1、前言 隨著社會(huì)的進(jìn)步、經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，鋼鐵業(yè)獲得了迅猛的發(fā)展。然而，鋼鐵業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)也變得越來(lái)越激烈。如何在競(jìng)爭(zhēng)中立于不敗之地，降低成本、減少污染就成為了鋼鐵業(yè)的首要問(wèn)題。濟(jì)鋼燃?xì)?蒸氣聯(lián)合循環(huán)發(fā)電就是在這種環(huán)境下出現(xiàn)的。燃?xì)庹魵獍l(fā)電是利川高爐煤氣、焦?fàn)t煤氣作為能源發(fā)電的，不僅解決了污染問(wèn)題，還增加了收益，從而降低了生產(chǎn)成本。 濟(jì)南鋼鐵股份有限公司“燃?xì)?蒸氣聯(lián)合循環(huán)發(fā)電工程”是濟(jì)鋼遵照國(guó)家產(chǎn)業(yè)政策，加快自身發(fā)展的又一大型節(jié)能環(huán)保工程，其主體包括兩套由1臺(tái)PG6561B-L型燃?xì)廨啺l(fā)電機(jī)組（48 MW）匹配1臺(tái)混合煤氣壓縮機(jī)、1臺(tái)余熱鍋爐和l臺(tái)蒸汽輪發(fā)電機(jī)組（l8MW）組成“1+1+1+1”建制的聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機(jī)組，ETS（危急遮斷系統(tǒng)）是汽機(jī)能正常運(yùn)轉(zhuǎn)的關(guān)鍵。 2、ETS系統(tǒng)工作原理 燃?xì)?蒸氣聯(lián)合循環(huán)發(fā)電是由高爐煤氣、焦?fàn)t煤氣經(jīng)混合站凈化、混合送至煤壓機(jī)加壓成高溫、高壓的氣體送至燃機(jī)，在燃機(jī)燃燒室內(nèi)與卒氣混合燃燒。帶動(dòng)燃?xì)廨啓C(jī)電壓10 KV，經(jīng)80MVA主變升至110 kV，再經(jīng)GIS開(kāi)關(guān)設(shè)備與110 KV濟(jì)南電網(wǎng)并網(wǎng)。發(fā)電機(jī)總裝機(jī)容量2x66MW，廠(chǎng)用電率25％，上網(wǎng)電量約100 MW，綜合效率接近50％，經(jīng)濟(jì)效益顯著。ETS是與TSI相配合監(jiān)視汽輪機(jī)一些重要信號(hào)并保證汽輪機(jī)安全的系統(tǒng)。當(dāng)進(jìn)入ETS的參數(shù)超過(guò)極限值時(shí)，關(guān)閉汽輪機(jī)進(jìn)汽閥門(mén)，緊急停機(jī)。圖1 為燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)發(fā)電的流程圖。 3、系統(tǒng)硬件構(gòu)成 3.1、系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)組成 根據(jù)發(fā)電總設(shè)計(jì)要求，ETS系統(tǒng)采用100 MB光纖以太網(wǎng)（雙網(wǎng)）體系結(jié)構(gòu)，雙網(wǎng)同時(shí)運(yùn)行，無(wú)縫切換，各節(jié)點(diǎn)功能相對(duì)獨(dú)立。主要完成汽機(jī)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集處理及故障報(bào)警處理，并根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行判斷從而對(duì)汽機(jī)進(jìn)行保護(hù)。 