石家庄热——电厂传统中小型火力发电厂生产过程信息化的解决方案

项目背景
            
　　 石家庄热电厂东厂区有四台传统火力发电机组（#12-#15机组）,是
   　　 NG-220/110-M2 型高温高压煤粉炉和B25-8.82/0.98 型汽轮机,已运行十年,
   　　 采用传统热控技术，原有的一个小型数据库采集系统，总容量54点，只能提供
   　　 部分重要参数和简单画面，且不易修改，已经远不能适应现代电力竞争的需要，
   　　 急需改造。
   　　 当前电力改革不断深化，竞价上网成为必然，要求对实时动态成本和机组运行
   　　 状况有切实的把握。厂领导审时度势，决定上数据采集系统，准确把握生产过
   　　 程信息。
　　
设计原则
   　　 1、指导思想
   　　 （1）充分发挥现场设备的作用，尽量不增添更多的设备，力求性价比最高。
   　　 （2）新系统要保证一定的先进性。
   　　 （3）新系统要功能完善、稳定可靠。
  采用软件:
   　　 InTouch 7.1
   　　 InSQL Server 7.1
   　　 FactoryFocus 7.1
   　　 ActiveFactory
   　　 SuiteVoyager 3.0
   　　 优点：               
　　 风险分散
   　　 稳定可靠
   　　 良好的扩展性
   　　 性价比最高
   　　 数据共享
   　　
   
　　  
     
　　 2、设计原则
   　　 基于上述指导思想，确定设计原则如下：（1）风险分散：一个操作员出现问题不影响本机自动、保护装置的运行；
   　　 一个操作员站的一个采集子网出现故障不影响其他子网的运行；一个网络
   　　 节点出现故障不使整网瘫痪；设置与外界的物理隔断，避免病毒或恶意破坏。
   　　 （2）稳定可靠：保证设备长期稳定工作，取代部分常规仪表。（3）良好的扩展性：网络应易于增加节点，易于连接新型采集装置，易于与
   　　 其他系统进行数据交换。
   　　 （4）完备的系统功能
   　　 新系统应具备如下功能：
   　　      A 、能连续监视机组各种运行参数及设备的运行状态，并对各参数进行
   　　      必要的处理。有CRT屏幕显示，能够显示各种参数，表格，曲线，棒状图，趋势
   　　      图和模拟图等画面。   
   B 、能够提供定时打印、召唤打印和报警打印。
   C 、能够调用有关历史数据供事故分析和经济运行应用。
   D 、能提供完整的报警信息，对任何报警能给出具有报警点详细说明的 CRT 显示。能实现网上数据共享，能够与其他热工参数采集系统相连接。
   系统构成
经认真考察和慎重论证，我们选定了 Wonderware 公司的 FactorySuite 系列套件。 Wonderware 公司是一家美国公司，它开发出了基于 Microsoft Windows 平台、应用于工业及过程自动化领域的套装软件 FactorySuite ，其构成类似于 Microsoft Office ，是一个多功能软件包，易学 易用。
   系统硬件在充分发挥现场 PLC 和 SRE 巡测仪作用的基础上增加 ADAM 模块，实现不同类型的数据接入。
   因此，石家庄热电厂热工参数采集系统（以下简称数采系统）采用了 FactorySuite 的部分组件，它们是： InTouch7.1 、 Factory Focus7.1 、 InSQL7.1 、 SuiteVoyager 2.0 和 ActiveFactory 。这些组件与系统硬件协调构成了数采系统。
   四台机组连同其辅助系统（燃料输送、化学水处理和除氧给水系统）各设立操作员站，并由设立在汽机班长室的工程师站进行统一管理，由此构成了本数采系统以太网的结构方式，其结构示意图见所附“网络结构图”。
   图中各操作员站完成了数据的采集和传输，工程师站完成对系统的管理和信息发布，历史站完成了数据的存储和对外数据交换，由此实现了一系列设计构想，达到了工程目的。
   
