一． 前言
華能上海石洞口第二電廠裝機(jī)為二臺600MW超臨界燃煤機(jī)組，日耗煤一萬噸上下，排渣及灰約1300噸上下（取決于發(fā)電量及原煤中灰份）。裝備的除灰系統(tǒng)將爐底大渣及石子煤作為濕灰送往江蘇的灰場，也將省煤器，空預(yù)器，電除塵器(四電場)的干灰收集分作粗灰與細(xì)灰，送往干灰?guī)旃┚C合利用。運行人員通過灰控室的1#，2#灰控盤來監(jiān)視操作各臺機(jī)組的除灰系統(tǒng)。并通過灰控室旁的電除塵控制柜來操作電除塵。1999年，為實現(xiàn)減員增效與強(qiáng)化除灰系統(tǒng)的監(jiān)督管理，廠部決定以后將灰控室關(guān)閉，將灰控與電除塵控制移至中控室（機(jī)組集控室）。這是本“除灰與電除塵遠(yuǎn)程控制”項目（以下簡記為“遙控裝置"）的由來。為節(jié)約改造成本，提高本廠儀控檢修人員素質(zhì)，該項目決定由本廠檢修部儀控專業(yè)自行完成。
二． 原設(shè)備狀況與改造目標(biāo)
I． 原監(jiān)控設(shè)備狀況
1．灰處理（控制系統(tǒng)圖見圖1）
PLC：A-B （以下簡記為AB公司）PLC3/10雙冗余/每臺機(jī)組
I/O：1870點/每臺機(jī)組，其中包括：
灰控操作盤：三位開關(guān)：6個/每臺機(jī)組
二位開關(guān)：96個/每臺機(jī)組
操作按鈕：70個/每臺機(jī)組
指示燈： 310個/每臺機(jī)組
報警窗： 130個/每臺機(jī)組
指示表： 17只/每臺機(jī)組
多筆記錄儀：一臺/每臺機(jī)組
2．電氣除塵器（EP）系統(tǒng)
EP原控制系統(tǒng)分為高壓側(cè)控制柜與低壓側(cè)控制柜監(jiān)控。由于除塵性能問題，EP于1998年10月對2號機(jī)組進(jìn)行了改造，1999年5月對1號機(jī)組實行同樣的改造。改造后的EP高低壓側(cè)均由微處理器進(jìn)行控制，并設(shè)有上位機(jī)，提供了系統(tǒng)開機(jī)，系統(tǒng)停機(jī)，振打控制，排灰控制，電加熱控制及系統(tǒng)監(jiān)視，報警，保護(hù)功能。其中
控制器：淅江佳環(huán)電子有限公司自制單板機(jī)；
上位機(jī)：PC機(jī)，MS Windows NT4.0下用Visual Basic 6.0編制的監(jiān)控程序；
I/O：模擬量180點/每臺機(jī)組；開關(guān)量92點/每臺機(jī)組；
存在的問題是歷史數(shù)據(jù)儲存與使用困難，數(shù)據(jù)格式專有，無法共享，監(jiān)視功能擴(kuò)展困難，無法直接移到中控室。
II．改造目標(biāo)如下：
1． 在除灰系統(tǒng)原設(shè)計的PLC+控制盤控制操作的基礎(chǔ)上增加一遠(yuǎn)程控制開關(guān)，當(dāng)開關(guān)放置在遙控位置時，中控室可以對除灰系統(tǒng)進(jìn)行過程監(jiān)視、報警與控制；
2． 在原灰控室內(nèi)電氣除塵器（以下簡記為EP）監(jiān)控基礎(chǔ)上增加一遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)接口，使中控室可以對EP進(jìn)行過程監(jiān)視、報警與控制；
3． 中控室1U/2U OIS主控臺旁各增加一臺操作站以作為對灰控，電氣除塵器的監(jiān)視控制與調(diào)節(jié)的人機(jī)操作界面，并且互為冗余；
4． 增加數(shù)據(jù)儲存，共享，操作提示，智能診斷等功能；
5． 除上述操作站外不增加新站基礎(chǔ)上為化水的集中監(jiān)視控制預(yù)留接口
實施上述改造以后，可在滿足ISO9000質(zhì)量控制的要求下便于強(qiáng)化運行管理，并為實時狀態(tài)檢修診斷打下基礎(chǔ)。理論上每年可省25萬元，（在可預(yù)見的將來，這筆費用會逐年增長）。
三． 遙控裝置構(gòu)成
由以上目標(biāo)可知，這是要在原PLC上增加一種與DCS操作站類似的Set Point控制方式，即在操作站上完成機(jī)組的監(jiān)視，并在操作站上下達(dá)控制指令。指令的執(zhí)行、聯(lián)鎖及過程信號的采集都是在原PLC中完成的。使用PC機(jī)加局域網(wǎng)來構(gòu)成本灰處理/電除塵遙控裝置是最低成本最可行的方案。如圖1所示
