目前,大型火电厂辅助系统大多采用ＰＬＣ进行控制,各个辅助系统独立设一套监控系统,有各自的控制室、操作员站、模拟控制盘,造成设备重复设置,运行人员多且分散,不利于管理。鉴于此,苏州华能发电厂在国内率先对包括净水系统、反渗透系统、补给水系统、凝结水精处理系统、炉水加药系统、汽水取样系统和废水系统在内的化学水处理生产过程实施控制站分散布置,操作员站集中管理的分布式控制。该系统将各辅助系统控制站通过高速通讯网络联接,设置一套监控操作室,既不影响各辅助系统控制站按就近控制原则合理布置,减少Ｉ/Ｏ信号电缆及其敷设成本,又能实现集中监控和管理,减少设备和运行人员的重复设置,达到了降低基建投资和减员增效的目的。
1　系统结构
苏州华能发电厂2×300ＭＷ机组化学水处理分散控制系统设净水控制站、反渗透控制站、补给水控制站、凝结水精处理控制子系统(包括1号机凝结水精处理站、2号机凝结水精处理站和再生控制站)、炉水加药控制站、汽水取样站和废水处理控制站。各站均以美国Ａ-Ｂ公司的ＰＬＣ-5系列产品为平台。在化水车间控制室设2台操作员站,其中1台兼做工程师站;在主机集控室设1台监视操作站,同时兼做通讯接口机,与全厂ＭＩＳ和主机ＤＣＳ通讯。操作员站均以ＷｉｎｄｏｗｓＮＴ4.0(英文版)加中文之星为操作系统,以ＲＳＶｉｅｗ32为组态平台开发的监控软件运行。各控制站和操作员站通过冗余的ＣｏｎｔｒｏｌＮｅｔ网联接。系统结构如图1所示。
系统对约1400个Ｉ/Ｏ点进行控制,其中补给水站300点,净水站300点,反渗透站140点,凝结水精处理子系统320点,炉内加药站140点,汽水取样站50点,废水处理站150点。控制系统留有10%的Ｉ/Ｏ余量。
ＣｏｎｔｒｏｌＮｅｔ网络为总线型结构,基于生产者/消费者模型,各节点站作为生产者把需要发送的数据按一定格式打包发送到网络上,网络上其它各节点站作为消费者按需提取数据,通信效率高。网络通信速率为5Ｍｂｐｓ,传输介质为同轴粗缆,阻抗为75Ω。网络通信电缆与各节点站之间通过Ｔ型连接器实现联接,安装和调试简便,连接稳固,维护量小。网段内只有2个节点时最大传输距离为1000ｍ,随着节点的增多,最大传输距离将减小,其计算公式为:1000-(Ｎ-2)×16.8ｍ,其中Ｎ为节点数。全厂化学水处理系统各站位置分散较大,网络长1.8ｋｍ,网络上共有节点12个,因此设置了一对中继器。　 　
图1　苏州华能发电厂2×300ＭＷ机组化学水处理控制系统结构
2　ＰＬＣ选型
目前,多数火电厂各辅助系统的控制设备与其工艺主设备一同招标实施,由于各主设备厂家常用不同品牌的ＰＬＣ,因而造成同一电厂有多种品牌的ＰＬＣ系统,且各系统独立运行。随着电厂生产水平的不断提高以及减员增效和降低发电成本的要求,需把各独立的ＰＬＣ系统用高速通讯网络联成分散控制和集中管理的集散控制系统。对此,常有以下几种解决方案:(1)利用以太网技术和Ｗｉｎｄｏｗｓ系列操作系统的Ｎｅｔ ＤＤＥ技术,把各辅助系统的操作员站联接到新建的监视管理以太网上;(2)根据少数服从多数的原则,为Ｉ/Ｏ点数较少的ＰＬＣ选用网关把该型ＰＬＣ联接到电厂主型ＰＬＣ实时通信网络上;(3)对于新建电厂,规划和设计时要求统一选用同型ＰＬＣ。这3种解决方案的投资情况和系统性能比较见表1。
表1　3种方案的投资情况和系统性能比较
