控制网

王海涛（1971－）

男，吉林白城人，北京工业大学软件工程专业在读硕士研究生，曾就职于吉林省电力建设公司、黑龙江伊春热电厂，2004年，加入北京和利时系统工程有限公司，担任多个项目的项目经理。

摘要：本文主要通过DCS控制系统在湖南创元发电厂项目辅网的应用实例，全方位的论述了自动化科技的发展给工厂所带来的方便。同时，通过这个项目的成功应用，更是看到未来工控领域全厂一体化解决方案的发展方向。

关键词：和利时；辅网控制；DCS（分散控制系统）；一体化

Abstract: The paper introduces in detail the convenience of factory brought by automation technology development by the example of Assistant Control System application in Hunan Chuangyuan power plant. Meanwhile, the development direction of integration scheme in future industry control can be seen by this successful application.

Key words: HollySys；HollySys；Assistant Control System；DCS (Distributed Control System)；Integration

1  引言

    和利时公司DCS系统历经10年多的发展，目前已经发展到第四代DCS系统--HOLLIAS-MACS控制系统，并已经在多个大型火电厂及其他行业的控制领域得到了非常广泛的应用。近几年来，DCS系统更逐渐深入地应用到循环流化床机组和燃煤机组的水网、煤网、灰网等辅控领域。湖南创元电厂主机2X300MW火电机组主网及辅网(水网、煤网、灰网)控制系统项目均采用和利时的MACS系统。主机控制系统采用DCS控制的较为普遍，辅网则相对较少，本文主要介绍HOLLIAS-MACS控制系统在此类机组辅网上的设计和应用。

2  辅网控制系统范围介绍

    该项目辅控系统共包括水网控制系统、煤网控制系统、灰网控制系统，上述辅助车间的控制全部采用DCS控制系统 ，实现全显示器/键盘监控，不设后备常规监控设备。辅助车间根据各车间地理位置和系统的相关性构成水、煤、灰三个控制网络，在机组初始调试期间，上述各个网络互相独立，当调试工作完毕，全厂投入运行时，通过以太网连接成集中控制网，在集中控制室设置监控站，从而对各个辅助车间实现监控。

    水网包括：化学补充水车间，取样加药车间，净化站车间，化学废水车间。

    煤网包括：输煤综合楼，煤仓间，含煤废水车间。

    灰网包括：除灰综合楼，燃油泵房，灰库设备间，除灰水泵房。

3  系统设计

3.1 辅控系统整体式框架设计

    HOLLiAS-MACS系统可以设计成采用具有物理服务器结构的双层网结构和没有物理服务器结构的单层网结构，根据本系统情况，为便于辅控各系统待机组调试工作完成后连接成在集中监控室集中监控的运行要求，本工程采用具有物理服务器结构的双层网结构；同时结合HOLLiAS-MACS系统独有的“域”的功能，在系统设计之初，上述系统域号设计如下：水网为0号域，煤网为1号域，灰网为2号域。从而完成各个系统的既可以独立操作，又可以在必要的时候进行切换控制，达到资源共享的目的。

    辅网控制系统共设两台操作员站，用来监控水网，煤网，灰网。

    （1）水网控制系统：包括化学补水系统，化学废水系统，取样加药控制系统，净化站控制系统，脱硫废水系统5个子系统，每个子系统设独立的控制站，共设计5个现场控制站，各控制站分布在不同的就地设备间，与监控网络之间采用光纤连接，形成冗余光纤网络。

    （2）煤网控制系统：煤网系统包括输煤综合楼部分，煤仓间部分，含煤废水部分共3个部分，每个部分设置独立的控制站，共设计3个现场控制站，各控制站分布在不同的就地设备间，与监控网络之间采用光纤连接，形成冗余光纤网络。

    （3）灰网控制系统：灰网系统包括除灰综合楼，燃油泵房，灰库设备间，除灰水泵房4个部分，每个部分设置独立的控制站，共设计4个现场控制站，各控制站分布在不同的就地设备间，与监控网络之间采用光纤连接，形成冗余光纤网络。

