电厂除灰控制系统的改造设计

电厂除灰控制系统的改造设计

1继电器回路实现1988年，福建功率电厂一期灰层输机管的灰控制器由两个程序计算机（melplac-300）、控制盘和现场盘组成。自动控制在程序计算机盘上完成，方式选择、远方手动操作通过各控制盘上的继电器回路实现，就地操作通过现场盘上的继电器回路实现。程序计算机系统图见图1。图中#1机组独立子系统包括#1炉底灰输送系统、#1炉飞灰收集系统；#2机组独立子系统包括#2炉底灰输送系统、#2炉飞灰收集系统；公共子系统包括：转运仓飞灰排放系统、灰浆系统、粗/细灰压送系统、贮仓通风系统、贮仓飞灰排放系统、灰水泵和减湿器等。#1、#2机组独立子系统的自动控制部分分别由#1程序计算机和#2程序计算机处理，而公共子系统由两者共同处理：输入信号同时输入到两套程序计算机，两套程序计算机的输出或运算后作为系统的输出。#1程序计算机I/O盘上有一个两位选择开关，通过切换可选择由#1程序计算机工作或#2程序计算机工作。当选择开关所选择的程序计算机发生故障时，系统发出程序计算机故障信号（仅对公共部分有效），此后，所有公共子系统的操作方式均自动切换到手动状态。2原液压系统的稳定性和可靠性降低2.1原除灰控制系统已经连续运行了十多年，其核心控制设备三菱的成套设备控制器（程序计算机）、电源设备等都已超过正常使用年限，系统的稳定性和可靠性已经大大降低。2.2原程控设备的备件已经越来越难以购得。目前已无扩展模块、电源模块、人机接口模块等备件。2.3运行操作界面差，在灰控制室内对炉渣装运及处理系统的操作全部在模拟板上实现，模拟面板落后，维护困难，且维护费用高。3cs1控制系统根据除灰系统的工艺特点，以及日本OMRON系列PLC在华能福州电厂中的良好应用，程控改造方案设计以适用于工业环境、典型完整、性价比好的日本OMRON公司的CS1系列PLC作为系统的核心控制设备，采用研华工控机作为软手操界面，并考虑到灰控内各个子系统的相对独立性，将各机组除灰系统的独立控制子系统和公共控制子系统分开，分别采用两套双机冗余的CS1控制站控制，通过控制站实现原程序计算机和继电器回路的控制逻辑，并在一期主室内进行CRT软手操和灰控数据管理，又可通过一期灰控室内的备用以太网接口进行维护。改造后的除灰控制系统硬件组成如图2所示。3.1冗余系统控制子系统采用日本OMRON公司的CS1控制站，用三套冗余系统分别控制#1机组除灰系统独立子系统、一期除灰系统公共控制子系统、#2机组除灰系统独立子系统。3.1.1新型控制系统设计CS1控制站是日本OMRON公司推出的面向大型系统的新型控制器，采用32位的RISC芯片作为CPU，是一种高速、强功能、大容量的控制设备，其运算速度在新型控制设备里处于领先水平，具备丰富的软、硬件资源，提供多达30MB的程序存储空间和多达484kB的数据存储空间，并可采用文件管理的方式管理存储数据，最多支持5120点本地IO，提供逻辑运算、数字运算、功能函数运算（包括PID运算、求平均值运算等）和浮点运算等运算指令。该控制设备支持各种不同的网络：从最基本的串口通信到广为应用的以太网，可以支持整个工厂范围的通信。3.1.2独立控制子系统控制站制子系统、一期除灰系统公共控制子系统、#2机组除灰系统独立控制子系统。三个系统控制站的结构与功能是一样的。除灰控制系统内部各控制子系统之间的联系很少，只有一些联锁信号，从控制角度上看完全可以把公共子系统和独立子系统分开。改造后，系统将通过CLK网络传递系统之间的联锁信号。3.1.3#1机组除灰系统独立控制子系统控制站#1机组除灰系统独立控制子系统控制站采用冗余的CS1控制站，其控制范围包括#1机组除灰系统飞灰收集系统和#1机组炉底灰输送系统。控制系统采用双CPU单IO结构，包括两台主、备用控制站和数据采集站。主备用控制站存储相同的控制逻辑，正常运行时，主控制站从IO采集站读取数据，经控制逻辑处理后，产生输出，控制站通过CLK(ControllerLink）网络将输出数据送往IO采集站，并最终送到输出模块以驱动现场设备；备用站在主控站的每个运行周期都通过CLK网络读取主控站程序区、数据区的数据，保持主备用站程序、数据一致；运行过程中如果主控站发生故障，系统将自动无扰切换主备用站，运行人员也可以在正常运行时手动切换主备用站。控制站通过IO采集站采集现场输入数据，经过控制逻辑运算后，产生输出数据，并通过IO采集站送到现场；同时，控制站接受监控计算机的各种软手操作指令，包括手/自动选择、远程/就地选择、远方启动/停止等，根据这些指令控制站进行逻辑处理并产生相应的输出。控制系统图见图3。3.2监视功能及控制过程系统采用3台研华工控机作为操作站，分别称为操作站1、操作站2和操作站3。操作站1和操作站2是运行人员常用操作站，采用PⅢ处理器和中文WindowsNT4.0WorkStation操作系统，运行iFix2.5（中文版）无限点HMI版组态软件，具备完整的监控功能。正常运行时，2台操作站均通过网络读取控制站的数据，并将重要数据以图形、颜色的变化、数值等形式显示在屏幕上，动态显示除灰系统的运行工况，运行人员通过监视操作站就可以获得系统的所处的状态，进行相应的处理；同时，运行人员通过操作站上的软手操按钮实现对整个除灰系统的自动操作，当运行人员在操作站上发出软手操指令后，系统通过以太网网络将数据送到相应的控制站，控制站根据这些指令执行各种逻辑动作过程。