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现场总线控制系统在火电厂的成功尝试

gecimao 发表于 2019-08-28 12:47 | 查看: | 回复:

  制式FCS:Fieldbus Control System),FCS在国外的制造、石化、楼宇等行业应用较广泛,在国内石化、化工、冶金等过程控制领域也开始推广。到目前为止,国外FCS仍以中、小型工程的示例居多,完整FCS网络应用于大型电站的示例目前只有德国尼德豪森电厂的报道。在国内,个别电厂部分设备和局部系统采用了现场

  控制系统采用Profibus现场总线技术,进行了全新的设计、开发、试验、安装、调试。该系统完全按照现场总线技术的设计理念,构建了监控层网络(冗余工业以太网)、控制层网络(冗余Profibus光环)和现场设备层网络(Profibus-DP,PA);系统中采用了多种现场总线智能仪表和设备,并集成不同公司的Profibus产品,实现互联和互操;开发了中文界面的信息诊断和设备管理软件,充分利用现场总线仪表和设备提供的状态和诊断信息,发挥现场总线技术本质的优越性。该套FCS系统已于2006年2月底投入稳定、长期运行。

  华能玉环电厂水处理FCS控制和监视系统,包含了锅炉补给水处理和工业废水处理两个子系统。两个子系统各配置一对冗余PLC控制器(西门子 S7-417H),冗余控制器通过冗余Profibus-DP光环与现场冗余通讯链路器(Y-LINK)相联。现场Y-LINK产生的Profibus-DP支路挂接DP通讯接口的仪表、控制单元;通过DP/PA耦合器产生Profibus-PA支路,挂接现场的PA变送器。锅炉补给水和废水处理各自的PLC控制器形成2个独立的主控Profibus-DP冗余光环。废水控制系统的控制器通过冗余光纤联到锅炉补给水控制机柜内的交换机上。水处理FCS控制监视系统配置2个操作员站,1个工程师站(可兼操作员站),安装在锅炉补给水控制室。操作员站、工程师站、控制站通过工业级交换机连接到双星型工业

  由于目前Profibus-DP和PA仪表和设备均无冗余通讯接口,因此在仪表和设备相对集中的现场设计DP或PA支路,连接这些设备。而不同区域之间的DP、PA支路,通过Y-LINK接入冗余DP光环。这样既保证了电厂通讯网络的可靠性,又满足了Profibus现场总线设备的通讯条件。水处理FCS监控系统的网络总体结构如图1-1所示。

  在Profibus-DP支路上连接了四类DP仪表和设备:超声波液位计(单点或双点)、电机保护和控制单元(SIMOCODE)、变频器、开关量控制单元(ET200x)及气动阀岛。在Profibu-PA支路上连接了三类PA仪表:差压(流量)变送器、压力变送器、磁翻板液位变送器。这些仪表和设备来自西门子、ABB、FESTO(费斯托)等国外公司和上海某仪表公司。

  控制逻辑向SIMOCODE发出的的控制指令字节,包括正转、反转、停止、过载测试、紧急启动、就地手动/远方自动、故障复位、CPU故障/正常;控制器读入SIMOCODE的反馈字节,包括电机电流(模拟量,2字节)、电机运行、停止、过载报警、就地手动/远方自动、电气总报警、电气总故障、接触器异常失电、母线电压低、断路器保护跳闸。我们利用SIMOCODE的智能控制,组态了现场的保护跳闸功能:接触器异常失电、母线电压低、断路器断开等条件出现,即刻自动跳闸

  ET200X是一种分布式I/O控制单元,设计的保护等级为IP65/IP67。在系统中,它作为DP从站,需要通过编程与控制器主站进行数据交换。ET200x(西门子)输出指令控制阀岛模块(FESTO公司),实现对气动阀门的控制。我们定义了4字节输入和4字节输出,包含了气动阀门的控制指令和气动阀的开、关反馈。每个气动阀门电磁阀箱中,配置一套ET200x和阀岛单元。

  采用了ABB公司的Profibus- PA 现场总线仪表。在国内以往的工程中,西门子设备与ABB公司现场总线仪表没有集成在一个系统中运行的经验,所以系统建立之初出现了通讯无法建立的现象。经过研究、试验,解决了通讯协议、接口和电子描述软件匹配的问题,并进行硬件设置调整,最终建立了稳定的通讯。

  浮点数)及其状态。第2组5字节为差压或温度测量值及其状态。状态字节共8位分三段,分别表示测量值质量好、坏或值不确定三类状态,在每类状态中还细分为多个子状态。磁翻板液位变送器的输入数据为5字节,数据结构与上述相似。

  在华能玉环电厂水处理FCS系统中,采用了西门子公司的SIMATIC PDM(过程设备管理)软件用于PA仪表管理。PDM软件有一定的局限性,表现在:①PDM是基于EDD标准的软件,仪表生产商必须开发和提供EDD软件,才能被PDM管理,如超声波液位计不能提供EDD就无法管理;②PDM软件需要人工激活,无法自动循环采集现场仪表和设备状态和诊断信息;③PDM软件界面没有汉化。针对上述存在的问题,在本项目中设计并开发了适合火电厂运行及热工维护人员使用的“化水和废水系统信息诊断和设备管理软件”。该软件分别在下位控制器和上位工程师站、操作员站运行,上位机画面使用IFIX3.5设计友好的中文人机界面,使电厂运行和热工维护人员比较容易掌握、便于使用。

  该软件分两部分,一部分运行在控制器CPU,自动完成循环通讯数据采集,还可根据工程师站的指令,完成非循环通讯数据的采集,然后对数据进行处理和分析成为状态和诊断信息。这些信息通过OPC通讯方式存储到工程师站的数据库中。软件的另一部分运行在工程师站和操作员站,如OPC通讯、图形处理、指令处理等。呈现在运行和维护人员面前的是中文界面的状态诊断信息和远程设备管理的窗口。

  如2.3节所述,差压变送器的循环数据通讯有10字节,分为2组。如某变送器定义在控制器内存中映射地址I524~I533。它们代表变送器测量的2个物理量及其状态。第1组I524~I527是第一测量值(浮点数),I528是其状态值。第2组I529~I532为第二测量值,I533是其状态。状态字节共8位分三段,分别表示测量值质量好、坏或值不确定三类状态,分析每类状态中的子状态,设计了中文界面的状态、诊断信息窗。“质量好”的子状态包括正常、高1/高2报警、低1/低2报警、事件更新;“质量坏”子状态包括设置错误、设备故障;“值不确定”子状态包括超出范围、设备重启未更新、手动模拟状态、补偿

  超声波液位计由于不具备EDD文件,所以PDM软件无法管理。在研究了该设备通讯数据结构的基础上,编程组态了循环周期通讯数据-输出7个字,输入10个字,开发了状态诊断信息显示和远程参数设置的功能。中文界面窗口见图3-2。该软件功能使运行和热工维护人员能够在集控室监视仪表的运行状况,进行参数检查和维护设置。这样不仅减轻了劳动强度,提高了工作效率,而且增强了系统的可靠性和可维护性。

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