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　1. 火力發(fā)電廠外圍設(shè)備控制的現(xiàn)狀
　　分散控制系統(tǒng)（DCS）在現(xiàn)代火力發(fā)電廠大型機組上已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用，它逐漸取代了以前的常規(guī)儀表，提高了機組控制水平，許多機組都達到了全自動、全程控功能，可以說目前我國許多大機組的主設(shè)備控制已達到國際先進水平，但是外圍設(shè)備，如：化學(xué)補給水系統(tǒng)、廢水處理系統(tǒng)、除灰除渣系統(tǒng)、輸煤系統(tǒng)、循環(huán)水泵、空氣壓縮機站、制氫站、燃油泵、啟動鍋爐和綜合水泵等，在電廠籌建期間，由于預(yù)算高壓縮基建投資時往往壓的最多的就是外圍設(shè)備的投資。由于預(yù)算低，必然使外圍設(shè)備選型落后，控制水平低，基本上就是傳統(tǒng)的就地繼電器回路控制，好一點的控制系統(tǒng)采用PLC控制。這就與主廠房的DCS集中控制形成鮮明對比，主廠房設(shè)備控制廣泛采用DCS，并達到國際先進水平，而輔助公用系統(tǒng)往往由不同設(shè)備制造商提供，采用的設(shè)備和控制技術(shù)相差很大，有的采用較高檔次的可編程序控制器（PLC），并取消了盤臺后備控制，實現(xiàn)了全CRT控制；有的則使用常規(guī)盤裝儀表控制表，致使外圍設(shè)備的控制室多達十幾個，需要的運行值班人員多，設(shè)備故障率高、維護量大，且設(shè)備故障跳閘后由于沒有先進的事件記錄功能，導(dǎo)致不能很好地分析事件原因和預(yù)防事件的再發(fā)生。隨著電力體制改革的深入，廠網(wǎng)已經(jīng)分開，以后各發(fā)電商之間的競爭會越來越劇烈，而競爭的核心就是降低發(fā)電成本，提高勞動生產(chǎn)率。因此如何利用先進的計算機技術(shù)，將相互獨立的各個輔助外圍系統(tǒng)改造為集中控制或相對集中控制，實現(xiàn)外圍控制系統(tǒng)無人值班化或少人值班，不僅可以使外圍設(shè)備系統(tǒng)控制水平提高，減少設(shè)備故障率，而且可以大量減少運行人員，大幅度提高勞動生產(chǎn)率，達到減人增效的目的。這個現(xiàn)實的課題已經(jīng)擺在了許多電廠人的面前。
　　2．外圍設(shè)備控制改造的方案和技術(shù)
　　外圍系統(tǒng)設(shè)備是否需要以及如何改造，要進行綜合的技術(shù)經(jīng)濟比較才能決定。要計算投入產(chǎn)出比，投入就是全部的改造費用及改造不好帶來的遺留問題，產(chǎn)出就是改造成功后設(shè)備可以實現(xiàn)遠方監(jiān)控，減少運行維護人員，設(shè)備故障率低。
　　現(xiàn)有幾種方案可以對外圍設(shè)備控制進行設(shè)計和改造，即全廠外圍設(shè)備系統(tǒng)只設(shè)1個控制點且把這個控制點放在集控室控制，此為單點控制；也可采用相對集中控制，即設(shè)立若干個相對集中控制點。根據(jù)不同的集中控制方式，可以采用不同的控制技術(shù)，如現(xiàn)場總線技術(shù)FCS、分散控制系統(tǒng)DCS和可編程控制器PLC等，可產(chǎn)生多種控制方案。何種方案最佳，需依據(jù)實際情況而定，不可一概而論。例如：由于輸煤系統(tǒng)離主廠房相對較遠且控制對象繁多，近期可單獨采用PLC控制，在燃料區(qū)域設(shè)一個控制點，并將輸煤控制與D外圍其它控制系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)；啟動鍋爐房使用的時間很短，可設(shè)立單獨的簡單控制系統(tǒng)，而其它外圍輔助系統(tǒng)則可采用兩種方式控制：一是擴展主機DCS，利用擴展后的DCS，通過單元機組DCS操作員站實現(xiàn)外圍系統(tǒng)控制，該方案可以減少控制設(shè)備種類，發(fā)揮全能值班員最大潛能，在統(tǒng)一控制系統(tǒng)設(shè)備，便于維護管理等方面具有明顯的優(yōu)越性，但是對于投產(chǎn)后的機組，在運行期間進行改造有一定的風險，并且需要較長周期才能干完。