1. 引言
火電廠輔助系統(tǒng)是火電廠重要組成部分，是電廠運行的關(guān)鍵組成環(huán)節(jié)，它主要包括輸煤系統(tǒng)、除灰/ 除渣系統(tǒng)、化學水處理系統(tǒng)等，簡稱“煤灰水”。為了提高了全廠輔助系統(tǒng)的控制水平、控制方式以及系統(tǒng)運行的安全性和經(jīng)濟性，實現(xiàn)輔助車間就地無人值守，提高勞動生產(chǎn)率和全廠的自動化水平，電廠輔助系統(tǒng)一般會實行全廠集中監(jiān)控，并建立公輔網(wǎng)，為實現(xiàn)電廠全廠監(jiān)控（SIS）打下良好的基礎。
2. 系統(tǒng)簡介整個火電廠輔助控制系統(tǒng)主要分為3個子系統(tǒng)：水處理控制系統(tǒng)，除灰渣控制系統(tǒng)，輸煤程控系統(tǒng)。
2.1 電廠水處理控制系統(tǒng)
該系統(tǒng)主要適用于火電廠的鍋爐補給水、凝結(jié)水、循環(huán)水、工業(yè)廢水和機組排水等系統(tǒng)控制和監(jiān)控。
工業(yè)水處理系統(tǒng)采用就地無人值班方式，在鍋爐補給水控制室布置PLC主機柜，在工業(yè)廢水車間放置遠程站?？刂葡到y(tǒng)通過冗余的雙向通訊接口接入水系統(tǒng)控制網(wǎng)，通過全廠水系統(tǒng)操作員站完成對消防泵房（含蓄水池）、排水泵房、工業(yè)廢水、生活污水等程控系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)采集、程序啟/停、中斷控制（自動步序和半自動步序控制以及跳步等）及單個設備操作、系統(tǒng)組態(tài)等功能監(jiān)視，并在工藝系統(tǒng)運行工況異常時報警以及緊急事故處理和聯(lián)鎖保護。工業(yè)水處理系統(tǒng)的控制裝置包括工藝系統(tǒng)程序控制的投運、停止和自動/半自動啟動另一列備用裝置程序等。對于順序控制設置分步操作、成組操作或單獨操作等，并有跳步、中斷等操作功能。還設有程序步驟時間和狀態(tài)指示、故障原因顯示及必須的選擇和聯(lián)鎖功能。
——程控和手動加藥；
——含油污水處理系統(tǒng)要求可以根據(jù)含油污水收集池液位自動啟停；
——污泥輸送、脫水系統(tǒng)可根據(jù)泥漿池液位自動啟停。設備包括泥漿池、泥漿輸送泵和脫水機等；
——泵間互相連鎖，且與酸貯存槽液位連鎖，低位停泵；
——由水位控制進水泵的開啟；高液位開泵，低液位停泵；
——泵的切換（運行時間累計）；
——風機的切換（運行時間累計）；
——水泵低液位保護控制；
——設備故障報警。
控制系統(tǒng)主要包括數(shù)據(jù)采集和順序控制功能，LCD屏幕能顯示工藝流程及測量參數(shù)、操作顯示、控制對象運行狀態(tài)，也能顯示成組參數(shù)。當參數(shù)越限報警或控制對象故障或狀態(tài)變化時，能自動在當前畫面以不同顏色進行顯示，并有音響提示。LCD畫面能對監(jiān)控的信號進行定期打印記錄、參數(shù)越限報警記錄、設備運行記錄等。通過PLC對整個系統(tǒng)進行程序控制和遠方手操，在PLC內(nèi)設有必要的保護和聯(lián)鎖。
2.2 電廠除灰渣控制系統(tǒng)
除灰渣控制系統(tǒng)依據(jù)其工作方式分為：水沖灰、氣力除灰。
除灰控制系統(tǒng)功能
集中監(jiān)視及報警功能
語音報警功能
管理報表功能
與廠級管理信息系統(tǒng)(MIS)的接口功能
系統(tǒng)的安全管理功能
設備管理功能
除灰控制系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)采集和系統(tǒng)控制。除灰控制系統(tǒng)將能對整個鍋爐氣力除灰輸送系統(tǒng)、灰?guī)臁⒊铱諌簷C系統(tǒng)、氣化風機房的運行、啟動、停止和故障等進行集中監(jiān)視、管理、自動順序控制，并可實現(xiàn)遠方手動操作。