系统工作原理
按照设计原则，系统以设立在汽机班长室的工程师站为中心，通过 HUB 将 #12 — 15 机炉以及燃料输送和化学水处理等十个操作员站连接成一个以太网 , 并通过工程师站向厂 MIS 发布相关画面和数据；历史站接受十个操作员站的数据，完成存储并向厂综合数据库转发数据。操作员站和工程师站以 InTouch7.1 为工作平台，在此基础上开发应用软件，实现系统设计功能。历史站安装 5000 点数据库。 InSQL Server 是工厂实时关系型数据库，具有速度快捷、查询方便和组态简单的特点； SuiteVoyager 可将选定的内容进行发布，客户端不用安装任何软件，利用 WINDOWS 的 IE 浏览器就可方便的查询有关数据。操作员站通过运行 ADAM 、 OMRONHL 和 SRE （自行开发）三种 I/O Server 将现场各种热工数据采集上来。该结构方式各个系统相对独立运行，实现了风险分散的目的。
   1 、操作员站
一个操作员站就是一个独立的实时数据网，利用串口扩展技术，又方便地连接了若干个小数据网络（子网）。典型的结构见所附“操作员站结构图”。图中的 OMRON 公司的 PLC 和研华公司的 ADAM 模块都有完备的通讯功能，上海电力学院的 SRE 巡测仪也具备串口通讯功能，我们经过研发，开发出了它的通讯程序，这样就解决了子网通讯问题。具体说明如下：
   操作系统 :Windows NT 4.0
工作环境： FactoryFocus 7.1
应用程序：在 FactoryFcous 7.1 基础上自行开发
I/O Server ： Omron Hl ADAM SRE
计算机 : 康泰克工控机（ CPU800MHZ 、 40G ）
通讯方式： C104P 型串口扩展卡 2 块，自制屏蔽通讯电缆若干条，网卡及网线。
采集装置： PLC 、 SRE 巡测仪、 ADAM 系列模块
OMRON 公司的 PLC 系列产品已在我厂东厂区机炉的本体保护、灭火保护和安全门保护中使用。 PLC 是一套独立的控制系统，本身具备数据的采集和处理能力，因此，只要增插一块 HostLink 卡就可与操作员站连接，并通过设置 OMRON HL 通讯软件实现与 PLC 的数据交换。这种方法可低成本地接入大量的开关量数据。
   研华公司的 ADAM 系列模块已经在我厂化学和燃料的热工参数采集系统中得到了很好的应用，具有使用简单、组网方便的特点。本工程选用研华系列模块，用于采集标准模拟量信号（ 0-10mA 或 4-20mA ）。利用 ADAM 软件对 4017 和 4520 通讯模块进行配置，可简便的构成一个子网。另外，选用该型设备可以方便的实现设备互换，为今后的维修服务和备品备件的来源提供了方便。
   SRE 型巡测仪：我厂东厂区机炉的大部分温度信号是用上海电力学院的 SRE 系列产品来指示的，它具备完整串口通讯功能。我们已经用 VB 语言成功的开发了与 InTouch 的通讯程序，接入大量的温度数据，现场运行良好。
   2 、工程师站
工程师站是网络的中心环节，操作系统室 Windows2000 Server 版，工作软件是 InTouch 7.1 （ 3000 点）和 SuiteVoyager 2.0 。在这里对其他操作员站实施管理 实现网络同步。综合有关数据，编制画面，完成数据格式转换，向 MIS 用户发布信息并进行访问管理。这里也是实时数据系统的对外物理隔断，外界信息不能进入下一层数据网，有效的保证了系统安全。
   3 、历史站
从 HUB 接出，完成实时数据的存储、检索和对厂综合数据库的数据交换。操作系统为 Windows NT 4.0 ，工作软件是 InSQL Server 5000 点和 ActiveFactory 2.0 。 InSQL Server 是实时关系型工厂数据库，采用了高压缩比的数据格式和 SuiteLink 的快速通讯方式，使得占用硬盘空间小通讯检索速度快 .ActiveFactory 2.0 提供了方便、准确、多方式的查询手段，完全满足了事故分析、经济分析和性能计算的需要。
   
系统性能指标
工程竣工后，经现场测试，达到了如下的性能指标：
   系统可用率—— 99.9 ％
系统精度：满足± 0.1% 的精度要求
显示正确性：实际最大误差是 -0.045% ，满足要求。
一致性：比较与二次仪表指示值的一致性为 100 ％。，满足要求。
抗干扰能力：满足共模电压 250V 、共模抑制比 120dB 、差模电压 60V 、差模抑制比 120dB 的设计要求。
系统实时性和响应速度：

系统裕量：
采集板 CPU 负荷率不大于 40% ，实际值是 20% ，合格。
   操是作员站 CPU 负荷率不大于 40% ，实际最大值是 30% ，合格。
   I/O 点裕量：不小于 15% ，实际值是 20% ，合格。
   电源负荷不大于 30% —— 40% ，实际值是 20% ，合格。
   数据正确率：
设计要求，当信号源正常时，数据正确率应不低于 98% 。实际值为 99.5 ％，达到了设计要求。
   工程概况
工程量： 2001 年 1 月成立 5 人工程小组，并于当月 9 日开始施工， 2002 年 4 月 15 竣工验收，历时 3 个月。其中 2001.1.9 — 2.001.2.20 进行软件开发， 2001..3.21 — 2001.4.14 进行现场施工。
硬件的设计安装 （ 仅对＃ 12 —＃ 15 机炉 8 个操作员站的统计 ）:
（ 1 ）设计、制作并安装计算机工作台 8 个。
   （ 2 ）设计、制作、并安装数据采集柜 2 面。
   （ 3 ）设计、制作、并安装数据采集板 8 块。
   （ 4 ）安装 ADAM 模块 56 块，配线 380 对。
   （ 5 ）敷设网络通讯电缆 800 米。敷设控制电缆 1000 米。
   （ 6 ）制作、敷设采集通讯线 40 根。
   （ 7 ）配置、安装数采计算机 10 台（软件安装、串口扩展和网卡安装等），安装 HUB1 台。
   （ 8 ）改造 PLC5 台， SRE 巡测仪 7 台。
   （ 9 ）连接采集装置 3 类（ PLC 、 SRE 、 ADAM ） 20 个。
   （ 10 ）系统容量：1500 点
   软件开发：
（ 1 ）开发 SRE 巡测仪通讯程序一套。
   （ 2 ）利用 InTouch 7.1 开发出了由１００余副画面组成的操作员站应用软件。
   （ 3 ） 开发发布信息程序一套（ 20 画面）。
   结束语
众所周知，当前流行的 DCS 系统具备完备的数据采集功能，但对于采用传统热控技术的中小型火力发电机组，要进行 DCS 改造，所需费用是巨大的，工期是比较长的。如何在不具备 DCS 改造条件或不打算改造的情况下解决生产过程信息化的问题，本文提出一个解决方案 ， 以适应当前电力改革对生产过程信息的迫切要求。