Wonderware产品在华能上海石洞口第二电厂除灰与电除尘系统远程控

一． 前言

华能上海石洞口第二电厂装机为二台600MW超临界燃煤机组，日耗煤一万吨上下，排渣及灰约1300吨上下（取决于发电量及原煤中灰份）。装备的除灰系统将炉底大渣及石子煤作为湿灰送往江苏的灰场，也将省煤器，空预器，电除尘器(四电场)的干灰收集分作粗灰与细灰，送往干灰库供综合利用。运行人员通过灰控室的1#，2#灰控盘来监视操作各台机组的除灰系统。并通过灰控室旁的电除尘控制柜来操作电除尘。1999年，为实现减员增效与强化除灰系统的监督管理，厂部决定以后将灰控室关闭，将灰控与电除尘控制移至中控室（机组集控室）。这是本“除灰与电除尘远程控制”项目（以下简记为“遥控装置"）的由来。为节约改造成本，提高本厂仪控检修人员素质，该项目决定由本厂检修部仪控专业自行完成。

二． 原设备状况与改造目标

I．原监控设备状况

1．灰处理（控制系统图见图1）
PLC：A-B （以下简记为AB公司）PLC3/10双冗余/每台机组
I/O：1870点/每台机组，其中包括：
灰控操作盘：三位开关：6个/每台机组
二位开关：96个/每台机组
操作按钮：70个/每台机组
指示灯： 310个/每台机组
报警窗： 130个/每台机组
指示表： 17只/每台机组
多笔记录仪：一台/每台机组

2．电气除尘器（EP）系统

EP原控制系统分为高压侧控制柜与低压侧控制柜监控。由于除尘性能问题，EP于1998年10月对2号机组进行了改造，1999年5月对1号机组实行同样的改造。改造后的EP高低压侧均由微处理器进行控制，并设有上位机，提供了系统开机，系统停机，振打控制，排灰控制，电加热控制及系统监视，报警，保护功能。其中
控制器：淅江佳环电子有限公司自制单板机；
上位机：PC机，MS Windows NT4.0下用Visual Basic 6.0编制的监控程序；
I/O：模拟量180点/每台机组；开关量92点/每台机组；
存在的问题是历史数据储存与使用困难，数据格式专有，无法共享，监视功能扩展困难，无法直接移到中控室。

II．改造目标如下：

1． 在除灰系统原设计的PLC+控制盘控制操作的基础上增加一远程控制开关，当开关放置在遥控位置时，中控室可以对除灰系统进行过程监视、报警与控制；

2． 在原灰控室内电气除尘器（以下简记为EP）监控基础上增加一远程数据接口，使中控室可以对EP进行过程监视、报警与控制；

3． 中控室1U/2U OIS主控台旁各增加一台操作站以作为对灰控，电气除尘器的监视控制与调节的人机操作界面，并且互为冗余；

4． 增加数据储存，共享，操作提示，智能诊断等功能；

5． 除上述操作站外不增加新站基础上为化水的集中监视控制预留接口

实施上述改造以后，可在满足ISO9000质量控制的要求下便于强化运行管理，并为实时状态检修诊断打下基础。理论上每年可省25万元，（在可预见的将来，这笔费用会逐年增长）。

三． 遥控装置构成

由以上目标可知，这是要在原PLC上增加一种与DCS操作站类似的Set Point控制方式，即在操作站上完成机组的监视，并在操作站上下达控制指令。指令的执行、联锁及过程信号的采集都是在原PLC中完成的。使用PC机加局域网来构成本灰处理/电除尘遥控装置是最低成本最可行的方案。如图1所示




I．硬件构成：

1.图1中装置1与2为数据I/O服务器。控制上移后设备处于无人值守，所以使用工控机，每台机加上AB公司的1784KTX卡用于与AB-PLC3通讯，通讯速率使用其上限：115.2kbps；