但如果措施周密，計劃得當，也應(yīng)該是可以利用檢修機會突擊成功的；另一方案就是建立外圍系統(tǒng)集中控制點，控制點設(shè)在集控室（或其它地方），集控室內(nèi)可設(shè)單獨的操作員站而與單元機組控制相對獨立。這種方案的優(yōu)點是風險小，可以在機組運行期間施工和調(diào)試，只有很少的工作，如循環(huán)水泵控制的接入，需要停機進行，缺點是需要增加一套控制系統(tǒng)。
　　在應(yīng)用技術(shù)選擇方面，由于外圍設(shè)備分散，不可把全部控制單元放在集控室，那樣需要敷設(shè)的電纜太多了。近年來現(xiàn)場總線的大量應(yīng)用和它的實際可靠性，給現(xiàn)在的外圍設(shè)備改造提供了理論基礎(chǔ)和現(xiàn)場應(yīng)用的廣泛平臺?，F(xiàn)場總線（FCS）對遠方設(shè)備控制具有無可比擬的優(yōu)越性，利用它可以將I/O控制柜放在就地，而把中央控制單元放在主廠房電子間內(nèi)，從而可以大幅度減少對電纜的使用，進一步提高系統(tǒng)的擴展性，促進系統(tǒng)的組態(tài)更加靈活、操作維護方便?？s小電子間，大大減少集中控制設(shè)備。
　　3 日照電廠外圍設(shè)備控制系統(tǒng)改造
　　日照電廠一期工程2*350MW機組主廠房內(nèi)的設(shè)備利用融資從國外購買，鍋爐由西班牙FOSTER-WHEELER供貨，汽輪機、發(fā)電機和變壓器由SIEMENS供貨，主設(shè)備的控制系統(tǒng)采用了SIEMENS的分散控制系統(tǒng)bbbEPERM-XP，主廠房內(nèi)的凝水精處理控制、吹灰控制系統(tǒng)、除灰控制系統(tǒng)采用西門子生產(chǎn)的S系列PLC，但是外圍設(shè)備的控制系統(tǒng)如：渣漿泵、燃油泵、循環(huán)水泵、工業(yè)水泵等還是就地控制，采用的控制設(shè)備大部分是常規(guī)操作和顯示儀表，故障率高、維護量大。致使機組主值班人員每臺機組5人左右，而外圍設(shè)備值班人員大約在15人左右。為此，日照電廠對外圍設(shè)備系統(tǒng)控制進行分析研究，提出了可能的改造方案，把原來未納入集控室控制的設(shè)備納入集控運行，并增加外圍設(shè)備電視監(jiān)控功能，提高電廠自動化水平，達到減人增效的目的。
　　3.1 外圍設(shè)備系統(tǒng)存在的問題
　　日照電廠通過投產(chǎn)后兩年的運行情況，發(fā)現(xiàn)外圍控制系統(tǒng)設(shè)計不合理，控制設(shè)備、技術(shù)落后的問題，已成為電廠安全穩(wěn)定運行的重大隱患。主要問題如下：
　　3.1.1循環(huán)水泵與循環(huán)水出口碟閥聯(lián)鎖控制不可靠，曾多次發(fā)生聯(lián)啟泵不成功，但后來試驗時又正常的情況，但在以后運行中又可能發(fā)生問題，由于沒有事件記錄功能，很難找到問題的癥結(jié)所在。
　　3.1.2旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)由于水位差計選型不當、程序參數(shù)及邏輯設(shè)計不合適，致使旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)程控長時間不能運行；
　　3.1.3 由于控制設(shè)備差，自動投不上，使許多的操作靠運行人員在現(xiàn)場監(jiān)視和手動；
　　3.1.4 外圍設(shè)備的控制沒有事故追憶，使一些設(shè)備異常無法判斷，并制定相應(yīng)的解決及預(yù)防措施；
