Ovation系統(tǒng)在1 000MW機(jī)組工程中的應(yīng)用研究

楊文強(qiáng)，李慎斌，董　鵬

（1．華能山東發(fā)電有限公司，濟(jì)南　250002；2.華能萊蕪發(fā)電有限公司，山東　萊蕪　271102）

Ovation系統(tǒng)在1 000MW機(jī)組工程中的應(yīng)用研究

楊文強(qiáng)1，李慎斌2，董鵬2

（1．華能山東發(fā)電有限公司，濟(jì)南250002；2.華能萊蕪發(fā)電有限公司，山東萊蕪271102）

功能完備、操作友好的DCS系統(tǒng)對(duì)于火力發(fā)電廠而言，在降低人工成本，提高機(jī)組運(yùn)行效率，增強(qiáng)機(jī)組運(yùn)行安全性等方面意義重大。就Ovation系統(tǒng)在百萬級(jí)火電機(jī)組工程中的應(yīng)用進(jìn)行分析，目的在于指導(dǎo)建設(shè)合理、易于操作、安全性高的機(jī)組控制系統(tǒng)。

分散控制系統(tǒng)；1 000MW機(jī)組；Ovation系統(tǒng)；火電廠

0　引言

Ovation是一種分散控制系統(tǒng)（DCS），其模塊化設(shè)計(jì)可根據(jù)電廠具體需要精確配置過程管理系統(tǒng)［1］。Ovation系統(tǒng)可將小型安裝模塊擴(kuò)展到能夠容納多達(dá)254個(gè)智能模塊（稱為站點(diǎn)），其中每個(gè)站點(diǎn)都是一個(gè)獨(dú)立模塊，可執(zhí)行各種功能［2-3］。Ovation使用商用硬件平臺(tái)、操作系統(tǒng)和開放式網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，具有靈活的功能配置，在使用Ovation系統(tǒng)時(shí)，必須進(jìn)行合理配置。基于某1 000MW火力發(fā)電機(jī)組Ovation系統(tǒng)的應(yīng)用，就Ovation系統(tǒng)關(guān)鍵模塊的配置進(jìn)行研究，期望能夠?yàn)槠渌麢C(jī)組建設(shè)提供參考。

1　Ovation系統(tǒng)配置影響因素分析

在對(duì)Ovation系統(tǒng)進(jìn)行配置時(shí)，需對(duì)以下因素進(jìn)行考慮，避免出現(xiàn)錯(cuò)誤配置導(dǎo)致系統(tǒng)安全性降低，甚至出現(xiàn)事故［4］。

1）采用冗余高速網(wǎng)絡(luò)。確保利用以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)將輸入和輸出數(shù)據(jù)發(fā)送到連接該網(wǎng)絡(luò)的所有工作站和控制器。

2）采用工作站（基于 Solaris或基于 Windows的計(jì)算機(jī)）接收和發(fā)送數(shù)據(jù)。確保執(zhí)行運(yùn)行過程所需的任何操作得以實(shí)現(xiàn)。此類工作站通常連接到交換機(jī)上，通過交換機(jī)連接到網(wǎng)絡(luò)。

3）采用控制器執(zhí)行調(diào)節(jié)和順序控制策略。將控制器連接到輸入和輸出模塊上，控制器是包含I/O模塊的站點(diǎn)，這些模塊是連接到實(shí)際工廠設(shè)備上的傳感器，這些傳感器將測(cè)量點(diǎn)的值廣播到Ovation網(wǎng)絡(luò)上。

4）合理選用硬件，如機(jī)柜、電纜和接地設(shè)備。

5）確保I/O模塊工作正常。模塊將現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)（溫度、壓力等）從實(shí)際工廠處理過程連接到控制器，而后通過網(wǎng)絡(luò)將信息發(fā)送到工作站，工作站的控制指令發(fā)送到控制器。系統(tǒng)配置軟件包運(yùn)行在Ovation工作站上，執(zhí)行配置、管理和操作Ovation系統(tǒng)所需的任務(wù)。

2　Ovation系統(tǒng)關(guān)鍵模塊配置

Ovation系統(tǒng)關(guān)鍵功能模塊［5］包括Ovation系統(tǒng)硬件設(shè)備、多網(wǎng)絡(luò)配置、接地配置、系統(tǒng)機(jī)柜電源配置、系統(tǒng)報(bào)警配置、系統(tǒng)安全中心配置以及系統(tǒng)安全儀表選用等模塊。

