本文提出了電廠輔助系統實現計算機監控的經濟及管理上的合理性，技術上的可能性，并結合電廠目前輔助控制系統的現狀，提出技術方案。 1 引言 隨著電力系統改革的進一步深入，保證設備優質高效的運行，提高勞動生產率，進一步提高經濟效益成了電廠發展的目標。火電廠輔助系統的自動化控制是全廠熱工控制的重要組成，其自動化水平直接影響全廠的自動化水平。因此，發電廠在對主設備技改及機組控制系統的DCS改造的同時，也加強了對輔助系統控制系統采用PLC技術的改造，新建機組輔助系統的自動化水平也相應大大提高。但總體來看，各輔助車間控制系統互不聯系，與DCS間也鮮有通訊，形成多個自動化孤島，造成運行管理不便，人員浪費嚴重，生產效率不高，影響全廠自動化水平的進一步提高。隨著計算機控制技術的發展，通訊及網絡技術的成熟，將火電廠各輔助車間聯成一體，實現輔助系統的集中監控也成為可以實現的現實。 電力規劃院在2002年召開的“電廠自動化若干問題研討會”上的主要意見也指出：“隨著輔助系統自動化水平的不斷提高，目前絕大多數新建電廠都考慮了輔助系統PLC集中控制網絡，為確保輔助系統PLC集中控制網絡的正常投運，在初步設計階段應對水、灰、煤PLC集中控制網絡及全廠輔助系統PLC集中控制網絡進行統一布線規劃，并提出相應的輔助系統PLC集中控制網絡布線規劃圖。” 根據國家電力公司《火電廠熱工自動化技術改進研究》課題組調查顯示，火電廠輔助車間監控系統實現網絡化和集中控制任重道遠。被統計的裝備125MW及以上容量的168個火電廠中只有21個電廠不同程度實現了網絡化，大批電廠的不少輔助車間集中控制還沒實現，輔助車間運行人員過多，嚴重影響這些電廠減人增益的實現。預計，隨著單元機組DCS改造的逐步完成，輔助車間自動化改造將很快全面開展。 2 火電廠輔助系統的特點 火電廠輔助系統包括輸煤系統、燃油泵房、除灰除渣系統、化學水處理系統、凝結水處理系統、廢水處理系統、循環水系統、鍋爐吹灰系統等，它們的正常運行是機組甚至整個電廠安全經濟運行的重要保障。其主要有以下幾個特點： （1）地點分散；除鍋爐吹灰系統外，輸煤系統、燃油泵房、除灰除渣系統、化學水處理系統、凝結水處理系統、廢水處理系統、循環水系統等遍布于全廠，且幾乎均有相應的控制室及配備有相應的運行人員。 （2）非連續控制，除循環水系統外，其余系統幾乎都是間歇式運行，即在一定的要求后才進行操作，滿足一定的條件后，系統停止運行，等待下一次運行。 （3）主控室要求隨時對輔助系統的狀態進行掌握，以保證整個電廠的正常運行。 （4）各系統應處于健康狀態，出現問題應及時處理，否則將影響全廠的安全經濟運行。 3 控制現狀及存在問題 輔助控制系統的現狀可以大致歸納如下： （1）主要輔助控制系統的核心大部采用以PLC加上位計算機組成的控制系統，一些略為次要的輔助控制系統也逐步采用小型PLC進行控制，未采用PLC的則采用就地手操、遠操和組合儀表等常規控制裝置。 （2）輔助控制系統的集成較為分散，往往由不同的廠家供應，造成各個控制系統的PLC種類不一樣。 （3）開關量控制占據著輔助系統控制的核心，大量的閥門、電磁閥、電動機等要受聯鎖條件的邏輯控制，主要以設備的狀態、閥門的開關、電機的啟停、壓力流量和料液位的限值等條件進行控制。 （4）主要輔助系統如輸煤系統、燃油泵房、除灰除渣系統、化學水處理系統、循環水系統等需提供專門的控制室并配備一定數量的運行人員進行值班操作。 （5）各個控制系統相互獨立，系統信息與主控室及相互之間的交換幾乎沒有，更不用說與MIS之間的信息交換了。 因此輔助系統的控制現狀帶來以下一些問題： （1）分散的控制室不僅增加了投資及運行維護費用，如裝潢、空調等，而且還不易管理。 （2）PLC的控制造成值班人員工作量少，但總體人員偏多。如某廠機組主控人員每臺機組5人，但外圍設備值班人員達15人左右。 （3）各個輔助系統與主控室的信息自動交換極少，主控室對輔助系統的控制要求往往通過電話方式聯系，輔助控制不便而且不及時。 （4）各個輔助控制系統采用不同的硬件和軟件，給備品備件管理、人員培訓及維護造成一定的難度。 （5）各輔助系統的重要信息不能接入MIS網。 4 技術方案探討 隨著電力改革的深入，上述問題對全廠經濟性的影響會變得越來越明顯，因此國外及國內電廠也越來越重視解決這些問題。同時，計算機控制技術、計算機網絡技術和計算機軟件技術的發展也為解決這些問題創造了充分的條件。 4.1 總體構成 實現輔助系統計算機集中監控可以選擇多種方案，可采用集中控制即將輔助系統的信號接入主控室的DCS系統集中監控，也可以采用相對集中即建立幾個相對集中的控制點，先將物理位置相對較近或聯系較為緊密的輔助系統集中在幾個集中控制點進行集中監控，然后再將這幾個子網絡接入DCS和MIS網絡中去。根據目前我國火電廠輔助系統控制特點，可將整個輔助控制系統劃分為煤、灰、水三個控制網絡，煤網絡可以包括輸煤程控及其相關的輔助系統、燃油泵房；灰網絡可以包括除灰除渣系統、干灰輸送系統、電除塵控制系統；水網絡可以包括化學水處理、凝結水精處理、汽水取樣及分析、加藥系統、凈水站、化學及生活廢水處理、灰水處理、循環水加藥等系統。其相應系統的控制機柜布置在輔助系統電子間或設備附近，上位機操作員站布置在三個控制點的就地集中控制室，實現操作監控功能，控制系統通過網絡服務器與DCS及MIS相連實現通訊，實現在主控室的監控終端對輔助系統監控。輔助系統計算機集中監控的硬件設備可跟據不同的情況選用DCS、PLC加上位機或現場總線技術。 在此基礎上形成電廠輔助車間的綜合監控系統。這種輔助車間控制系統方案可分為四層：現場層（物理層）、控制層、監控層和管理層。 現場層包括現場I／O站和其它控制接口設備，對現場信號進行處理及輸出控制信號。 控制層具體實施各輔助系統的控制程序，并提供輔助操作功能。 監控層實施按水、煤、灰工藝系統分開的輔助車間監控，包括過程監視、控制操作、系統維護等，包括操作員站和工程師站。 管理層實現生產車間的信息綜合（包括DCS和各輔助車間），并提供與全廠網絡的連接，協調各輔助車間與主控室DCS之間的運行，并管理日常事務處理，如工作票管理等。 各層之間通過通訊網絡實現連接，成為一個完整的控制系統。在四個層之間通過通訊網絡連接在一起，有三種通訊聯絡：現場I/O站與控制層CPU站之間的通訊聯絡、控制層與監控層間的通訊聯絡和監控層與管理層間的通訊聯絡。 4.2 采用DCS的方案 采用DCS控制技術，利用DCS的遠程I/O設備，將信號引入主機DCS，配合合理的設計，進行集中監控。該方式的優點是全廠主設備和輔助車間可以采用同種DCS，運行維護及備品管理方便。對于新建電廠，如果性能價格比是可以接受的話，可以采用此種方式，但由于新建電廠往往采取分島招標，控制儀表分別由不同工藝設備的供貨商提供，因此業主和設計單位應及早協調各有關供貨商解決DCS的選型及控制方案的設計。對于老機組，由于各輔助系統的控制可能已經采用了PLC或其它方案，實行這一方案要推翻原有的控制系統，因此有一定的難度并要考慮成本，不過也有老廠采用此方案，如某電廠1993和1994年建造的2臺200MW機組即采用新華公司的XDPS——400型分散控制系統構成全廠輔機DCS系統，并按設備所屬地域分為輸煤、化水、灰渣三個子系統，先實施輸煤和化水兩個子系統的DCS改造，兩大子系統及輔機控制室之間采用光纜連接，實現了系統間資源數據共享的監控一體化；灰渣子系統仍利用原有的（PLC+上位機）控制系統進行增容和完善，最終通過網關實現與XDPS——400系統的集成，達到數據的共享和監控。在保持控制設備分散的原則下，最終實現在#2機組主控室中輔機DCS控制臺采用三臺操作員站集中監控上述三個子系統的目的。 