　　3.1.5燃油泵房、循環(huán)水泵房、工業(yè)水泵房等系統(tǒng)比較分散，距離集控室較遠，給系統(tǒng)的運行、維護管理帶來許多困難。
　　3.1.6 輸煤程控單獨運行，無法根據(jù)運行的需要進行上煤和配煤。
　　3.2　外圍設(shè)備系統(tǒng)控制改造的可行性和必要性
　　3.2.1 控制方案設(shè)想
　　DCS系統(tǒng)在主廠房設(shè)備上的成功應(yīng)用表明，利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和現(xiàn)代控制技術(shù)是可以成功地實現(xiàn)外圍系統(tǒng)集中監(jiān)控的。我們的想法是建立一套獨立于機組主DCS的單獨的外圍設(shè)備集中控制系統(tǒng)，使用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和現(xiàn)場總線技術(shù)，將服務(wù)器（上位機）安裝在集控室，用于對所有外圍設(shè)備系統(tǒng)的監(jiān)視和控制。新增外圍系統(tǒng)的中央處理單元（ CPU全部冗余配置）放在電子間的外圍控制柜，分別將輸入輸出I/O控制柜放在就地，使用遠程I/O方式通過ProfiBus總線與CPU通訊，再通過光纖環(huán)網(wǎng)連接將CPU與服務(wù)器（上位機）連在一起，這樣就地的有關(guān)生產(chǎn)過程信息上傳至集控室的服務(wù)器供運行人員監(jiān)視；反過來，運行人員又可通過該服務(wù)器（上位機）下傳來控制、干預(yù)每個外圍系統(tǒng)的運行情況，從而實現(xiàn)對每個系統(tǒng)的遠方監(jiān)控。這樣既提高了設(shè)備在線管理的水平，又極大減輕了運行人員的勞動強度。
　　3.2.2 與老系統(tǒng)的互聯(lián)通訊
　　我廠除灰系統(tǒng)（包括石子煤、爐底渣、飛灰、電除塵）、凝結(jié)水精處理、化學(xué)水處理、輸煤系統(tǒng)等原設(shè)計就是采用可編程控制器（PLC）的程序控制系統(tǒng)。國際電工委員會（IEC）頒布的PLC標準中定義“可編程控制器及其有關(guān)設(shè)備，都應(yīng)按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一整體、易于擴充功能的原則設(shè)計”，因此新增加的外圍系統(tǒng)使用PLC控制就可以與原PLC系統(tǒng)互相通訊。這樣原來的可編程控制器程控系統(tǒng)為實現(xiàn)外圍系統(tǒng)集中監(jiān)控奠定了較好基礎(chǔ)；而投產(chǎn)以來這些程控系統(tǒng)運行穩(wěn)定，也為外圍系統(tǒng)集中監(jiān)控提供了可靠保證。循環(huán)水泵房內(nèi)的泵、碟閥和旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)原來的PLC控制不可靠，這次就全部更新改造。只有渣漿泵、燃油泵、工業(yè)水泵、網(wǎng)控設(shè)備使用傳統(tǒng)的儀表監(jiān)視和手動操作手段，原來都沒有使用PLC控制。因此，需要對網(wǎng)控、渣漿泵、燃油泵、工業(yè)水泵房等設(shè)備系統(tǒng)的控制進行改造，實現(xiàn)PLC控制。
　　3.2.3 預(yù)期達到的目標
　　通過集中監(jiān)控改造，針對控制設(shè)備差、控制不可靠、程序設(shè)計不合理等系統(tǒng)，選用先進可靠的控制裝置，重新進行設(shè)計，增加事故追憶功能，就可以徹底解決系統(tǒng)設(shè)計不合理、自動投不上、現(xiàn)場監(jiān)視手段落后、無事故追憶等問題；并且通過集中監(jiān)控改造，將現(xiàn)場就地監(jiān)控，集中到電廠中央控制室，方便了系統(tǒng)運行維護管理，這樣既提高了設(shè)備健康水平又提高了管理水平，也為企業(yè)進一步改革、發(fā)展、創(chuàng)新打下一個良好的基礎(chǔ)，因此是非常必要的。