2.图中装置8为淅江佳环公司所配的PC机，作为电除尘器的上位机，它与电除尘控制柜使用RS232进行通讯，速率为9600bps；


3.图上部装置5与6是安置在中控室的CRT操作站，机柜从贝利买入，使中控室所有操作站外观一致，但柜内计算机硬件是未经加固处理的PC机。不选工控机是因为中控室的运行环境较好。我们选低档的宏基PC服务器，这种装置也是为24小时运行设计的，且比工控机有更好的硬软件兼容性及性能，从而能减少维护及扩展费用。

4.历史数据库服务器7是专为强化设备记录，进行状态检修而准备的，同时该服务器上装二块网卡，另一路连到厂MIS系统，实际当一个网关来处理，连到MIS去的信号是只读的，防止干扰正常运行。该服务器连到灰控网及厂MIS网的速率都是100M。


5.所有的设备用局域网连起来，为防止通讯堵塞，加强通讯安全性，两个集线器3与4均采用3COM的Switchhub,保证每台机对应端口的实际最高速率可达到10M，灰控楼与中控楼的电缆距离为250米，所以集线器之间使用光纤相连，速率为100M。

按照AB公司的说法，还有一种简单的方式是将AB公司的PLC用电缆直接连到中控室，但这样的方案使PLC独立性下降、上位机冗余实现困难。我们在实践中发现，对本厂PLC3而言，如果1U/2U将两组共4台PLC使用一根电缆连在一个通讯网上，很容易使1U/2U的灰处理控制盘全部跳闸。实际通讯速率也会因轮询站点增加一倍减慢，从而使通讯有隐患。而此外，还使扩充困难，例如，电除尘的信号以及传到MIS的信号还是要通过专门的网络来传输。所以实际比较起来，目前方案所增的钱不多，但系统扩充性，冗余性，两组PLC的独立性都优于另一方案。从而导致目前方案具有较好的可靠性与安全性，还为今后的化水上移打下了良好的基础。

II．软件构成

1．在I/O服务器上运行的与PLC3通讯软件使用AB公司的Rslinx。

2．人机界面使用wonderware公司的intouch。


3．历史数据库选择wonderware公司的IndustrialSQL。

从与PLC的接口，从网络，从人机界面各方面讲，最价廉的是PC机，所以用intel PC机组成系统。而所有在PC机上运行的工控软件与接口通讯软件所要求的软件环境都是Windows,所以其他操作系统软件包括所谓国产化的Liunx都没有机会，只有用MicroSoft Windows NT。在数据采集与数据库端都用英文版，操作站用中文版。

四． 灰处理与电除尘遥控操作界面与功能

人机界面侧已经实现的操作特性是：

1．只有当灰控楼就地屏上遥控开关放置在“远程”位置，在远程上操作才是许可的，否则远程上只有监视功能，已通过PLC编程实现。

2．所要监视与操作的对象最多三键（或鼠标点击三下）到位；保证三键到位的布局见图2。操作方式有两种：


a.原有操作屏的模拟，如图2所示，保留给对灰处理屏操作熟练的原灰控操作员，画面上有标准屏，缩小屏及放大的操作键区，图2上部是一湿灰缩小屏，下部是高压冲灰水泵操作对应的操作键区，根据不同的监视与操作需要即可在一屏上一目了然，也可放大后进行具体操作。操作有确认对话框，有确切提示，以防止误操作。这样的操作屏共有40幅。操作可以通过键盘操作，也可以通过鼠标进行，二者基本等价。模拟屏上的文字有英文和中文两种，一键切换，使原来看惯英文屏的老灰控操作员能适应，也能轻松适应原机组运行值班员扩大技能。

b.流程图操作；这是原来没有的，如图3所示，我们设法使其中所绘的设备不仅是神似，而且基本形似，所有的设备会随设备的状态变化而变化。管道的工质不同及是否在运行都有不同的状态色来表示，阀门状态类推。这种图共7幅。与模拟盘操作相比，流程图操作可监视能力更强，表达的信号比模拟盘多一倍，而且还有一些联锁功能，例如，如果某泵在就地位置，在流程图上会不可操作，但在模拟盘上还是可操作的（为了与实际盘面一致）。显然流程图更合理些，对某区的流程图监视操作更为简洁，只有7幅，对应的键区有40幅之多。但是由于有灰控室控制盘作依据，模拟盘操作相对更为准确，流程图的准确还会有一段时间。此外对于熟手，也许“灰控屏”更为一目了然；