I． 硬件構(gòu)成：
1. 圖1中裝置1與2為數(shù)據(jù)I/O服務(wù)器?？刂粕弦坪笤O(shè)備處于無人值守，所以使用工控機(jī)，每臺機(jī)加上AB公司的1784KTX卡用于與AB-PLC3通訊，通訊速率使用其上限：115.2kbps；
2. 圖中裝置8為淅江佳環(huán)公司所配的PC機(jī)，作為電除塵器的上位機(jī)，它與電除塵控制柜使用RS232進(jìn)行通訊，速率為9600bps；
3. 圖上部裝置5與6是安置在中控室的CRT操作站，機(jī)柜從貝利買入，使中控室所有操作站外觀一致，但柜內(nèi)計算機(jī)硬件是未經(jīng)加固處理的PC機(jī)。不選工控機(jī)是因為中控室的運行環(huán)境較好。我們選低檔的宏基PC服務(wù)器，這種裝置也是為24小時運行設(shè)計的，且比工控機(jī)有更好的硬軟件兼容性及性能，從而能減少維護(hù)及擴(kuò)展費用。
4. 歷史數(shù)據(jù)庫服務(wù)器7是專為強(qiáng)化設(shè)備記錄，進(jìn)行狀態(tài)檢修而準(zhǔn)備的，同時該服務(wù)器上裝二塊網(wǎng)卡，另一路連到廠MIS系統(tǒng)，實際當(dāng)一個網(wǎng)關(guān)來處理，連到MIS去的信號是只讀的，防止干擾正常運行。該服務(wù)器連到灰控網(wǎng)及廠MIS網(wǎng)的速率都是100M。
5. 所有的設(shè)備用局域網(wǎng)連起來，為防止通訊堵塞，加強(qiáng)通訊安全性，兩個集線器3與4均采用3COM的Switchhub,保證每臺機(jī)對應(yīng)端口的實際最高速率可達(dá)到10M，灰控樓與中控樓的電纜距離為250米，所以集線器之間使用光纖相連，速率為100M。
按照AB公司的說法，還有一種簡單的方式是將AB公司的PLC用電纜直接連到中控室，但這樣的方案使PLC獨立性下降、上位機(jī)冗余實現(xiàn)困難。我們在實踐中發(fā)現(xiàn)，對本廠PLC3而言，如果1U/2U將兩組共4臺PLC使用一根電纜連在一個通訊網(wǎng)上，很容易使1U/2U的灰處理控制盤全部跳閘。實際通訊速率也會因輪詢站點增加一倍減慢，從而使通訊有隱患。而此外，還使擴(kuò)充困難，例如，電除塵的信號以及傳到MIS的信號還是要通過專門的網(wǎng)絡(luò)來傳輸。所以實際比較起來，目前方案所增的錢不多，但系統(tǒng)擴(kuò)充性，冗余性，兩組PLC的獨立性都優(yōu)于另一方案。從而導(dǎo)致目前方案具有較好的可靠性與安全性，還為今后的化水上移打下了良好的基礎(chǔ)。
II． 軟件構(gòu)成
1． 在I/O服務(wù)器上運行的與PLC3通訊軟件使用AB公司的Rslinx。
2． 人機(jī)界面使用wonderware公司的intouch。
3． 歷史數(shù)據(jù)庫選擇wonderware公司的IndustrialSQL。
從與PLC的接口，從網(wǎng)絡(luò)，從人機(jī)界面各方面講，最價廉的是PC機(jī)，所以用intel PC機(jī)組成系統(tǒng)。而所有在PC機(jī)上運行的工控軟件與接口通訊軟件所要求的軟件環(huán)境都是Windows,所以其他操作系統(tǒng)軟件包括所謂國產(chǎn)化的Liunx都沒有機(jī)會，只有用MicroSoft Windows NT。在數(shù)據(jù)采集與數(shù)據(jù)庫端都用英文版，操作站用中文版。
四． 灰處理與電除塵遙控操作界面與功能 人機(jī)界面?zhèn)纫呀?jīng)實現(xiàn)的操作特性是：
1． 只有當(dāng)灰控樓就地屏上遙控開關(guān)放置在“遠(yuǎn)程”位置，在遠(yuǎn)程上操作才是許可的，否則遠(yuǎn)程上只有監(jiān)視功能，已通過PLC編程實現(xiàn)。
2． 所要監(jiān)視與操作的對象最多三鍵（或鼠標(biāo)點擊三下）到位；保證三鍵到位的布局見圖2。操作方式有兩種：