　　4．外圍控制系統(tǒng)改造方案
　　4.1 總體控制方案設(shè)計
　　改造的總體思路是改造后能夠在集控室實現(xiàn)全廠設(shè)備監(jiān)控，但不能敷設(shè)大量長控制電纜，要利用現(xiàn)場總線技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)使現(xiàn)場控制設(shè)備和電子間的CPU進行通訊。具體改造方案如下：
　　4.1.1 根據(jù)各外圍系統(tǒng)實際情況，選用PLC的合適控制范圍：渣漿泵房、燃油泵房、工業(yè)水泵房、凈水站、化學(xué)加藥系統(tǒng)因各分系統(tǒng)小、I/O點少所以共用一套PLC（冗余）進行控制；
　　4.1.2 網(wǎng)控設(shè)備、#1機組循環(huán)水泵、＃2機組循環(huán)水泵房分別各用一套PLC（冗余）控制；每個外圍系統(tǒng)PLC CPU（冗余）放在電子間的外圍控制柜，分別在就地安裝一個遠程I/O站使用遠程I/O（ET200）方式通過ProfiBus雙絞線電纜與PLC CPU通訊，再通過光纖環(huán)網(wǎng)連接與服務(wù)器通訊。
　　4.1.3 輸煤、化水、凝結(jié)水采用原設(shè)計的PLC控制，通過光纜連接，與Switch Hub（交換機）連接后與服務(wù)器通訊。
　　4.1.4 除灰和吹灰系統(tǒng)采用原先的PLC，只將PLC挪至電子間的外圍控制柜，就地使用遠程I/O站。
　　4.1.5 整個外圍集中監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)配備2臺服務(wù)器、5臺上位機、1臺Switch Hub（交換機）、新增4對CPU。
　　4.1.6 服務(wù)器通過光纖環(huán)網(wǎng)將有關(guān)生產(chǎn)過程信息采集上來并進行處理、分析和監(jiān)視；5臺上位機再通過以太網(wǎng)從2臺服務(wù)器將有關(guān)生產(chǎn)過程信息采集上來并進行處理、分析和監(jiān)視；反過來，服務(wù)器又可控制、干預(yù)每個系統(tǒng)的運行情況，上位機可通過服務(wù)器實現(xiàn)控制、干預(yù)每個系統(tǒng)的運行情況，從而整個外圍集中監(jiān)控系統(tǒng)可實現(xiàn)對每個外圍系統(tǒng)的遠方監(jiān)控。
　　4.1.7為滿足以后循泵、工業(yè)水泵和燃油泵實現(xiàn)變頻控制的要求，外圍集控系統(tǒng)應(yīng)設(shè)計有預(yù)留接口；同時，海水制氯、新增的旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)亦要求納入外圍監(jiān)控系統(tǒng)。
　　4.2 硬件配置情況
　　4.2.1 服務(wù)器采用DELL服務(wù)器，共2臺，CPU采用PIII處理器，主頻850HZ，256M內(nèi)存，40G硬盤，21英寸顯示器。上位機采用西門子工控機，共5臺，CPU采用PIII處理器，主頻450HZ，256M內(nèi)存，10G硬盤，21英寸顯示器。配備兩臺打印機（彩色A3噴墨和針式打印機各一臺）。上位機操作系統(tǒng)采用bbbbbbsNT WorkStation4.0中文版。
　　4.2.2 將網(wǎng)控、#1機組循環(huán)水泵、＃2機組循環(huán)水泵房、其它公用系統(tǒng)（渣漿泵房、燃油泵房、工業(yè)水泵房、凈水站、化學(xué)加藥系統(tǒng)）、#1和#2除灰控制系統(tǒng)、#1和#2吹灰控制系統(tǒng)直接聯(lián)接至光纖環(huán)網(wǎng)上，光纖環(huán)網(wǎng)路線：集控室——電子間——集控室。