3．画面切换时间低于1秒，大多低于0.3秒；灰处理的设备操作响应时间低于2秒，一般为1秒；实际设定的I/O Server全点刷新周期为500ms；电除尘全点刷新周期较长，约为10秒，这与佳环公司的硬软件有关（佳环公司上位机与单板机的通讯速率为9600bps）。由于电除尘操作不多，这种情况勉强可用，而灰处理则完全可实用。

4．报警分为软报警与硬报警，软报警即CRT报警，报警窗与原就地盘一致。也有蜂鸣,闪光，可点击闪光区确认，亦有中英文切换以保持新老操作的兼容性；硬报警由PLC直接送往中控室ANN报警窗，只取三点，分别为：
a. 干灰系统报警；b.湿灰系统报警；c.电源异常
硬报警能够在上位机与PLC通讯故障时及时提示操作员。详细内容可翻屏画面。

5．事件记录。新遥控比原装置多了事件记录（限于篇幅不再给出界面），不仅给出了一般报警项的报警与复置时间，名称，还给出了所有开关量状态点的变化事件，将其分组，可以分别得到操作记录，设备动作统计。有助于设备故障分析。本系统试投用后已有二次被用于找出某泵跳闸的原因。

6． 实时与历史趋势。对比起原系统只有三笔记录，本装置每台机组给出20幅、约60点趋势记录，并给出了对应的历史趋势。

7．操作站是冗余的，即一号机的操作站可以同时操作一号机的灰处理/电除尘，也能操作二号机。只要在操作站的左上角“1”点击一下就能切换到2号机。有一授权机制，由当值值长决定是否有某种操作权限。一般情况下，只许一号机操作自已的灰处理与电除尘，二号机的只能作对照监视，无法操作。二号机操作站亦然。

8． 由于网关与InSQL的存在，现在可以在厂MIS网所复盖的任一计算机上通过wonderware 的FactoryFocus软件实时看到灰系统与电除尘的全部实时信息（只读），包括趋势，报表，流程，操作屏，报警。已经证实，即使在千里以外，只要一个V.28MODEM,也能得到全实时（4900点I/O）数据的监控画面。这表明，wonderware在TCP/IP及WindowsNT上实现的实时通讯协议suitelink确有良好的性能。
本系统已于2000年8月在一号机组上投入试运行，二台机组在2000年12月全部移交运行。原灰控楼已关闭。

五． 遥控装置开发中的一些问题解决方案

1．人机界面软件的选择

人机界面软件的选择是本项目的关键之一。市场是对该软件价值性与有效性的权威评判，具有良好市场份额的产品是选择的基本原则之一。Wonderware的FactorySuite 2000、intellution的iFIX2.x、Ci Technologies的Citect、Rockware的RSView等属于此列。实现成本是要关注的另一方面。特别要重视是对本项目的适用性。我们使用其中的一些软件编制了与图2/图3类似的操作画面。对比表明，Wonderware的intouch最适合本项目的要求，该软件市场分额占全球HMI市场的25％，对中文，对OPC，对操作系统与第三方软件都有很好的支持，使用简便，对本项目的构架成本略低于其他方案。特别是，intouch的执行性能十分优越，对硬件资源的要求较低，我们认为，在工控上使用的软件所占的常规CPU时间不宜大于30％，以太网负荷不大于10%，否则系统可靠性与安全性下降,对于本项目应用，所有计算机为PIII450，256MB内存，实际4952点I/O，所有功能满负荷运行，intouch的CPU占用率在10%以下，历史趋势时100%负荷时间不超过5秒。

