應用背景
中電投吉林松花江發(fā)電廠(chǎng)規劃容量為85萬(wàn)千瓦。于1999年開(kāi)始建設一期工程，安裝3臺額定蒸發(fā)量為360t/h的煤粉鍋爐，安裝2臺額定發(fā)電量為125MW雙抽式汽輪發(fā)電機組。每小時(shí)供300噸工業(yè)蒸汽，城市居民集中供熱550萬(wàn)平方米以上的能力。截至2006年9月底，吉林松花江熱電廠(chǎng)累計發(fā)電49.7億千萬(wàn)時(shí)，供熱489.6萬(wàn)吉焦（工業(yè)蒸汽201.6萬(wàn)吉焦，集中供熱288萬(wàn)吉焦），實(shí)現稅收上億元。投產(chǎn)以來(lái)，2006年首次實(shí)現盈利，企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)步入了良性循環(huán)的階段。2006年10月，吉林松花江熱電廠(chǎng)二期擴建工程開(kāi)始籌建，二期擴建工程計劃建設2臺300MW機組，配裝2臺1000T/H鍋爐，爭取在“十一五”內開(kāi)工建設，屆時(shí)將達到年供電量31億千瓦時(shí)，供熱600萬(wàn)吉焦。
客戶(hù)需求
中電投吉林松花江發(fā)電廠(chǎng)一期工程中輸煤程控控制系統使用的是GE 智能平臺的90-30 MaxON冗余控制系統，現場(chǎng)I/O系統使用的是Filed Control I/O系統，中央控制室操作員人機界面使用的是Wonderware InTouch軟件。該90-30 MaxON冗余控制系統是基于90-30硬件平臺組建的冗余控制系統，在上世紀末具有很高的先進(jìn)性。隨著(zhù)科技的發(fā)展和需求的不斷增加，其使用的局限性也體現出來(lái)。
在二期工程中的輸煤程控控制系統建設時(shí)，客戶(hù)立足于盡量減少投資，盡量利用一期已有的系統，因此需要把一期和二期的控制系統結合起來(lái)，由一套冗余控制器實(shí)現控制，保留一期系統的I/O系統，新建二期系統的I/O系統。這樣用戶(hù)可以減少投資，同時(shí)也實(shí)現的對一期系統的升級。且二期系統建設時(shí)，應保證一期系統的正常運行，控制系統的升級只能允許在電廠(chǎng)有限的檢修期內完成。
由于時(shí)間的緊迫，客戶(hù)不僅僅需要可靠的控制系統產(chǎn)品，更需要易于掌握、集成、擴展、技術(shù)先進(jìn)的控制系統，同時(shí)該系統易于升級，能夠兼容老的系統，且該系統也易于維護，以降低后期的運行成本。同時(shí)客戶(hù)也提出了要求，中央控制室操作員人機界面繼續使用Wonderware InTouch軟件。在保證系統功能的前提下，希望平臺提供商能夠提供較為經(jīng)濟的系統軟件解決方案。
解決方案
為了滿(mǎn)足客戶(hù)的需求，需要一套可靠性高、易于操作、維護方便、性?xún)r(jià)比高的一套自動(dòng)化控制系統；同時(shí)也需要一套能夠兼容90-30 MaxON冗余控制系統程序和現場(chǎng)遠程I/O系統、易于升級的自動(dòng)化控制系統。結合GE 智能平臺的先進(jìn)控制器產(chǎn)品的特點(diǎn)，GE 智能平臺沈陽(yáng)辦事處的技術(shù)人員積極同該項目的系統集成商－－沈陽(yáng)鷺島電氣責任有限公司的的技術(shù)負責人員進(jìn)行技術(shù)交流和溝通，最終給出了一套適合于用戶(hù)需求的自動(dòng)化控制系統解決方案。
本輸煤程控系統中共實(shí)現以了下設備的自動(dòng)化監視和控制：皮帶運輸機 26臺、葉輪給煤機4臺、環(huán)式給煤機 2臺、犁煤器68臺、帶式除鐵器4臺、盤(pán)式除鐵器4臺、環(huán)錘式碎煤機 2臺、滾軸篩機 2臺、清箅破碎機4臺、電子皮帶秤4臺、斗輪機 2臺。