2.1Ovation系統(tǒng)設(shè)備配置

Ovation系統(tǒng)的硬件設(shè)備主要包括工作站、機(jī)柜以及外圍設(shè)備，對(duì)于設(shè)備的放置位置、物理環(huán)境以及電子信息環(huán)境都有較為嚴(yán)格要求。

在選擇Ovation系統(tǒng)設(shè)備放置位置時(shí)，需考慮以下情形：防止陽光直射；考慮天氣（雨、雪等）因素；防止雷擊；防止灰塵；防止ESD（靜電放電）；防止EMI/ RFI（電磁干擾/無線電頻率干擾）［6］。

此外，對(duì)于設(shè)備的物理環(huán)境，主要包括工作溫度、濕度、高度、撞擊、震動(dòng)以及噪聲等外部因素都要加以考量。以Sun T2000服務(wù)器為例，其工作環(huán)境中，溫度為5～35℃、濕度為20%～80%為宜，工作及空閑時(shí)噪聲均為62 dB以下。

設(shè)備的電子信息環(huán)境［7］包括輸入電壓、頻率、電流、功耗、散熱等，仍以SunT2000服務(wù)器為例，輸入電壓/電流為100 V/4.5 A～200 V/2.25A，頻率為50～60Hz，功耗為450W，散熱速度為1 440 kW/h。

其他設(shè)備在進(jìn)行配置時(shí)亦有相關(guān)要求，可根據(jù)產(chǎn)品說明進(jìn)行詳細(xì)配置。

2.2Ovation系統(tǒng)多網(wǎng)絡(luò)配置

Ovation多網(wǎng)絡(luò)功能使獨(dú)立的Ovation網(wǎng)絡(luò)可相互通信，使得收集并檢索數(shù)據(jù)以及實(shí)施一個(gè)網(wǎng)絡(luò)到另一個(gè)網(wǎng)絡(luò)的控制成為可能［8］。配置多網(wǎng)絡(luò)功能的Ovation系統(tǒng)支持網(wǎng)絡(luò)間的監(jiān)視、控制功能。規(guī)劃和實(shí)施多網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)復(fù)雜的過程，在配置多網(wǎng)絡(luò)時(shí)，應(yīng)當(dāng)注意考慮以下內(nèi)容：多網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的Ovation網(wǎng)絡(luò)數(shù)目；每個(gè)網(wǎng)絡(luò)中的站點(diǎn)數(shù)目、站點(diǎn)類型；要建立的安全類型；對(duì)現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)更改以適應(yīng)多網(wǎng)絡(luò)環(huán)境；本地網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施強(qiáng)加的限制。

圖1所示為多網(wǎng)絡(luò)配置流程，對(duì)于如何計(jì)劃多網(wǎng)絡(luò)及其連接方式進(jìn)行了說明。對(duì)于相互通信的Ovation多網(wǎng)絡(luò)，必須通過專門硬件連接網(wǎng)絡(luò)。其他考慮事項(xiàng)涉及安全、權(quán)限以及尋址和命名規(guī)則等［9］。使用的硬件取決于系統(tǒng)執(zhí)行功能。硬件包括工作站、機(jī)柜內(nèi)放置的I/O模塊、路由器、交換機(jī)、電纜和各種設(shè)備等。

以使用主干連接的典型多網(wǎng)絡(luò)配置為例，如圖2所示的兩個(gè)單元可能位于極為相近的位置，也可能位于疏散的地理位置。不管哪種情況，操作概念都是相同的，即主干或核心網(wǎng)絡(luò)提供所有已連接單元間的IP連接。

圖1　多網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)配置流程

2.3Profibus系統(tǒng)配置

Profibus（過程現(xiàn)場(chǎng)總線）DP（分散式外圍設(shè)備）是一種鏈接設(shè)備（也稱為從設(shè)備）和自動(dòng)化系統(tǒng)的全數(shù)字、雙向通信系統(tǒng)。ProfibusDP用網(wǎng)絡(luò)或多站點(diǎn)配置替換了傳統(tǒng)的一對(duì)一接線，從而降低了安裝和材料成本。傳統(tǒng)的模擬和離散現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)接線（每個(gè)設(shè)備一個(gè)線對(duì)）。例如，如果電廠中有1 000個(gè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，則需要1 000個(gè)線對(duì)。此外，傳統(tǒng)設(shè)備的一個(gè)線對(duì)只能傳送一條信息 （通常是一個(gè)過程變量或控制輸出）。