由十系統(tǒng)對(duì)汽機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)起到重要作用，因此采用三取二表決進(jìn)行邏輯確定，并對(duì)控制的PLC設(shè)備及網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行可靠的冗余熱備，使整個(gè)系統(tǒng)具有較高的安全可靠性，下位控制系統(tǒng)由4套PLC組成，分別是ETS系統(tǒng)PLC、SOE系統(tǒng)PLC和通信系統(tǒng)PLC，上位監(jiān)控系統(tǒng)通過(guò)該網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接至工程師站。 [ALIGN=CENTER] 圖1 燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電的流程圖[/ALIGN] 1）操作員工作站 操作員工作站亦稱(chēng)運(yùn)行上作站HMI，HMl主要完成各個(gè)工藝設(shè)備或工藝過(guò)程的數(shù)據(jù)顯示、設(shè)備操作，故障信息監(jiān)控、設(shè)備管理等進(jìn)行工藝過(guò)程及設(shè)備狀態(tài)的實(shí)剛數(shù)據(jù)采集、整理、然后傳送到過(guò)程自動(dòng)化級(jí)，完成各工藝過(guò)程及設(shè)備的故障報(bào)警、處理及顯示。 2）工程師維護(hù)上作站 配備l臺(tái)工程師維護(hù)工作站，供維護(hù)技術(shù)人員進(jìn)行數(shù)據(jù)庫(kù)、界面、報(bào)表等修改維護(hù)、以及網(wǎng)絡(luò)監(jiān)視維護(hù)等功能。同時(shí)工程師維護(hù)工作站也可作為培訓(xùn)工作站，進(jìn)行操作流程的預(yù)演，以及時(shí)運(yùn)行人員的培訓(xùn)仿真等。 3．2、系統(tǒng)PLC控制 系統(tǒng)全部采州美國(guó)GE公司CIMPLICITY PLC控制器，結(jié)合了PLC和DCS先進(jìn)的軟硬件的優(yōu)點(diǎn)，CIMPLICITY PLC控制器具有豐富的過(guò)程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、實(shí)施、編檔、維護(hù)工具，可實(shí)現(xiàn)全過(guò)程一體化自動(dòng)控制，建立經(jīng)濟(jì)的、企業(yè)級(jí)的系統(tǒng)集成。根據(jù)設(shè)計(jì)需要，ETS PLC系統(tǒng)采用S90-30控制器，SOE系統(tǒng)和PLC通信系統(tǒng)采用S90-30控制器。其中ETS PLC系統(tǒng)控制器采用冗余熱備結(jié)構(gòu)，通過(guò)GENIUS總線(xiàn)完成對(duì)現(xiàn)場(chǎng)輸入輸出設(shè)備的檢測(cè)，該系統(tǒng)由現(xiàn)場(chǎng)控制站、操作員站、工程師站組成，含有3層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)（如圖2所示）。最下面一層為總線(xiàn)結(jié)構(gòu)，稱(chēng)為RIO總線(xiàn)，連接遠(yuǎn)程輸入輸出設(shè)備：第二層為控制總線(xiàn)，稱(chēng)為GENIUS總線(xiàn)，傳輸協(xié)議為GE公司專(zhuān)用協(xié)議，用于傳送過(guò)程數(shù)據(jù)、信息互換及控制信號(hào)；第三層為以太網(wǎng)，稱(chēng)為Elhemet網(wǎng)絡(luò)。傳輸協(xié)議為通用TCP/IP協(xié)議，用于工程師站及操作員站的系統(tǒng)管理功能互傳及該系統(tǒng)與分廠(chǎng)級(jí)管理之間的數(shù)據(jù)通信等。 [ALIGN=CENTER] 圖2 ETS系統(tǒng)PLC網(wǎng)絡(luò)分層圖[/ALIGN] 4、軟件系統(tǒng)構(gòu)成 4.1、PLC程序開(kāi)發(fā)軟件 系統(tǒng)的PLC程序開(kāi)發(fā)軟件為CIMPLICITYME，該軟件建立在Windows視窗下臺(tái)下，采用CIMPLIClTYME組態(tài)軟件開(kāi)發(fā)，利用梯形圖RLD編程語(yǔ)言，完成各種檢測(cè)信號(hào)、GPS時(shí)鐘對(duì)時(shí)等邏輯控制功能以及PLC之間數(shù)據(jù)通信功能。 