根據輸煤程控工藝流程和該廠(chǎng)的設備布局結構，控系統主要分為三個(gè)層次。這三層次是上位機監控平臺層、現場(chǎng)設備控制層及I/O網(wǎng)絡(luò )層。這三個(gè)層次分別使用了Wonderware InTouch軟件、RX7i 高性能冗余控制器及Field Control遠程I/O系統和VersaMax 遠程I/O系統來(lái)實(shí)現控制。系統結構圖可以參見(jiàn)圖1所示。
圖1系統結構圖
1、上位機監控平臺層
上位機監控平臺層通過(guò)以太網(wǎng)和RX7i 高性能冗余控制器進(jìn)行通訊。工業(yè)以太網(wǎng)以其特有的低成本，高實(shí)效，高擴展性及高智能的魅力，吸引著(zhù)越來(lái)越多的制造業(yè)的廠(chǎng)商。
GE 智能平臺 自動(dòng)化產(chǎn)品很好地支持工業(yè)以太網(wǎng)通訊，可以用于控制層設備之間、控制層與遠程I/O 之間、控制層與人機界面HMI/觸摸屏之間的通訊。GE 智能平臺工業(yè)以太網(wǎng)通訊產(chǎn)品支持以下工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議：
• SRTP TCP/IP 協(xié)議
• EGD 協(xié)議
• Modbus TCP/IP 協(xié)議
在本列應用中，Wonderware InTouch軟件主要采用SRTP TCP/IP 協(xié)議和RX7i 高性能冗余控制器進(jìn)行通訊。SRTP TCP/IP 協(xié)議，即Service Request Transport Protocol，其基于Client/Server 結構、Request/Reply 方式進(jìn)行以太網(wǎng)通訊，Client 對Server 發(fā)出讀/寫(xiě)數據Request，Server 對Client 返回相應Reply。SRTP TCP/IP 協(xié)議可以用于GE 智能平臺產(chǎn)品的控制器間數據通訊、編程組態(tài)下載、控制器與HMI通訊等。
SRTP TCP/IP 協(xié)議支持通用型的Hub、Switch、Router產(chǎn)品。
圖2 輸煤程控主控畫(huà)面
圖3 流程選擇畫(huà)面
2、RX7i 高性能、先進(jìn)控制冗余控制器及其Field Control遠程I/O系統和VersaMax 遠程I/O系統遠程I/O系統。
作為GE 智能平臺新一代的過(guò)程自動(dòng)化控制器，PAC系統在操作系統之上設計了一個(gè)通用的、適合于多平臺的(包括硬件平臺和操作系統平臺)、便于移植的、輕便的控制引擎(control engine)，集成了包括邏輯控制、運動(dòng)控制、過(guò)程控制和人機界面在內的多領(lǐng)域解決方案，從而保證使用PAC系統的用戶(hù)可以使其編制的應用程序獲得最大的應用收益，并且還可以方便地優(yōu)化其自動(dòng)化平臺，從而不需重新設計整個(gè)系統，就可以不斷獲得越升的系統性能。
此外,GE智能平臺的RX7i控制系統還具有以下的應用優(yōu)點(diǎn)：標配Intel Pentium CPU處理器，CPU內部集成10M或64M用戶(hù)內存,應用標準的工業(yè)VEM64總線(xiàn)標準，使用9或18槽PCI機架，底板速度提高到126M。使用VEM64總線(xiàn)底板來(lái)支持高速數據傳輸率，支持標準底板使第三方可以方便的開(kāi)發(fā)I/O、通信、動(dòng)作控制、可視和其它模塊。
圖4配煤畫(huà)面
VersaMax PLC是一種更易于使用、價(jià)格合理、性能卓越的PLC。VersaMax提供了廣泛的I/O模塊、電源模塊和通訊模塊。通訊支持TCP/IP以太網(wǎng)、Profibus DP、DeviceNet和Modbus RTU協(xié)議。模塊具有帶電熱插拔功能。多種類(lèi)型的底座和接插式端子提供了接線(xiàn)的靈活性。