傳統(tǒng)的模擬設(shè)備安裝是用一對(duì)專用線將每個(gè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備連接到主機(jī)系統(tǒng)，Profibus DP安裝則是采用單根雙絞線（又稱為總線或干線）連接至多個(gè)設(shè)備。電纜、相連設(shè)備和支持組件稱為分段［10］。分段可設(shè)計(jì)為分支或樹布局拓普。圖3描述了采用Ovation系統(tǒng)的典型Profibus實(shí)施情況。

在對(duì)Profibus進(jìn)行配置時(shí)，須注意每個(gè)Profibus設(shè)備都必須具有獨(dú)特的物理設(shè)備標(biāo)簽和對(duì)應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)地址。網(wǎng)絡(luò)地址是Profibus用于設(shè)備的當(dāng)前地址。每個(gè)Profibus設(shè)備都有各自的配置文件，稱為GSD文件。此文件由設(shè)備廠商提供，包含設(shè)備的系統(tǒng)參數(shù)并存儲(chǔ)在Ovation數(shù)據(jù)庫中。

圖2　典型主干連接多網(wǎng)絡(luò)配置

圖3　采用Ovation的Profibus實(shí)施

2.4Ovation控制器配置

如圖4所示為OCR400控制器。電站中的控制器通常使用一臺(tái)或多臺(tái)機(jī)柜，包含通過電纜連接到現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的輸入和輸出模塊。這些模塊可監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備所發(fā)生的任何狀態(tài)變化。Ovation控制器可與Q-Line I/O和Ovation I/O以及可選擇的第三方I/O通信。

控制器I/O接口模塊通過使用控制器基本組件（位于控制器下方）上的物理端口L1和L2，支持多達(dá)16個(gè)本地Ovation I/O分支。在為Ovation I/O配置時(shí)，每個(gè)端口最多可配置四個(gè)遠(yuǎn)程Ovation I/O節(jié)點(diǎn)。兩個(gè)端口均不支持本地Ovation系統(tǒng)I/O節(jié)點(diǎn)。在為遠(yuǎn)程Q-Line配置R3/R4時(shí)，每個(gè)端口可支持最多4個(gè)節(jié)點(diǎn)，并且每個(gè)節(jié)點(diǎn)可配置4個(gè)板條箱。在為本地Q-Line配置時(shí)，R4最多可在本地Q-Line上支持4個(gè)板條箱（1個(gè)節(jié)點(diǎn)），但R3必須未被占用。

圖4　OCR400控制器

3　應(yīng)用實(shí)例分析

3.1模塊基本配置

對(duì)某火力發(fā)電廠百萬級(jí)機(jī)組應(yīng)用Ovation系統(tǒng)實(shí)例進(jìn)行分析。該電廠本期建設(shè)2臺(tái)1 039MW超超臨界汽輪發(fā)電機(jī)組。鍋爐為東方鍋爐（集團(tuán)）股份有限責(zé)任公司生產(chǎn)的超超臨界參數(shù)變壓運(yùn)行直流爐。汽輪機(jī)為東方汽輪機(jī)有限公司生產(chǎn)的1 000MW級(jí)、超超臨界、一次中間再熱、單軸、四缸四排汽、凝汽式汽輪機(jī)。

單元機(jī)組DCS控制范圍包括：鍋爐及其輔助設(shè)備；汽機(jī)及其輔助設(shè)備；發(fā)電機(jī)及其輔助設(shè)備；電氣控制系統(tǒng)等所有的監(jiān)視和控制。功能包含MEH、鍋爐吹灰、脫硝SCR部分、循環(huán)水泵房、排水發(fā)電機(jī)房等。在兩臺(tái)機(jī)組的DCS網(wǎng)絡(luò)之間，通過DAS、SCS、MCS、FSSS、BPS（旁路控制系統(tǒng)）、DEH、計(jì)算機(jī)接口構(gòu)建機(jī)組公用DCS網(wǎng)絡(luò)，對(duì)空壓機(jī)房系統(tǒng)、燃油泵房系統(tǒng)以及電氣廠用電的公用部分等進(jìn)行監(jiān)視和控制。