4.2、HMI監(jiān)控開(kāi)發(fā)軟件 傳統(tǒng)意義上的SCADA方案是1臺(tái)上位機(jī)單獨(dú)完成與1臺(tái)或幾臺(tái)PLC的信息變換，而本系統(tǒng)的HMI采用了GE公司的CIMPLlCITY Workbench開(kāi)發(fā)系統(tǒng)，它的組成基于SCADA和C/S混合式結(jié)構(gòu)。ETS系統(tǒng)分為兩個(gè)操作站分別用于兩組汽機(jī)，操作站主要完成與PLC之間的數(shù)據(jù)讀寫(xiě)功能。系統(tǒng)由數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器、Web服務(wù)器、運(yùn)行上作站（操作員站）、維護(hù)工程師站、打印機(jī)及網(wǎng)絡(luò)設(shè)備組成，操作系統(tǒng)采用西文Windows 2000，監(jiān)控界面完成對(duì)公用系統(tǒng)的模擬量、開(kāi)關(guān)量、脈沖量、溫度量，保護(hù)信息等的數(shù)據(jù)采集、計(jì)算、判別、報(bào)警和保護(hù)，事件順序記錄（SOE），報(bào)表統(tǒng)汁，曲線(xiàn)分析，并根據(jù)需要向現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)測(cè)控單元層發(fā)布命令實(shí)現(xiàn)對(duì)電氣設(shè)備的控制和調(diào)節(jié)。該系統(tǒng)人機(jī)界面友善、方便、美觀，數(shù)據(jù)庫(kù)安全、精確、可靠，是實(shí)現(xiàn)發(fā)電廠(chǎng)電氣運(yùn)行、監(jiān)控、管理自動(dòng)化的理想系統(tǒng)。 5、系統(tǒng)通信 5.1、TCP/IPEthernet通信 采用光纖冗余以太網(wǎng)，服務(wù)器、工程師站、操作員站、可編程控制器及上位監(jiān)控被分配唯一的lP地址，PLC控制系統(tǒng)的CPU通過(guò)本站的CMM以太網(wǎng)通信模板利用EGD廣播方式經(jīng)過(guò)Switch交換機(jī)在以太網(wǎng)上與其他PLC發(fā)送和接收信息。上位監(jiān)控系統(tǒng)則通過(guò)以太網(wǎng)卡，經(jīng)過(guò)Switch交換機(jī)在以太網(wǎng)上與工程師站和PLC系統(tǒng)發(fā)送和接收信息。 5.2、ModbusPlus通信 Modbus Plus足種對(duì)等通信網(wǎng)絡(luò)，具有I/O數(shù)據(jù)通信、互鎖，數(shù)據(jù)采集、程序上裝，下裝和在線(xiàn)調(diào)試與監(jiān)控等功能。它的使用給解決現(xiàn)場(chǎng)控制站到中央控制站信號(hào)長(zhǎng)距離傳輸問(wèn)題帶來(lái)了極大的方便，在本系統(tǒng)PLC配置中，通過(guò)專(zhuān)用PLC設(shè)備利用Modbus Plus通訊網(wǎng)絡(luò)與燃機(jī)MARKV進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，實(shí)現(xiàn)了整個(gè)發(fā)電機(jī)組的全過(guò)程監(jiān)控。 6、關(guān)鍵技術(shù) 從軟件的可靠性、效率、易使用性出發(fā)，公用工程智能控制系統(tǒng)采用了許多新技術(shù)： ①上位監(jiān)控系統(tǒng)采用當(dāng)今流行的Server/Client結(jié)構(gòu)，支持企業(yè)的三層C/S應(yīng)用程序的開(kāi)發(fā)。