除灰控制系統(tǒng)采用LCD操作站作為操作員的人機接口站，通過LCD畫面和鼠標器對整個系統(tǒng)進行監(jiān)視和控制，不再設置常規(guī)的儀表盤臺和模擬屏。所有運行參數(shù)、報警信號均能打印記錄。
對于泵、風機和閥門等被控對象，除了在除灰控制室操作員站LCD上監(jiān)控外，還將能由MCC上的控制開關(guān)或閥門電動裝置上的按鈕進行就地控制，對于氣動閥門能由裝于電磁閥箱上的按鈕進行就地控制；遠方/就地切換功能均可由MCC和電磁閥箱實現(xiàn)，并將“處于就地控制”信號輸出至控制系統(tǒng)。
除灰控制系統(tǒng)采用自動程序控制、遠方手動操作及就地操作相結(jié)合的控制方式。程序控制可設有自動、步進操作、成組操作或單獨操作等手段，并有跳步、中斷或旁路等操作功能，還將設有必要的步驟時間和狀態(tài)指示、選擇和閉鎖功能。
各輔助控制系統(tǒng)均可由設在集控室的輔助車間操作員站對相應系統(tǒng)工藝過程、運行工況進行監(jiān)控，就地實現(xiàn)無人值班。輔助車間集中監(jiān)控網(wǎng)留有與DCS的冗余通訊接口，實現(xiàn)DCS對輔助車間的監(jiān)控。
2.3 輸煤程控系統(tǒng)
輸煤控制系統(tǒng)功能：
——系統(tǒng)固定程序啟、停功能；
——系統(tǒng)組合程序啟、停功能；
——設備一對一聯(lián)鎖啟、停功能；
——原煤倉的自動配煤功能；
——局部解除聯(lián)鎖控制功能；
——三通檔板及犁煤器電動推桿的防卡塞功能等。
輸煤程控系統(tǒng)能完成電廠正常運行時的上煤、配煤控制；輸煤設備運行狀況監(jiān)測及安全聯(lián)鎖、保護等功能，同時對輸煤系統(tǒng)相關(guān)電源進行監(jiān)測和控制。輸煤程控系統(tǒng)可以與輔助車間控制網(wǎng)系統(tǒng)進行通訊，以便在主控制室可以對輸煤系統(tǒng)進行監(jiān)控。兩個系統(tǒng)間采用10/100M冗余工業(yè)以太網(wǎng)連接，輸煤程控廠家提供冗余光纖通信接口，并提供通訊所需的相應資料，包括軟件等。輸煤程控系統(tǒng)并能完成與輸煤廣播呼叫系統(tǒng)、輸煤閉路工業(yè)電視系統(tǒng)的聯(lián)鎖及通信接口。系統(tǒng)在上位機上可控制輸煤系統(tǒng)主要設備的起停，設有起車預告系統(tǒng)、故障聲光報警系統(tǒng)，并有故障顯示、驗燈功能。能夠顯示皮帶及伸縮皮帶的運行狀態(tài)、碎煤機、篩煤機等設備的狀態(tài)指示、顯示故障位置和性質(zhì)、煤倉的高低煤位顯示。
系統(tǒng)上煤控制功能分自動、手動及就地三種方式。
配煤控制功能分為程控配煤和手動配煤。
事故報警功能中系統(tǒng)具有完善的事故報警功能。當事故發(fā)生時，語音報警系統(tǒng)發(fā)出語音信號。同時，CRT屏幕顯示故障區(qū)域流程圖，事故設備圖形變色，屏幕上方用漢字顯示故障性質(zhì)及發(fā)生時間。故障報警系統(tǒng)具有語音報警功能、實時報警查詢功能、歷史報警查詢功能、分類報警查詢功能、報警打印功能。
管理監(jiān)測功能是指整個輸煤系統(tǒng)具有計算機管理功能，能自動采集運行工況及有關(guān)數(shù)據(jù)，能實現(xiàn)實時流量編制、修改及狀態(tài)顯示并具有制表功能，能按規(guī)定時間或召喚打印各種報表，能在CRT上查詢并調(diào)用有關(guān)數(shù)據(jù)。報表具有設備運行時間記錄功能、運行時間歷史查詢功能、煤量統(tǒng)計功能、流程記錄功能等。
3. 解決方案
通過對上述輔控系統(tǒng)的分析與研究，本著力求性價比、穩(wěn)定性、功能完善的原則，構(gòu)思設計如下系統(tǒng)解決方案，系統(tǒng)網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)圖如圖所示：
火電廠輔控系統(tǒng)網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)圖