將公共DCS網(wǎng)絡(luò)的交換機(jī)連接到1號(hào)機(jī)組的根交換機(jī)上。1號(hào)、2號(hào)機(jī)組的根交換機(jī)均向上連接到整個(gè)DCS系統(tǒng)的核心交換機(jī)上，向下連接鍋爐、汽機(jī)側(cè)的子交換機(jī)，子交換機(jī)下面掛接各控制器和操作站，從而構(gòu)成整個(gè)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。

該機(jī)組DCS共設(shè)計(jì)I/O點(diǎn)：單元機(jī)組11 205點(diǎn)，公用系統(tǒng)717點(diǎn)。單元機(jī)組DCS共配置了28對(duì)DPU，公用系統(tǒng)配置了4對(duì)DPU。DPU的配置基本上按照工藝系統(tǒng)及DCS功能劃分，DEH和MEH采用與DCS相同的硬件。

ProfiBus-DP總線連接的智能設(shè)備包括：Honeywell分析儀表 （包括電導(dǎo)率、硅表、納表、pH表、酸度計(jì)，堿度計(jì)）；Polymetro濁度表；Festo閥島；蘇州萬隆電機(jī)控制器。FF總線連接的智能設(shè)備主要包括：羅斯蒙特壓力/差壓變送器；848T溫度模塊；E+H雷達(dá)液位計(jì)。

Ovation系統(tǒng)中，每塊FF總線通信卡可以提供兩個(gè)FF總線通信接口，連接兩條FF總線。每塊Profibus-DP通信卡提供兩個(gè)DP總線接口，可以引出兩條DP總線。

3.2應(yīng)用注意事項(xiàng)

同一網(wǎng)段上掛接的設(shè)備不宜過多，否則影響傳輸速率；更換總線設(shè)備時(shí)，GSD文件 （總線設(shè)備與DCS之間的通信規(guī)定）應(yīng)與原設(shè)備保持一致，否則無法通信；不同種類的總線電纜相互之間必須保持一定的距離，當(dāng)交叉時(shí)必須正交交叉，不能平行排列以減少通信干擾；Profibus-DP總線上DB9接頭的終端電阻位置的設(shè)置應(yīng)重視。除了最后一個(gè)設(shè)備DB9接頭的終端電阻設(shè)置在ON位置上，其他均應(yīng)設(shè)置在OFF上，否則將導(dǎo)致所有設(shè)備的通信中斷。

4　結(jié)語

對(duì)Ovation系統(tǒng)在1 000MW機(jī)組中的應(yīng)用進(jìn)行研究，確定了Ovation系統(tǒng)關(guān)鍵模塊的系統(tǒng)配置，并就Ovation系統(tǒng)在1 000MW機(jī)組中的應(yīng)用進(jìn)行了實(shí)例分析，對(duì)應(yīng)用過程中的注意事項(xiàng)進(jìn)行了詳細(xì)的研究，能夠?yàn)橥袠I(yè)其他機(jī)組的Ovation系統(tǒng)應(yīng)用提供幫助。

［1］陳軍.電廠DCS網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)［J］.數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用，2015（11）：99.

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The Application of Ovation System in 1 000MW Unit Project

YANGWenqiang1，LIShenbin2，DONG Peng3
（1.Shandong H uaneng P ower G eneration C o.，Ltd.，Jinan 250002，China；2.Huaneng L aiwu P ower G eneration C o.，Ltd.，Laiwu 271102，China）

A DCS system with complete function and friendly operation plays an important role in reducing human resource cost，improving the efficiency of power unit and enhancing the run security for coal-fired power plants.The application of Ovation system in 1 000 MW thermal power unit is studied to guide to construct a reasonable，easily to operate and of high security power unit control system.

DCS；1 000MW power unit；Ovation system；coal-fired power plants

B

1007-9904（2016）03-0053-04

2015-12-04

楊文強(qiáng)（1976），男，工程師，從事電廠熱工技術(shù)與管理工作；

李慎斌（1978），男，工程師，從事電廠熱工檢修工作；

董鵬（1980），男，工程師，從事電廠熱工技術(shù)與管理工作。