4.3 PLC+通訊網＋上位機的方案 對于新機組，可采用型號相同的PLC加上位機加網絡與DCS相連接的方式，使組態組網、運行維護及備品管理簡單。但對老機組來說，由于原來各個系統采用的PLC種類可能不一定相同，并且有各自的上位機，考慮到先進與實用性并舉，可利用原有的上位機作為網關計算機，在對不同的通訊協議進行轉換后，再接入以太網，然后與DCS和MIS相連，通過控制室里的計算機實現監控。該方案的主要特點是：監控層采用PLC控制網絡，可較好地保證監控實時性；管理層采用靈活的計算機網絡，便于網絡互連和系統擴展。如某電廠4×300MW機組輔助系統DCS將除灰控制系統、除渣控制系統和凝結水精處理控制系統、補水、凈水、反滲透和輸煤控制系統等七個互相獨立的系統組成一個DCS系統，并要連到主控室中，在主控室的上位機上統一對各系統進行監控，在單元機組的主控室中設三臺監控上位機，它們互為熱備，其中一臺兼作工程師站，三臺上位機各有獨立的數據庫，信息均來自各輔助系統的PLC，通過交換機和光纜與各輔助系統的網關相連，一起組成一個Ethernet網與各輔助系統的通訊網絡連接起來，從而實現對各自PLC的監控。 4.4 輔助系統計算機集中監控系統應具備以下功能 （1）完善的工藝流程圖顯示，設備狀態，控制狀態及運行參數的實時顯示功能，根據工藝過程和監控的具體要求采用多層顯示結構，包括概貌顯示、功能組顯示和設備細節顯示， （2）不同系統及畫面的切換及控制設備的操作功能，系統及設備選擇方便簡單，并有操作權限的設置與限制，以滿足不同操作層次的要求， （3）參數報警及事故追憶功能， （4）歷史參數與曲線、事故追憶與操作記錄、報警與報表的打印功能， （5）上述各種功能的生成，參數的修改功能（即工程師站功能）， （6）可靠的系統自診斷功能，以便能夠及時診斷系統硬件及通訊網絡的故障。 5 應注意的問題 （1）根據全廠自動化水平的整體要求和外圍系統的工藝具體特點，確定合理先進的整體監控方案，以使其既能提高全廠自 動化水平滿足電廠管理改革發展的需要，又結合現場的實際特點，切實可行。 （2）保證具體方案的安全可靠性。確定的具體技術方案首先要確保系統運行的安全要求，采用冗余技術，并設計完善的自檢和報警功能，確保整體網絡、電源及PLC控制的可靠性。 （3）人機對話界面應清晰明了，主輔畫面之間、總貌與詳圖之間、各個子系統之間及各個不同的工藝系統之間切換應方便快速，應有正確的操作指導和順控運行提示，操作人員易于監控。重要操作應有提示和確認，避免誤操作。 （4）現場預留好調試及檢修接口，便于現場調試及以后的檢修工作。系統還應有一定的可擴展性和在線動態修改能力，以適應以后的發展和輔助控制系統的運行優化。 （5）輔助系統的現場環境比較惡劣，應重視現場一次設備的選型和現場安裝調試工作。實踐表明，一次設備質量的好壞，不僅直接影響控制系統的安裝和調試工作，而且在系統正式運行后，也往往是影響整個輔助系統正常運行的主要因素。 （6）提前做好輔助系統運行人員的培訓工作，使其對各個獨立的輔助系統均有充分的了解與運行經驗，配合監控畫面上有效的運行指導和提示，保證系統的正確運行。 6 結束語 （1）實現電廠輔助系統計算機集中監控可以實現減崗增效、提高全廠管理水平、提高勞動生產率，進而提高電廠的競爭力，使其在面對電力改革的深化過程中處于有利的地位。 （2）計算機控制及軟硬件技術的飛速發展、網絡技術的不斷成熟，結合電廠輔助系統的工藝和運行特點，使得現階段實現電廠輔助系統的計算機監控成為可能。 （3）輔助系統計算機集中監控總體方案的細致討論，具體技術方案的周密實施，安裝與調試的仔細組織，是該系統完善的保證。 （4）管理維護的有效分工，運行人員的提前培訓，是充分發揮該系統效益的保障。