Field ControlI/O系統是GE 智能平臺給用戶(hù)提供的一種經(jīng)濟型I/O。其特點(diǎn)是堅固、耐用、體積小。由于電子元器件的供應原因，該I/O已經(jīng)停產(chǎn)，并由VersaMax I/O模塊、電源模塊和通訊模塊進(jìn)行全面替換。換句話(huà)說(shuō)，Field ControlI/O系統可以直接升級到VersaMax I/O系統。
3、GENIUS現場(chǎng)總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )。
Genius網(wǎng)絡(luò )是GE 智能平臺IP 于1985 年開(kāi)發(fā)并引入到工業(yè)控制領(lǐng)域的一種工業(yè)現場(chǎng)總線(xiàn)。Genius 網(wǎng)絡(luò )協(xié)議是GE 智能平臺專(zhuān)有的令牌通訊協(xié)議。Genius 網(wǎng)絡(luò )以其安全、快速的特性廣泛適用于制造業(yè)自動(dòng)化、流程工業(yè)自動(dòng)化等其他領(lǐng)域自動(dòng)化。迄今為止，已有許多第三方的公司、廠(chǎng)家開(kāi)發(fā)出了在許多場(chǎng)合支持Genius 網(wǎng)絡(luò )的兼容設備，這一切使Genius網(wǎng)絡(luò )有著(zhù)無(wú)窮的潛力和巨大的靈活性。
Genius總線(xiàn)是一個(gè)對等、令牌網(wǎng)絡(luò )，一條網(wǎng)絡(luò )最多可有32 個(gè)站點(diǎn)，如果需要更多的站點(diǎn)， 可以再增加Genius 總線(xiàn)控制器（GBC）來(lái)解決。該網(wǎng)絡(luò )具有很高的網(wǎng)絡(luò )吞吐率，衡量一個(gè)網(wǎng)絡(luò )，最終是以網(wǎng)絡(luò )的吞吐率來(lái)決定數據的更新率的，而不是簡(jiǎn)單地以網(wǎng)絡(luò )的速率來(lái)決定。由于Genius 網(wǎng)絡(luò )采用頻移鍵控調制技術(shù)（FSK），可以有效地防止工業(yè)現場(chǎng)的各種干擾。
Genius 網(wǎng)絡(luò )具有良好的實(shí)時(shí)性，可以用于控制大量的現場(chǎng)I/O 設備。 Genius網(wǎng)絡(luò )支持廣播方式通訊，廣播方式通訊的效率要遠高于報文方式通訊，同時(shí)，使用廣播方式通訊在組態(tài)時(shí)更簡(jiǎn)單，無(wú)需編程。該網(wǎng)絡(luò )具有極大的靈活性，同時(shí)支持控制器之間以及控制器和遠程I/O 之間的通訊。Genius網(wǎng)絡(luò )的傳輸介質(zhì)可以采用屏蔽雙絞線(xiàn)、光纖或MODEM。網(wǎng)絡(luò )拓撲結構是總線(xiàn)型拓撲結構?？刂破骱凸濣c(diǎn)設備以菊花鏈的形式連接起來(lái)，在網(wǎng)絡(luò )的兩端有終端電阻。終端電阻的選擇取決于所采用的電纜，分為：75 歐姆、 100 歐姆、120 歐姆或150 歐姆。在無(wú)中繼的情況下Genius 網(wǎng)絡(luò )的電器通訊距離是2300米。
該項目有于新建系統和老系統間的分布范圍較廣、距離較遠，所以Genius網(wǎng)絡(luò )采用光纖和屏蔽雙絞線(xiàn)做為傳輸介質(zhì)。并在網(wǎng)絡(luò )中使用了Genius網(wǎng)絡(luò )專(zhuān)用光電轉換模塊。
實(shí)施結果
通過(guò)與GE 智能平臺的合作，由于控制器產(chǎn)品的可靠性和穩定性，以及硬件產(chǎn)品的易于使用性、好的升級兼容行，縮短了項目開(kāi)發(fā)周期，節約了項目實(shí)施成本，該項目一期已于2010年12月中旬投產(chǎn)，提高了工廠(chǎng)運行效益，受到了最終用戶(hù)的好評。