3.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
系統(tǒng)采用3套NA400系列PLC作為控制站，分別為水處理控制站、除灰渣控制站、輸煤程控站。每個控制站配2個以太網(wǎng)交換機，與主干網(wǎng)的兩個工業(yè)以太網(wǎng)交換機構(gòu)成冗余環(huán)網(wǎng)。每個控制站各設有工程師站和操作員站，集控室設有工程師站、操作員站和冗余服務器。
3.2 控制系統(tǒng)
NA400中央處理器采用英特爾PentuimM芯片，集成兩個以太網(wǎng)TCP/IP通訊接口，省去通訊模塊，節(jié)約成本，方便組網(wǎng)。模塊化結(jié)構(gòu)，安裝更換簡便，可以在機架任意位置進行安裝。機架擴展無需擴展模塊，一根總線電纜即可實現(xiàn)對I/O的擴展。
全智能I/O設計和一系列安全性、可靠性設計為系統(tǒng)的安全可靠運行提供了保障。NA400采用現(xiàn)場總線網(wǎng)絡，除具有通信速率快、抗干擾能力強、成本低、結(jié)構(gòu)簡單、實時性好等特點，還具有很好的擴展性，易于實現(xiàn)模塊的靈活配置，大大提高了對環(huán)境及安裝要求的適應性。集成IEC61131-3的全部五種編程語言及原創(chuàng)順控圖語言，各種語言在程序之間相互調(diào)用，使得編程更加靈活方便，能滿足多種復雜工況的要求。提供的以太網(wǎng)通訊接口，可以實現(xiàn)遠程編程與調(diào)試，滿足遠程控制中心對現(xiàn)場控制裝置控制流程的修改和在線維護。
3.3 網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)
整個輔控網(wǎng)絡采用模塊化工業(yè)交換機，其中主干網(wǎng)交換機冗余配置。采用多模光纜、工業(yè)級交換機建立工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)，采用統(tǒng)一的網(wǎng)絡平臺和軟件平臺，來互連各個不同的輔助控制系統(tǒng)，實現(xiàn)外圍輔控系統(tǒng)相對集中控制。整個輔控網(wǎng)絡采用星環(huán)混合型結(jié)構(gòu)，用以太環(huán)網(wǎng)連接各個輔控系統(tǒng)，并分成主干網(wǎng)和子環(huán)網(wǎng)。各輔控系統(tǒng)采用星型方式與主干網(wǎng)連接，主干網(wǎng)采用超級冗余環(huán)技術(shù)。當環(huán)網(wǎng)某一點發(fā)生故障，系統(tǒng)可以在<500ms的時間內(nèi)恢復正常工作，并且配置冗余交換機，可以實現(xiàn)整個網(wǎng)絡具有多點容錯功能。
這樣，整個輔控網(wǎng)絡不僅具有環(huán)形網(wǎng)絡的切換快速、安全可靠的特點，還綜合了星形網(wǎng)絡多路交換、施工方便、擴展靈活的功能，提高了系統(tǒng)的可靠性和實時性。
3.4 系統(tǒng)功能
組態(tài)軟件采用NA-control，主要功能：
(1) 圖形化界面：保持與各子系統(tǒng)操作界面的一致性，顯示各子系統(tǒng)的工藝流程；
(2) 實時動態(tài)顯示：提供生產(chǎn)運行監(jiān)控所需的測點實時數(shù)值及狀態(tài)；
(3) 趨勢：提供實時／歷史趨勢顯示和打印功能；
(4) 報警：具有彈出式的實時報警畫面和語音報警功能，可進行報警確認和報警打印，并具有報警歷史記錄功能；
(5) 操作記錄和事件記錄功能：按時間順序記錄系統(tǒng)啟動后的實時報警信息、報警歷史和應用程序運行列表，方便運行人員查詢和分析；
(6) 各輔助子系統(tǒng)界面快速切換；
(7) 統(tǒng)一的系統(tǒng)登錄界面，不同的安全級別和操作權(quán)限確保系統(tǒng)穩(wěn)定運行。
火電廠輔控系統(tǒng)主界面如所示
火電廠輔控系統(tǒng)主界面