　　4.2.3 將化學(xué)水處理、凝結(jié)水控制系統(tǒng)、輸煤系統(tǒng)直接連接至集控室交換機（Switch hub），服務(wù)器及上位機通過3COM網(wǎng)卡連接至交換機（Switch hub）。同時，交換機（Switch hub）也作為外圍系統(tǒng)與MIS系統(tǒng)的接口；
　　4.2.4 化學(xué)水處理PLC為GE的90-30系列PLC，輸煤系統(tǒng)PLC為MODICON 984系列 PLC，其它系統(tǒng)PLC為西門子PLC S5系列或S7系列。
　　4.2.5 控制系統(tǒng)I/O點設(shè)計留有一定余量，保證所有與生產(chǎn)有關(guān)的信息，如設(shè)備管理和經(jīng)濟運行指標系統(tǒng)需要的數(shù)據(jù)，首先需采集到外圍控制系統(tǒng)，再經(jīng)過統(tǒng)一的接口傳輸?shù)組IS網(wǎng)，提供給相關(guān)系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)處理。
　　4.2.6 為系統(tǒng)的安全考慮，所有I/O柜電源均采用雙路切換互為備用方式，在各泵房A、B段400VAC母線上各取一路供電；內(nèi)部24VDC開關(guān)電源采用母線制，兩路24VDC開關(guān)電源并行同時供電。
　　4.3 軟件設(shè)計原則
　　應(yīng)用程序開發(fā)包括兩部分：上位機畫面監(jiān)控程序和PLC應(yīng)用程序。為使本系統(tǒng)具有最大的兼容性，監(jiān)控軟件采用Inbbblution公司的iFIX無限點軟件（iFIX軟件系專業(yè)的工控軟件，支持所有廠家PLC產(chǎn)品）。軟件設(shè)計遵循以下原則：
　　4.3.1 應(yīng)用程序應(yīng)根據(jù)各系統(tǒng)設(shè)備運行工藝要求，確定所有外圍系統(tǒng)的功能需求方案，即應(yīng)用程序要嚴格按照設(shè)備本身情況或設(shè)備運行實際需要進行開發(fā)。
　　4.3.2 監(jiān)控系統(tǒng)功能包括系統(tǒng)畫面生成、事故追憶系統(tǒng)、各種曲線顯示和打印、各種報表自動生成等。
　　4.3.3 監(jiān)視畫面要符合主設(shè)備控制系統(tǒng)（bbbEPERM XP）人機界面的設(shè)計風格，按照分級瀏覽、逐級細化的原則設(shè)計畫面，采用彈出式窗口、下拉式菜單等多種廣為流行的設(shè)計手段實現(xiàn)畫面的切換和顯示，單個畫面的工藝流程、信息顯示（包括運行參數(shù)、狀態(tài)、故障情況等）和各種曲線；且布局要合理、生動，色調(diào)柔和。
　　4.3.4 事故追憶系統(tǒng)應(yīng)包括所有進入控制系統(tǒng)或系統(tǒng)輸出的開關(guān)量和模擬量（如運行參數(shù)、輸出指令、狀態(tài)反饋等）以及控制系統(tǒng)本身發(fā)生的事件（如卡件或通訊故障等），所有I/O點均可以曲線的形式顯示，為實現(xiàn)系統(tǒng)運行在線分析、診斷提供豐富的數(shù)據(jù)資源。
　　5．結(jié)束語
　　日照電廠外圍控制系統(tǒng)集中監(jiān)控改造已于2001年完成并投入運行，是首家實現(xiàn)外圍系統(tǒng)集中監(jiān)控改造的電廠。各外圍系統(tǒng)就地控制室撤消，由集控室對所有外圍系統(tǒng)生產(chǎn)全過程進行監(jiān)視和控制，減少了外圍系統(tǒng)運行人員，減輕了運行人員勞動強度，實現(xiàn)了企業(yè)減人增效，提高了企業(yè)管理和自動化水平。實踐證明，日照電廠外圍控制系統(tǒng)集中監(jiān)控改造是成功的，為熱控系統(tǒng)進一步改造，提高電力生產(chǎn)自動化水平起到很好的典范作用。