1、前言 隨著社會的進步、經濟的發展，鋼鐵業獲得了迅猛的發展。然而，鋼鐵業的競爭也變得越來越激烈。如何在競爭中立于不敗之地，降低成本、減少污染就成為了鋼鐵業的首要問題。濟鋼燃氣-蒸氣聯合循環發電就是在這種環境下出現的。燃氣蒸氣發電是利川高爐煤氣、焦爐煤氣作為能源發電的，不僅解決了污染問題，還增加了收益，從而降低了生產成本。 濟南鋼鐵股份有限公司“燃氣-蒸氣聯合循環發電工程”是濟鋼遵照國家產業政策，加快自身發展的又一大型節能環保工程，其主體包括兩套由1臺PG6561B-L型燃氣輪發電機組（48 MW）匹配1臺混合煤氣壓縮機、1臺余熱鍋爐和l臺蒸汽輪發電機組（l8MW）組成“1+1+1+1”建制的聯合循環發電機組，ETS（危急遮斷系統）是汽機能正常運轉的關鍵。 2、ETS系統工作原理 燃氣-蒸氣聯合循環發電是由高爐煤氣、焦爐煤氣經混合站凈化、混合送至煤壓機加壓成高溫、高壓的氣體送至燃機，在燃機燃燒室內與卒氣混合燃燒。帶動燃氣輪機電壓10 KV，經80MVA主變升至110 kV，再經GIS開關設備與110 KV濟南電網并網。發電機總裝機容量2x66MW，廠用電率25％，上網電量約100 MW，綜合效率接近50％，經濟效益顯著。ETS是與TSI相配合監視汽輪機一些重要信號并保證汽輪機安全的系統。當進入ETS的參數超過極限值時，關閉汽輪機進汽閥門，緊急停機。圖1 為燃氣蒸汽聯合循環發電的流程圖。 3、系統硬件構成 3.1、系統網絡組成 根據發電總設計要求，ETS系統采用100 MB光纖以太網（雙網）體系結構，雙網同時運行，無縫切換，各節點功能相對獨立。主要完成汽機實時數據采集處理及故障報警處理，并根據標準值進行判斷從而對汽機進行保護。 由十系統對汽機的正常運轉起到重要作用，因此采用三取二表決進行邏輯確定，并對控制的PLC設備及網絡進行可靠的冗余熱備，使整個系統具有較高的安全可靠性，下位控制系統由4套PLC組成，分別是ETS系統PLC、SOE系統PLC和通信系統PLC，上位監控系統通過該網絡聯接至工程師站。 [ALIGN=CENTER] 圖1 燃氣-蒸汽聯合循環發電的流程圖[/ALIGN] 1）操作員工作站 操作員工作站亦稱運行上作站HMI，HMl主要完成各個工藝設備或工藝過程的數據顯示、設備操作，故障信息監控、設備管理等進行工藝過程及設備狀態的實剛數據采集、整理、然后傳送到過程自動化級，完成各工藝過程及設備的故障報警、處理及顯示。 2）工程師維護上作站 配備l臺工程師維護工作站，供維護技術人員進行數據庫、界面、報表等修改維護、以及網絡監視維護等功能。同時工程師維護工作站也可作為培訓工作站，進行操作流程的預演，以及時運行人員的培訓仿真等。 3．2、系統PLC控制 系統全部采州美國GE公司CIMPLICITY PLC控制器，結合了PLC和DCS先進的軟硬件的優點，CIMPLICITY PLC控制器具有豐富的過程控制系統設計、實施、編檔、維護工具，可實現全過程一體化自動控制，建立經濟的、企業級的系統集成。根據設計需要，ETS PLC系統采用S90-30控制器，SOE系統和PLC通信系統采用S90-30控制器。其中ETS PLC系統控制器采用冗余熱備結構，通過GENIUS總線完成對現場輸入輸出設備的檢測，該系統由現場控制站、操作員站、工程師站組成，含有3層網絡結構（如圖2所示）。最下面一層為總線結構，稱為RIO總線，連接遠程輸入輸出設備：第二層為控制總線，稱為GENIUS總線，傳輸協議為GE公司專用協議，用于傳送過程數據、信息互換及控制信號；第三層為以太網，稱為Elhemet網絡。傳輸協議為通用TCP/IP協議，用于工程師站及操作員站的系統管理功能互傳及該系統與分廠級管理之間的數據通信等。 [ALIGN=CENTER] 圖2 ETS系統PLC網絡分層圖[/ALIGN] 4、軟件系統構成 4.1、PLC程序開發軟件 系統的PLC程序開發軟件為CIMPLICITYME，該軟件建立在Windows視窗下臺下，采用CIMPLIClTYME組態軟件開發，利用梯形圖RLD編程語言，完成各種檢測信號、GPS時鐘對時等邏輯控制功能以及PLC之間數據通信功能。 