3.2 网络结构构成

    由于水网、煤网和灰网系统均采用HOLLIAS-MACS系统双层网典型结构，下面以煤网系统为例，来介绍网络结构的构成。

3.2.1重要节点

    煤网系统设计有一台工程师站，用于完成工程设计、组态、调试维护等任务；两台操作员站，用于运行人员对系统被控设备的监控、操作等。一对系统服务器，用于为系统提供数据服务和历史数据的存储功能。三对冗余的现场控制站。

3.2.2网络设备

    该系统上层网称为MNET，分为冗余的A网和B网，网段分别为130和131，采用2台16口智能以太网交换机，该系统下层网称为SNET，分为冗余的A网和B网，网段分别为128和129，采用2台16口智能以太网交换机。

      

3.3 工程数据库设计

    工程分类设计如表1所示。

                         表1  工程分类设计表

     
 3.4 系统对时结构设计

    DCS系统的对时结构直接决定了系统SOE信号的精度，该设计方案能够解决由于SOE信号从属于不同的控制器而带来精度误差偏大的问题。精确的对时系统配置框图和原理框图如图2所示。
       
         

                       图2   系统配置框图及原理框图

3.4.1系统校时流程

（1）GPS天线收到时间信号；
   （2）从串口上发到FM197校时集线器中；
   （3）FM197校时集线器发到系统时间服务器中；
   （4）时间服务器定时或在本机时间改变时在网内广播校时包；
   （5）设置同时间服务器同步的客户机收到校时包后改变本机系统时间；
   （6）客户机开始运行系统时向时间服务器请求校时。

3.4.2系统校时特点

（1）控制系统校时收发以网络传递为主；
   （2）SOE关键快速时钟校对以硬接线发妙脉冲为主，保证站间SOE时钟误差≤1ms；
   （3）采用校时集线器接受GPS时钟信号，给DCS时钟服务器、SIS系统及其他设备同时进行校时；
   （4）网络校时时钟服务器唯一设置。

3.5 系统的配电及接地

 单元机组和公用系统各自分别含有一套配电柜，为每个机柜和其它用电设备供电。配电柜接受两路来UPS1电源和UPS2电源，包含为每路用电设备提供独立保险开关，配有专用的交流冗余切换装置，采用双路电源切换。

 电源切换装置核心设备为施耐德快速动作接触器。采用双电源切换装置，第一路UPS1为主，第二路以UPS2为主，保证系统内无论哪一路出现欠压、故障或者接触器故障时，可以保证DCS工作电源稳定及切换正常。其接触器切换时间不大于20ms，可以保证负载正常工作。切换后的电源为DCS相关设备供电。切换装置原理及经过切换装置供电的图如图3所示。

      

                      图3   切换装置原理及装置图

                            图4   接地示意图

3.5.1 接地方案

    由现场附近的热工电源盘供电，或由布置于控制室里的DCS电源柜供电。为保证远程I/O柜内各采集模块的电源稳定，电源经过UPS电源稳压后供给，该路电源失去时UPS仍可保证远程I/O能正常工作一段时间。

    远程I/O柜布置于现场，离控制室里的DCS系统接地柜的汇流总排较远，因此远程I/O柜的接地就近接入现场的地网。远程I/O的安全地、屏蔽地和逻辑地在柜内一点汇流后作为接地点，该接地点由专用的接地电缆接入现场地网，接地电阻要求不大于4欧姆。

    创元电厂2*300MW机组工程是一个含主机组及辅助控制系统的大型一体化控制的火电机组，辅网控制系统是全厂热工自动化的重要组成部分，采用以上的各项设计方案，使电厂辅网控制达到了布置分散，控制集中，达到了全厂一体化的目标。随着DCS分散控制系统的广泛应用，无论是硬件系统，软件设计组态，还是在运行管理上都积累了很多成熟可信的经验。同时，依靠先进的计算机技术、网络通讯技术来合理有效地提高全厂的控制水平，是整个电厂经济运行的重要保障。辅助控制系统与主机组DCS实现一体化控制，能够优化电厂资源配置、降低备品备件数量、减少维护费用、达到降低产品成本，减人增效，为实现“厂网分开，竞价上网”，增强电厂的市场竞争力提供了重要保证。