和OPC标准，可以创建一个开放的、可互操作的控制系统软件，C/S模型把开发访问接口的任务放在硬件生产厂家或第三方厂家，以OPC服务器的形式提供给用户，解决了软、硬件厂商的矛盾，完成了系统的集成，提高了系统的开放性和可互操作性。OPC客户程序通过OPC接口与服务器通信，可以访问任意的数据源，数据源可以是DCS，也可以是PLC，从而实现了DCS和PLC数据的无缝连接。OPC方式的大集控方案如图2所示。

图2 基于OPC的大集控方案

4 Modbus 方案

Modbus是施耐德开发的一个用于工业现场的总线协议，应用于各种数据采集和过程监控。ModBus网络只有一个主机，所有通信都由他发出。网络可支持247个之多的远程从属控制器，但实际所支持的从机数要由所用通信设备决定。采用这个系统，各PC可以和中心主机交换信息而不影响各PC执行本身的控制任务。此协议定义了一个控制器能认识使用的消息结构，而不管它们是经过何种网络进行通信的，通过此协议，控制器相互之间、控制器经由网络(例如以太网)和其它设备之间可以通信。Modbus支持RS232/RS485和以太网接口的数据通讯，许多DCS和PLC设备都支持Modbus协议作为通讯标准。使用Modbus方式的大集控方案如图3所示。

图3 基于Modbus的大集控方案

5 三种方案的比较

在集控室增加辅网操作员站的方案最为简单，仅需新增一台辅网操作员站以及网络设备即可。但这种方案集中控制水平低，并未实现数据的共享，仅仅是将辅网操作员站的物理位置进行了迁移，在物理空间上实现了集中控制，基本不会减少操作员的数量，对于提高电厂管理水平有限。

OPC的方案需要增加一台OPC服务器，或者也可以使用DCS操作员站作为服务器。软硬件增加不多，但是需要建立数据库，数据工作量较大。OPC建立在windows操作系统上，其数据处理能力取决于数据库的容量，在PLC数据库容量较大的情况下，数据传输速度较慢，有一定的延迟，因此适用于与机组运行密切相关且规模较小的PLC系统与DCS的集控，例如蒸汽吹灰系统。曾蓉，冯继勇等[3]介绍了使用OPC实现蒸汽吹灰系统与机组DCS的集中控制方案。

Modbus方案是PLC与DCS控制器级的通讯，需要增加额外的DCS控制器来完成对PLC控制系统数据的读写、监视和控制。该方案软硬件投入较大，需要对DCS进行逻辑组态与画面组态，数据工作量较大。这种方案数据处理能力取决于DCS控制器的处理能力，当通讯的数据量较大特别是当指令信号较多时，容易导致延迟。针对这种情况，可以通过调整通讯的波特率或者增加DCS控制器的数量来改善数据处理能力。理论上这种方案可以将全厂的辅助系统PLC全部集成到DCS控制系统进行监控。陈小宾[4]介绍了DCS与PLC通过modbus集成的方法，刘林虎[5]介绍了大唐阳城电厂将10个辅助系统与DCS集成的方案，该方案中涉及到三个不同品牌的四种PLC控制器与DCS集成，效果良好。杨凯，周振辉[6,7]介绍了大唐红河电厂13个辅助系统与DCS的集成方案，目前该厂已经基本实现了全厂设备的集中控制。

需要指出的是，由于Modbus方案由施耐德公司最早提出，因此昆腾系列PLC对Modbus的支持性也最好，最容易实现，成本也比较低。其他品牌的PLC可能需要配置额外的Modbus通讯卡件，成本较高。针对不同的PLC和DCS，需要大量细致的软件调整工作。

综上所述，可以针对不同的辅助系统选择OPC方案或者Modbus方案，最终实现火电厂机组DCS和辅助系统PLC控制网络的集中控制，达到减员增效，提高电厂运行水平和管理水平的目标。