4.2、HMI監控開發軟件 傳統意義上的SCADA方案是1臺上位機單獨完成與1臺或幾臺PLC的信息變換，而本系統的HMI采用了GE公司的CIMPLlCITY Workbench開發系統，它的組成基于SCADA和C/S混合式結構。ETS系統分為兩個操作站分別用于兩組汽機，操作站主要完成與PLC之間的數據讀寫功能。系統由數據庫服務器、Web服務器、運行上作站（操作員站）、維護工程師站、打印機及網絡設備組成，操作系統采用西文Windows 2000，監控界面完成對公用系統的模擬量、開關量、脈沖量、溫度量，保護信息等的數據采集、計算、判別、報警和保護，事件順序記錄（SOE），報表統汁，曲線分析，并根據需要向現場保護測控單元層發布命令實現對電氣設備的控制和調節。該系統人機界面友善、方便、美觀，數據庫安全、精確、可靠，是實現發電廠電氣運行、監控、管理自動化的理想系統。 5、系統通信 5.1、TCP/IPEthernet通信 采用光纖冗余以太網，服務器、工程師站、操作員站、可編程控制器及上位監控被分配唯一的lP地址，PLC控制系統的CPU通過本站的CMM以太網通信模板利用EGD廣播方式經過Switch交換機在以太網上與其他PLC發送和接收信息。上位監控系統則通過以太網卡，經過Switch交換機在以太網上與工程師站和PLC系統發送和接收信息。 5.2、ModbusPlus通信 Modbus Plus足種對等通信網絡，具有I/O數據通信、互鎖，數據采集、程序上裝，下裝和在線調試與監控等功能。它的使用給解決現場控制站到中央控制站信號長距離傳輸問題帶來了極大的方便，在本系統PLC配置中，通過專用PLC設備利用Modbus Plus通訊網絡與燃機MARKV進行數據通信，實現了整個發電機組的全過程監控。 6、關鍵技術 從軟件的可靠性、效率、易使用性出發，公用工程智能控制系統采用了許多新技術： ①上位監控系統采用當今流行的Server/Client結構，支持企業的三層C/S應用程序的開發。②優秀的數據訪問技術，采用Microsoft SQL Server創建數據庫及其前端應用程序。③OPC（OLE for Process Control）技術。通過使用OPC通信管理器與OPC Server連接，從RTDB獲取數據。④現場設備在線診斷及報警技術。⑤授權訪問控制技術。⑥GPS全球衛星定位控制技術。⑦SOE順序事件記錄控制技術。 6.1、GPS對時功能 對于發電系統，時間是一個非常嚴格的顯示與控制參數，為了嚴格統一時間，采用了GPS（全球衛星定位系統）時鐘同步裝置，使得網絡中所有的PLC及HMI時鐘同步。用串行通信或分脈沖信號（IPPM）輸出與單元等的時鐘。 [ALIGN=CENTER] 圖3 GPS時鐘同步實現機理圖[/ALIGN] 圖3為GPS時鐘同步實現機理圖，分為兩種同步方式，對于HMI用C語言編程通過RS232串口將GPS的時鐘信號采至1臺上位機進行時鐘同步，其他上位機的時鐘則通過以太網同步于HMI-1，而PLC則利用脈沖開關量信號采至SOE事件記錄PLC（PLC-1），在PLC-1內通過編寫應用程序完成對脈沖開關量信號的讀寫功能，以實現PLC內的時鐘同步，對于其他PLC通過以太網在PLC之間利用EGD（PLC數據通信）廣播方式接受PLC-1的時鐘信號來進行時鐘同步。 6.2、事件報警記錄控制 為了確保發電正常進行，需要對發電機組主體的設備的運行狀況隨時做準確記錄，為此，系統采用了一套專用PLC來記錄設各的運行狀況，為生產維護工程師提供依據，為此開發了事件自動記錄程序，控制流程框圖見圖4。 7、結束語 ETS控制系統完全能滿足整個燃氣-蒸氣聯合循環發電工程的要求，系統投運至今運行可靠，設備維護量大大減少，減少了故障點，提高了工作效率。且由于系統采用部分國內、國際先進技術，因此便于系統擴充升級。作為整個燃氣-蒸氣聯合循環發電工程的一個重要組成部分，對電廠進行優化控制、設備管理，遠行管理、定值管理，對減少損耗，保證電廠可靠、安全、穩定運行具有巨大的經濟和社會意義。 [ALIGN=CENTER] 圖4 事件報警記錄控制程序流程圖[/ALIGN]