文章作者：程來勝1，殷 鷹2 ，
（1．南京G22恒峰自動化集團股份有限公司，江蘇 南京 211100 2．大唐南京發電廠，江蘇 南京 211100）
摘要：本文討論了大型火電廠輔助車間係統的控製要求，以大唐南京發電有限公司的全廠輔助車間為例，介紹了NT6000分散控製係統在輔助車間集中控製項目上的設計方案、實踐情況、網絡結構和工程特色。
關鍵詞：DCS、輔助車間集中控製、現場總線
大唐南京電廠建設規模是2台660MW超超臨界燃煤發電機組。按照大唐集團公司的精神和設計原則：第一要采用新技術，來提高自動化水平，第二要降低電廠的建設投資成本，第三在運行之後，要進行運行方式的改革，以實現減員增效。按照這樣一個原則，在輔助車間的技術方案選型上，打破了常規方案的局限，選用了集中控製方案；在硬件平台的選擇上，將PLC和DCS放在一起進行比較，最終經過招投標選擇了性價比更好，更加適合集中控製應用要求的G22恒峰NT6000分散控製係統。同時在部分係統中，采用了現場總線技術，為現場總線技術在火電廠的應用，進行了有益的嚐試。
1、控製係統配置
大唐南京電廠全廠輔助係統（車間）集中控製係統的控製範圍包括：綜合泵房、淨水係統、鍋爐補給水係統、兩台機組的凝結水精處理及再生設備，化學取樣加藥係統、機組排水槽、脫硝氨區、工業和脫硫廢水處理、生活汙水處理、煤泥水處理、暖通、輸煤、除灰係統、除渣、電除塵和脫硫等工藝係統。按照工藝係統，控製係統分成水務控製係統、灰煤渣控製係統、脫硫控製係統；其中水務控製係統監控點設在主控室內，灰煤渣控製係統、脫硫控係統監控點設在輔控綜合樓，每個監控站均為全功能站，能夠監控和操作全廠輔網設備狀態，同時通過權限設置不同的用戶，區別監視和操作輸煤、除灰、脫硫等工藝係統設備，構建了一個全廠輔助車間集中控製係統。
1.1、監控點配置
本工程設置2個值班監控點和3個後備監控點。值班監控點在正常運行時完成對輔助車間各係統的監控；後備監控點作為調試、試運行、檢修時的後備操作點，按無人值班考慮。一個值班監控點設在單元機組集控室內, 配置4 套輔助車間控製係統操作員站，監控對象為水務控製係統；另一個監控值班點設在輔控綜合樓，配置6 套輔助車間控製係統操作員站，監控對象為脫硫、輸煤、除灰渣係統。輔控綜合樓工程師站有脫硫工程師站1 套，輔網工程師站1 套、SIS 接口裝置1 台，曆史數據服務器1 套。3個後備監控點按無人值班考慮，分別為化學水處理2個後備監控點、凝結水1個後備監控點。後備監控點用於調試、檢修及試運行期間的操作，具備針對本係統的獨立監控能力與組態調試能力。
1.2、控製器與I/O 配置
整套控製係統配置25對冗餘控製器，IO點配置規模為13000點左右。
（1）水務控製係統配置
綜合泵房、淨水處理配置1對控製器；
反滲透、化學除鹽、再生係統及化學電源係統配置2 對控製器；
每台機組的凝結水精處理及汽水取樣配置2 對控製器；
凝結水精處理再生配置1對控製器；
暖通係統配置2對控製器；
工業廢水處理及脫硫廢水配置2對控製器。
在廢水係統中采用了profibus現場總線技術，每條總線上分別有DP、PA設備組成，DP總線包含的設備有：馬達控製器、電磁閥導、電動門執行機構等； PA總線包含的設備有：液位計、壓力變送器、流量等。替代了傳統IO點300點。現場總線方案與常規係統相比，減少了常規IO模件的使用，減少大量電纜及電纜敷設工作，能夠獲取總線設備的大量現場信息，降低了工程造價，縮短了施工和調試時間，係統可靠性高，診斷信息豐富，便於後期維護。
（2）灰煤渣控製係統配置
輸煤綜合樓、轉運站、雨水泵配置2對控製器；
輸煤碼頭、煤倉、煤場配置3對控製器；
每台機組除灰渣配置2對控製器；
灰庫、灰公用、氨區配置2對控製器。
（3）脫硫控係統配置
每台機組脫硫配置4對控製器，脫硫公用係統配置2對控製器。
1.3、網絡結構圖
大唐南京電廠輔網網絡結構分為三大環形網絡結構組成，幾個子工藝係統組成單個冗餘環形網絡，單個冗餘環網之間相對獨立，又通過交換機集聯的方式連接，形成全廠網絡。詳細分布如下：
（1）水務網絡：綜合泵房、淨水、化補水、廢水、脫硫廢水、#1、2精處理及公用、#1、2機暖通及公用；
（2）灰煤渣網絡：#1、2機灰渣、灰庫、空壓機公用、輸煤（碼頭、煤場、煤倉）、電除塵通訊；
（3）脫硫網絡：#1、2機脫硫、脫硫公用。
2、項目應用總結
2008年7月，該項目招投標結束，2009年4 月第一次設計聯絡會完成，2010年8月4日 和2010年12月4日 ，兩台機組順利通過168 小時，正式投入商業運營，標誌著大唐南京全廠輔助車間DCS 集中控製係統通過現場驗收。目前兩台機組運行將近1年的時間，輔控集中控製係統硬件運行穩定可靠，13000餘點、遍布全廠的大型控製係統網絡運行穩定，未出現硬件損壞；係統易於使用，經過短期的培訓，維護人員就能夠熟練掌握係統的維護和修改。