②優(yōu)秀的數(shù)據(jù)訪(fǎng)問(wèn)技術(shù)，采用Microsoft SQL Server創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫(kù)及其前端應(yīng)用程序。③OPC（OLE for Process Control）技術(shù)。通過(guò)使用OPC通信管理器與OPC Server連接，從RTDB獲取數(shù)據(jù)。④現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備在線(xiàn)診斷及報(bào)警技術(shù)。⑤授權(quán)訪(fǎng)問(wèn)控制技術(shù)。⑥GPS全球衛(wèi)星定位控制技術(shù)。⑦SOE順序事件記錄控制技術(shù)。 6.1、GPS對(duì)時(shí)功能 對(duì)于發(fā)電系統(tǒng)，時(shí)間是一個(gè)非常嚴(yán)格的顯示與控制參數(shù)，為了嚴(yán)格統(tǒng)一時(shí)間，采用了GPS（全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)）時(shí)鐘同步裝置，使得網(wǎng)絡(luò)中所有的PLC及HMI時(shí)鐘同步。用串行通信或分脈沖信號(hào)（IPPM）輸出與單元等的時(shí)鐘。 [ALIGN=CENTER] 圖3 GPS時(shí)鐘同步實(shí)現(xiàn)機(jī)理圖[/ALIGN] 圖3為GPS時(shí)鐘同步實(shí)現(xiàn)機(jī)理圖，分為兩種同步方式，對(duì)于HMI用C語(yǔ)言編程通過(guò)RS232串口將GPS的時(shí)鐘信號(hào)采至1臺(tái)上位機(jī)進(jìn)行時(shí)鐘同步，其他上位機(jī)的時(shí)鐘則通過(guò)以太網(wǎng)同步于HMI-1，而PLC則利用脈沖開(kāi)關(guān)量信號(hào)采至SOE事件記錄PLC（PLC-1），在PLC-1內(nèi)通過(guò)編寫(xiě)應(yīng)用程序完成對(duì)脈沖開(kāi)關(guān)量信號(hào)的讀寫(xiě)功能，以實(shí)現(xiàn)PLC內(nèi)的時(shí)鐘同步，對(duì)于其他PLC通過(guò)以太網(wǎng)在PLC之間利用EGD（PLC數(shù)據(jù)通信）廣播方式接受PLC-1的時(shí)鐘信號(hào)來(lái)進(jìn)行時(shí)鐘同步。 6.2、事件報(bào)警記錄控制 為了確保發(fā)電正常進(jìn)行，需要對(duì)發(fā)電機(jī)組主體的設(shè)備的運(yùn)行狀況隨時(shí)做準(zhǔn)確記錄，為此，系統(tǒng)采用了一套專(zhuān)用PLC來(lái)記錄設(shè)各的運(yùn)行狀況，為生產(chǎn)維護(hù)工程師提供依據(jù)，為此開(kāi)發(fā)了事件自動(dòng)記錄程序，控制流程框圖見(jiàn)圖4。 7、結(jié)束語(yǔ) ETS控制系統(tǒng)完全能滿(mǎn)足整個(gè)燃?xì)?蒸氣聯(lián)合循環(huán)發(fā)電工程的要求，系統(tǒng)投運(yùn)至今運(yùn)行可靠，設(shè)備維護(hù)量大大減少，減少了故障點(diǎn)，提高了工作效率。且由于系統(tǒng)采用部分國(guó)內(nèi)、國(guó)際先進(jìn)技術(shù)，因此便于系統(tǒng)擴(kuò)充升級(jí)。作為整個(gè)燃?xì)?蒸氣聯(lián)合循環(huán)發(fā)電工程的一個(gè)重要組成部分，對(duì)電廠(chǎng)進(jìn)行優(yōu)化控制、設(shè)備管理，遠(yuǎn)行管理、定值管理，對(duì)減少損耗，保證電廠(chǎng)可靠、安全、穩(wěn)定運(yùn)行具有巨大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)意義。 [ALIGN=CENTER] 圖4 事件報(bào)警記錄控制程序流程圖[/ALIGN]