辅助车间系统控制优化研究

摘要：针对当前电厂辅助车间建设及运行维护特点，对其控制系统进行优化，给出建议配置方案。

关键词：辅助车间控制系统 配置方案 比较

1 概述

随着电力体制的厂网分开、竞价上网、大客户直供模式的深化改革，对辅助车间的监控和管理提出了新的要求。既要求提高设备本身的经济性及可靠性，又要求降低投资成本和减员增效。

2 控制系统选型方案

辅助车间控制系统选型方案有三个，方案一：采用DCS完成辅助车间（系统）的监控，即在全厂范围内采用DCS，以下简称DCS方案。方案二：辅助车间采用可编程控制系统PLC，简称常规方案。方案三：辅助车间采用以现场总线为基础的PLC或DCS控制系统，即设备层全面采用现场总线技术和设备，以下简称现场总线方案。

3 辅助车间系统设置

3.1 工艺系统控制特点

辅助车间控制系统，是以开关量逻辑控制为主、模拟量为辅的系统。主要控制特点：控制对象主要为电动机、管道阀门；闭环控制较少，开环控制较多，除个别系统外实时性要求相对不太高；控制对象较分散；时间控制多，连锁保护比较简单。

3.2 IO点数、控制器及就地操作员站（工程师站）配置

考虑布置位置及与运行的紧密关系，按就近集中的原则初步配置方案如下表：

4 配置方案

4.1 方案一： DCS方案

采用DCS系统对表1中辅助车间实现集中监视和控制。

除灰系统、脱硝SCR、布袋除尘系统、除渣系统以及脱硫单元区域监控纳入主厂房单元机组DCS控制系统，脱硫公用部分监控纳入辅助车间DCS监控网络。

汽水取样、化学加药纳入凝结水精处理系统；在气化风机房设置远程控制柜控制灰库和气化风机；脱硝贮氨、工业消防水泵房将采用远程IO的方式分别接入锅炉补给水处理和海水淡化处理控制系统。

其余各系统采用独立的控制器，实现控制功能。

除在化水、凝结水精处理、工业废水处理、输煤区域设置就操作员站对各自工艺系统进行就地巡检和调试外，在集控室设二台BOP-DCS操作员站，在工程师室设一台工程师站，实现火电厂一点集中监控的目标。

4.2 方案二：常规方案

采用PLC实现监视与控制。各车间内设就地电子设备室，布置控制系统机柜等。

除脱硝贮氨单独设置PLC外，其他与方案一相同。

辅助车间BOP网将配置操作员站2台，工程师站1台，布置在集控室和工程师室中。

每套PLC系统将配置1～2台操作员站（兼工程师站）布置在车间控制室，见表1。

4.3 方案三--现场总线方案

组网方式与前面二个方案相似，除渣、空调、布袋除尘、脱硝贮氨、制氢、启动锅炉房因设备较特殊，采用常规硬件IO和专用控制系统外，其他辅助系统采用总线型。

采用Profibus或FF现场总线标准的通信网络和设备。Profibus可采用冗余双光环网络作为主干网，就地分出单支路连接现场总线仪表、设备。远传连续量测量仪表采用支持Profibus或FF现场总线标准的现场总线设备。将相对比较集中的电动执行机构和现场电磁阀采用带总线接口的阀岛控制。

5 方案比较

5.1 DCS与PLC比较

控制器处理能力各有所长。DCS以连续量控制为优，而PLC以离散量控制占优。

DCS在数据通讯交换上有着先天的优势，“分散”主要体现在独立的控制器上，“集中”主要体现在具有完整数据的人机交互装置上，而将“分散”和“集中”集成为系统的正是网络。

在下载修改、运行调试、远程诊断方面，PLC缺乏解决方案。DCS系统能在线修改控制策略、在线下载控制策略，具有有完善的虚拟仿真功能，特别适用于工程师设计控制方案和控制方案研究。

价格优势， DCS系统的竞争在不同品牌之间展开，竞争激烈；PLC系统的竞争往往在同一品牌不同工程承包商之间进行，价格下调幅度有限。

全厂采用相同的DCS软硬件平台，人机界面环境统一，有利于员工培训、减少备品备件，为构建全厂生产监控系统打下良好的物质基础。

5.2 常规硬件IO与现场总线系统比较

当前总线控制系统都是在现场设备层采用总线设备的控制系统，控制系统本身没有本质的变化，只是减少了常规的IO卡件、常规控制电缆和电缆桥架，增加了总线通讯接口模块和总线通讯电缆。最主要的区别在于现场设备的变化，总线仪表和设备目前价格远高于常规仪表和设备，但由于采用了总线仪表可获得设备的诊断信息，通过后台管理软件能对仪表和设备进行管理和维护。

5.3 经济比较

以11000点的规模为例，每点IO均价：PLC约为700元，总价约770万；进口DCS约为600元，总价约660万；国产品牌DCS约为450元，总价约为495万元。控制系统采用PLC时造价最高，采用进口DCS时次之，采用国产DCS投资最低，比PLC低近275万。

现场设备层全面采用现场总线技术后，据现有资料介绍，总价约比常规IO方案增加10～15%。

6 控制系统选型结论和建议

上述三个方案都是可行的，且各有千秋。DCS方案具有通用性强、系统组态方便灵活、控制功能完善、数据处理方便、显示操作集中、人机界面友好、运行安全可靠等特点，且系统造价最低，可节约工程投资。常规PLC方案能适应较恶劣的生产现场环境条件，具有设计灵活、易于安装和调试，有资质及实力的系统集成商多，工程实施灵活，但系统造价相比较而言偏高。现场总线方案实现了先进的双向数字通信技术，减少了电缆量和施工工程量，但辅助车间的机柜通常靠近设备布置，远程I/O应用也比较多，因此电缆量虽有减少但不明显，而设备本身价格增加较多，综合起来投资还是略高；由于目前总线设备和系统的价格还是相对偏高，可选范围相对偏小，在实际工程中会是设备选择和采购受到一定的制约和限制。

辅助车间控制系统选型方案推荐方案一――采用DCS完成辅助车间（系统）的监控。