操作站1和操作站2具备同等的地位，其软硬件完全一样，运行时同时从控制设备采集数据，且均可向控制站发出软手操指令，当其中1台操作站发生故障而无法进行正常的操作时，另外1台操作站不受任何影响。操作站3除具备操作站1和操作站2的功能，还具备管理功能，采用PⅢ处理器和中文WindowsNT4.0专业版操作系统，运行iFix2.5（中文版）无限点Clien版组态软件。操作站3以操作站1和操作站2作为冗余数据采集服务器，正常运行时，操作站3从主数据采集服务器读写数据，并具备与操作站1和操作站2相同的监控功能；同时，操作站3具备工程师站的功能，工程师在该操作站上可以在线或离线修改控制站的逻辑，设置控制站的数据，管理除灰控制网络，进行历史数据查询和报表打印等；操作站3安装双网卡，可以作为电厂其它网络与除灰网络通讯的网关设备。3.3网络钓鱼3.3.1速率wsf信息网采用超五类双绞线作为网络通信介质，网络的通信速率达100Mb/s。在信息网中，操作站3作为管理级计算机，安装双网卡，一方面管理一期灰控的计算机网络，一方面作为其它网络访问一期灰控系统的网关设备。3.3.2i接口系统内各个控制站、操作站1和操作站2之间的数据交换通过一期除灰控制室内的星型10M/100M自适应以太网实现。各控制站以太网单元的接口是AUI接口，通过AUI转RJ45设备连接入交换机；操作站1和操作站2均安装在一期主控制室内，距离一期灰控室内的交换机有近300多米的安装距离，这部分空间又存在着较强的电磁干扰，另一方面，目前光纤的价格与粗缆接近，因此，操作站1和操作站2将通过光纤连接到一期灰控室内的交换机，操作站的网卡提供RJ45接口，通过超五类双绞线连接到RJ45转光纤的设备，再通过光纤连接到一期灰控室内的光纤转RJ45设备，最后通过超五类双绞线连接到交换机。3.3.3冗余clk网络控制站之间通过CLK网络交换数据，系统采用了两种功能的CLK网络：(1）冗余CLK网络各个控制子系统内部的两套控制站通过该网络实现程序和数据同步。(2）控制层CLK网络各套控制站通过该网络交换系统之间的联锁信号。3.4系统的可扩展性系统采用IDOL(InterpreterDDCOrientedLanguage）面向过程的解释性高级语言作为系统控制逻辑组态软件，用IDOL逻辑制作程控系统的控制逻辑，它运行于WindwosNT操作系统下，整个软件系统稳定可靠，具备强有力的控制功能和友好的人机界面，安装使用简单方便，具有良好的可扩展性。IDOL作为一种图形化的控制系统组态软件，能够减少控制系统的开发时间和调试周期，并能够实时查看系统的运行状态，从而了解系统的运行过程。3.5基于组件技术的应用软件家族系统采用美国Intellution公司的iFix2.5作为系统的界面组态软件。IntellutionDynamics是第一套全集成的、开放式的、真正基于组件技术的自动化软件产品家族。它区别于套装软件（Suite），它视各种应用软件为组件，集成组件于一体。iFix2.5软件不仅包含大量图形工具，使用户能够快速简单地开发系统，而且Intellution软件提供了工业界最为强大的功能，包括实时过程的监视和监督控制，报警和报警管理，历史趋势，统计过程控制，基于用户的安全系统，方便的系统扩展，网络等。4组态软件设计本项目主要研究一种由可编程控制器和工控机组成的复杂控制系统在电厂辅助系统中的应用以及该系统对促进电厂安全生产的程度，其技术创新表现在以下几个方面：(1）应用PLC技术采用的控制系统完全是定位于可编程控制器在火电厂DCS中的应用。选择具有高可靠性能和价格适中的OMRON公司产品CS1作为DCS的控制站。研究工作的成绩主要体现在CS1能够处理基于图形方式建立起来的控制组态数据，能够在不停机的状态下保证控制过程参数或控制逻辑的无扰修正，能够实现快速的数据共享和有效的网络通讯，具有成熟的系统自诊断功能，控制站能够运行多个不同功能的控制任务。(2）功能强大的组态技术组态技术是DCS的关键技术。系统的控制组态软件是基于WindowsNT环境下的图形化控制逻辑编辑与分析处理软件，该组态软件所见即所得、灵活方便、安全可靠、与控制站设备属性无关等的特性均已达到甚至超过了目前国际上最流行的DCS组态软件，已具备实用化的条件。(3）控制过程与iFix2.5技术结合iFix2.5是美国著名的Intellution公司的软件产品，这次我们将iFix2.5软件产品作为第三方产品集成到PineControl控制系统中来，其目的是增强系统的灵活性和良好的拓展性能，使DCS能够长期保持国际先进水准。为此开发了一套基于iFix2.5数据结构的DCS数据引擎，使系统的控制数据库与生产过程数据库完美地结合起来。(4）网络扩展功能系统的操作站支持多张网卡，可接入其它控制系统（如电厂主机DCS控制系统），并能将系统信息上传到电厂的MIS信息管理系统。(5）自动化程度非常高、系统运行稳定整个控制系统可以达到无任何传统仪表且只有一个运行人员掌管的情况下自动运行。改造后系统采用了新型的控制设备，其可靠性明显高于原系统的成套设备控制器。(6）操作介面友好采用软手操