2．A-B PLC3/10连接方案的选择

在I/O服务器上运行的与PLC3通讯软件使用Rockwell公司的Rslinx，其支持OPC协议。不选其它具有更低成本优势的方案的主要原因是第三方软件不支持AB-PLC3/10方式下的双重冗余且缺少原制造厂商所特有的自家设备的诊断功能。实践表明，该软件有良好的性能特性。

3．电除尘连接方案

通过在电除尘上位机（图2中的8）的原VB6程序中增加DDE协议来传递实时信息。经多次试验与反复修改，终于将560点数据全部以DDE方式送出，并能接受上位机DDE指令。但实时性尚不够理想。主要限制来源于下位机通讯9.6kbps的限制。

4．网关方案的选择

网关数据库选择wonderware公司的IndustrialSQL。该软件嵌入在MS SQL Server上运行，我们的实践表明，其有良好的执行性能，能满足本项目5000点标签量的实时记录要求。该软件还有一InSQLIOS功能，使全厂的有关PC机能通过网关单方向安全地得到实时信号。本网关是远程监视与SCADA的关键设备，是为状态检修奠定基础。MIS客户机使用Wonderware FactoryFocus或其他SQLserver客户端工具来访问。

5．遥控装置与N90系统的时钟同步

灰处理与电除尘遥控装置的操作台虽然与机组DCS-Bailey-N90系统的机组操作台并列在外砚上融为一体，但本质是两个系统，一个是Alpha的OpenVMS系统。一个是intel+NT系统，为避风险二个网相互独立。时钟无捷径统一。本厂的事故追记SOE系统ISM-1（Rochester公司的产品）与N90系统时钟同步到秒。设有一上位机，该上位机软件RiSCue虽然可以正确显示ISM-1传过来事图4.遥控装置与原DCS-N90时钟同步方案
件的VTQ（数值、时标、质量），但本身无法与ISM-1同步。所以设计了图4方案。即由N90周期性（例如，每天三次）地发出时钟同步信号。然后ISM-1将该信号连同VTQ送往RiSCue上位机，RiSCue再通过OPC转送到intouch操作站。Intouch强制本机与该信号的时标进行时钟校对。网上的其他机器则通过周期性排定的AT指令与操作站时钟同步。从而实现了本遥控装置与原DCS-N90时钟统一。




6．打印机共享方案

为了不在中控室增加更多的打印机，本系统通过NT的打印机共享方案跨网段打印。

7．挂危险牌

现在在遥控操作台CRT上已经编制有挂危险牌功能。一旦挂牌，所有的操作站将不能操作挂牌设备，直至再在CRT上进行该设备的摘牌作业。目前的挂牌原则是：如果该项检修不在原灰控楼进行。则只需在遥控装置的CRT上进行挂牌作业；如果还要进入原灰控楼，则不仅要在CRT上进行挂牌，还要在原灰控楼中原操作盘上进行挂牌作业。

六． 结论

为减员增效与强化除灰系统的监督管理的目标，本厂依靠厂内自已的力量，以较低的成本，完成了本厂1/2号机灰处理/电除尘监视与控制的全部上移至机组中控室的遥控装置，所使用的结构是通用PC机+通用局域网+主流商品工控软件，具备良好的性能，易学易用的人机界面，系统开放，易于维护，易于扩充，打破了过去自动化孤岛的现象，实现了在减员情况下的设备强化监视与控制，能方便地实现当前与历史进行追踪与比较，从而满足ISO9000关于趋势与倾向控制(run and trend control)管理及过程可追朔性(traceability)方面的要求。这样的结构有人称为电厂的外围DCS，这不一定确切，不过我们确已为化水系统的上移作好了设备与技术准备。我们认为，这种结构在火电厂外围系统监控，肯定是一种方向。目前，我们正在编制使用这些实时数据的设备诊断程序，进一步拓展其应用。