由表1可以看出,方案1投资最大。采用以太网做监控系统的主干网,网络速度、稳定性和可靠性均一般,维护量大,通常只能进行监视管理,因此系统性能一般;方案2改造投资稍小,系统性能较方案1好;方案3投资最少,而且网络速度高并可冗余,连接件统一且稳固,稳定性和可靠性都很高,维护工作量较小,在网络上工作站的增减组态灵活、简便,系统性能较前2种高。因此,苏州华能发电厂为化学水处理系统各工艺子站均选用了Ａ-Ｂ公司ＰＬＣ5系列产品,通过高速冗余网络使这些控制子站与操作员站联网,实现了化学水处理系统的集中监控和管理。
3　系统主要功能
苏州华能发电厂化学水处理分散控制系统具有化学水处理过程数据采集与处理,流量、液位等模拟量自动调节,各子系统阀门和泵等设备远程软手操控制和按照一定的条件或逻辑顺控功能组控制,以及联锁和闭锁等功能。
为保证锅炉补给水或处理后的废水水质达标,净水加药量、炉水各种加药量以及废水加酸碱量的控制采用ＰＩＤ闭环回路调节,控制系统采集的处理前水质数据经过ＰＩＤ功能块计算后再通过变频器控制加药泵转速来调节加药量。对需按照条件顺序或时间顺序执行的过程,控制系统采用顺控功能组控制。补给水站每个顺控功能组有自动和半自动2种方式。在半自动或自动方式下,运行人员可通过暂停/继续或跳步等手段按程序流程进行操作,减少因个别设备的不正常反馈或拒动对自动投入的影响。半自动方式下操作员能通过单步键对高效过滤器、活性炭过滤器、一级和二级除盐等设备进行停运、反冲洗或再生、投运等的控制。自动方式下,当时间周期或条件满足时可自动停运该设备并进行再生或反洗,然后再投运,如对3个活性炭过滤器和2个高效过滤器(均并列运行)的控制;或者同时投运备用设备,如对2列一级除盐设备和2列二级除盐设备的控制。净水站顺控功能组对机械搅拌澄清池实现自动定时排泥,对擦洗滤池实现自动反洗、投运;凝结水精处理站顺控功能组在混床失效时自动控制树脂的输送、再生等顺序过程。为保证泵或风机不在空负荷下长时间运行,并保证相关出口母管压力在规定范围内,控制系统还通过联锁或闭锁的方式实现自动控制。如净水站根据清水箱水位自动启停化学水泵,根据消防水管网压力自动启停稳压水泵和消防水泵;补给水站在除盐装置再生过程中,自动加酸碱,直到酸碱计量箱液位达到高限值,压缩空气系统保持压缩空气压力恒定;当树脂传送时,禁止凝结水精处理混床投入运行,防止树脂传送到已充满或正进行再生的容器中。
4　系统特点
苏州华能发电厂2×300ＭＷ机组化学水处理控制系统具有下列特点:(1)各控制站均采用同类型的ＰＬＣ硬件和系统软件开发而成;(2)在国内首次采用冗余的高速实时通信网络把化学水处理各子站联接起来;(3)只在化水控制室设操作员站,实现集中监控和管理,减少各站常规控制室设置,达到降低基建投资和减员增效的目的;(4)在主机集控室设1台监视站,便于主机运行人员直接了解和监视化水车间运行情况,同时也方便化水控制系统与主机ＤＣＳ和全厂ＭＩＳ系统的通讯。
5　结　论
苏州华能发电厂化学水处理分散控制系统已正常投运1年,达到了规划和设计的要求。控制站运行稳定,维护量小,程序或参数可在线修改和下载,不影响控制站的正常运行。操作员站汉化图形界面软件数据更新快,并有多媒体语音报警功能,主机运行人员通过联接在化学水处理控制系统主干网上的操作员站可以直接监视化水系统的参数和设备运行情况。与相同装机容量但未实施化学水处理分散控制系统的电厂相比,运行人员数量减少三分之二。该系统的成功投运可为大型火电机组新建或改造工程提供经验。