通過NT6000在大唐南京電廠的應用總結，我們認為NT6000的技術特點能夠很好地滿足集中控製的需求。
2.1、豐富靈活的組態模式滿足複雜多變的應用需求
輔助車間集中控製包括多種多樣的控製需要，有複雜的順序控製，也有複雜的模擬量控製。傳統的PLC係統的模擬量處理能力相對較弱，而傳統DCS在完成複雜順序控製時也顯示比較繁瑣。
NT6000 DCS分散控製係統，支持IEC61131-3標準規定的五種編程語言，功能塊圖FBD、順序功能圖SFC、結構化文本ST、梯形圖LD、指令表IL。傳統PLC係統的模擬量處理能力相對較弱的一個主要標誌是FBD功能塊中缺少專業化的控製模塊，而不得不使用結構化文本ST或梯形圖LD來做複雜的二次開發。NT6000的功能塊中除了標準的模擬量和開關量運算功能塊，還針對工業現場的常用需要設計了集成功能模塊，包括電動機、各種開關閥門、調門、水位測量、流量計算的功能塊，隻要從功能庫中直接調出模塊，連接相關的IO測點，就可以組成功能完善的邏輯組態。
對於傳統DCS而言，一般僅支持功能模塊圖FBD組態，完成模擬量控製的能力較強，但是對於複雜的順序功能則顯示比較繁瑣。NT6000中的順序功能圖SFC是IEC61131-3標準中專門解決複雜順序功能的解決方案。SFC以自然語言的結構來描述複雜的順序過程，組態效率和可讀性都非常好。對有著大量順序控製需求的輔助車間集中控製而言，SFC組態方式是一個非常好的解決方案。
2.2、高可靠性、大容量的網絡支持全廠分布集中控製
輔網集中控製中工藝係統比較多，設備分布在全廠各個角落，整個輔網組網非常龐大，所以網絡的安全性和容量就成為輔網中的一個重要問題。NT6000的係統網絡叫做eNet，eNet是架構在兩套獨立的工業以太網上的實時數據網絡,掛接在eNet上每一個設備，包括控製器、操作站員站、工程師站都有兩個獨立的以太網口，兩套網絡相互冗餘。為了冗餘特性，eNet的A網和B網不是一用一備的關係，而且同時工作，每一條報文通過A網和B網同時發送，在數據接收端進行判斷和篩選。因此,eNet不存在網絡切換的時間，不會出現A網B網切換過程中的數據中斷。
為了提高NT6000的網絡傳輸效率， eNet網絡采用了基於組播技術的控製器主動發送機製，由KM940控製器根據數據的變化情況，進行主動地發送，控製器隻發送一份數據，由交換機根據操作站的需求進行數據複現和傳輸。因此，隨著操作站數量的增加，網絡負荷和控製器負荷是恒定，1台操作員站和100隻操作員站，對於eNet的負荷壓力是近似的。
大唐南京電廠輔控eNet網絡中總共使用管理型工業以太網交換機17對， A\B網的交換機獨立成網。根據工藝係統的劃分，組成水務網絡、灰煤渣網絡、脫硫網絡等三大環形冗餘網絡（詳見大唐南京電廠輔控網絡圖），三個環形網絡之間進行網絡集聯。
這樣設計非常適合集控係統的施工過程。電廠建設首先是進行水網的安裝調試，形成水務網絡，然後進行灰煤渣控網的安裝組建調試工作，再進行脫硫網的建設調試工作，最後各個工藝係統調試結束，將所有的網絡進行大連接，組建成為全廠輔網集中控製係統。
2.3、靈活的現場總線支持減少施工量、提升數字化水平
大唐南京電廠的建設目標是樣本示範工程，因為在設計中就決定采用現場總線技術，為同類機組的建設探索新路積累經驗。NT6000分散控製係統支持多種標準現場總線協議，提供Profibus、FF、Hart、Modbus等各種現場總線通訊接口。項目設計中在廢水係統和脫硫廢水係統中采用了profibus技術，通過Profibus總線連接了現場的變送器、執行器、閥島等現場設備。下圖是廢水#1號總線拓撲圖。
在上圖中,Profibus的網絡分為三個部分
（2）是掛接DP總線上的PA總線（壓力、流量、液位），PA總線掛接了4個PA從站設備。
（3）是從冗餘總線通訊卡連出來的雙DP總線，雙DP總線掛接了2台雙DP接口的電動門。（今後這種連接方式是現場總線的發展方向）
以上的係統包括了四種設備，31個總線型智能設備，包括了電動機保護單元、電磁閥箱、變送器和智能型電動門，替代了傳統IO點300點。係統的總規模雖然不大，但是已經能夠代表每一個現場總線分支的完整應用。如果我們將廢水係統的方案，進行平台的擴展，就可以構成一個完整的基於現場總線的控製係統。
綜上所述，NT6000分散控製係統在大唐南京電廠輔助車間集中控製的成功應用，是DCS應用於大型火電廠輔助車間集中控製的一個成功的嚐試。NT6000所具有的靈活的組態方式、高可靠性大容量的網絡為采用DCS技術實現輔助車間集中控製創造了有益技術條件。Profibus現場總線的應用，為今後輔助車間的發展方向提供了有建設性的參考。該項目從2010年8月投運以來，係統運行穩定，操作簡單，維護工作極少，獲得了用戶的好評。