a. 原有操作屏的模擬，如圖2所示，保留給對灰處理屏操作熟練的原灰控操作員，畫面上有標(biāo)準(zhǔn)屏，縮小屏及放大的操作鍵區(qū)，圖2上部是一濕灰縮小屏，下部是高壓沖灰水泵操作對應(yīng)的操作鍵區(qū)，根據(jù)不同的監(jiān)視與操作需要即可在一屏上一目了然，也可放大后進(jìn)行具體操作。操作有確認(rèn)對話框，有確切提示，以防止誤操作。這樣的操作屏共有40幅。操作可以通過鍵盤操作，也可以通過鼠標(biāo)進(jìn)行，二者基本等價。模擬屏上的文字有英文和中文兩種，一鍵切換，使原來看慣英文屏的老灰控操作員能適應(yīng)，也能輕松適應(yīng)原機(jī)組運行值班員擴(kuò)大技能。
b. 流程圖操作；這是原來沒有的，如圖3所示，我們設(shè)法使其中所繪的設(shè)備不僅是神似，而且基本形似，所有的設(shè)備會隨設(shè)備的狀態(tài)變化而變化。管道的工質(zhì)不同及是否在運行都有不同的狀態(tài)色來表示，閥門狀態(tài)類推。這種圖共7幅。與模擬盤操作相比，流程圖操作可監(jiān)視能力更強(qiáng)，表達(dá)的信號比模擬盤多一倍，而且還有一些聯(lián)鎖功能，例如，如果某泵在就地位置，在流程圖上會不可操作，但在模擬盤上還是可操作的（為了與實際盤面一致）。顯然流程圖更合理些，對某區(qū)的流程圖監(jiān)視操作更為簡潔，只有7幅，對應(yīng)的鍵區(qū)有40幅之多。但是由于有灰控室控制盤作依據(jù)，模擬盤操作相對更為準(zhǔn)確，流程圖的準(zhǔn)確還會有一段時間。此外對于熟手，也許“灰控屏”更為一目了然；
3． 畫面切換時間低于1秒，大多低于0.3秒；灰處理的設(shè)備操作響應(yīng)時間低于2秒，一般為1秒；實際設(shè)定的I/O Server全點刷新周期為500ms；電除塵全點刷新周期較長，約為10秒，這與佳環(huán)公司的硬軟件有關(guān)（佳環(huán)公司上位機(jī)與單板機(jī)的通訊速率為9600bps）。由于電除塵操作不多，這種情況勉強(qiáng)可用，而灰處理則完全可實用。
4． 報警分為軟報警與硬報警，軟報警即CRT報警，報警窗與原就地盤一致。也有蜂鳴,閃光，可點擊閃光區(qū)確認(rèn)，亦有中英文切換以保持新老操作的兼容性；硬報警由PLC直接送往中控室ANN報警窗，只取三點，分別為：
a. 干灰系統(tǒng)報警；b.濕灰系統(tǒng)報警；c.電源異常
硬報警能夠在上位機(jī)與PLC通訊故障時及時提示操作員。詳細(xì)內(nèi)容可翻屏畫面。
5． 事件記錄。新遙控比原裝置多了事件記錄（限于篇幅不再給出界面），不僅給出了一般報警項的報警與復(fù)置時間，名稱，還給出了所有開關(guān)量狀態(tài)點的變化事件，將其分組，可以分別得到操作記錄，設(shè)備動作統(tǒng)計。有助于設(shè)備故障分析。本系統(tǒng)試投用后已有二次被用于找出某泵跳閘的原因。
6． 實時與歷史趨勢。對比起原系統(tǒng)只有三筆記錄，本裝置每臺機(jī)組給出20幅、約60點趨勢記錄，并給出了對應(yīng)的歷史趨勢。
7． 操作站是冗余的，即一號機(jī)的操作站可以同時操作一號機(jī)的灰處理/電除塵，也能操作二號機(jī)。只要在操作站的左上角“1”點擊一下就能切換到2號機(jī)。有一授權(quán)機(jī)制，由當(dāng)值值長決定是否有某種操作權(quán)限。一般情況下，只許一號機(jī)操作自已的灰處理與電除塵，二號機(jī)的只能作對照監(jiān)視，無法操作。二號機(jī)操作站亦然。
8． 由于網(wǎng)關(guān)與InSQL的存在，現(xiàn)在可以在廠MIS網(wǎng)所復(fù)蓋的任一計算機(jī)上通過wonderware 的FactoryFocus軟件實時看到灰系統(tǒng)與電除塵的全部實時信息（只讀），包括趨勢，報表，流程，操作屏，報警。已經(jīng)證實，即使在千里以外，只要一個V.28MODEM,也能得到全實時（4900點I/O）數(shù)據(jù)的監(jiān)控畫面。這表明，wonderware在TCP/IP及WindowsNT上實現(xiàn)的實時通訊協(xié)議suitelink確有良好的性能。
本系統(tǒng)已于2000年8月在一號機(jī)組上投入試運行，二臺機(jī)組在2000年12月全部移交運行。原灰控樓已關(guān)閉。
五． 遙控裝置開發(fā)中的一些問題解決方案 1． 人機(jī)界面軟件的選擇
人機(jī)界面軟件的選擇是本項目的關(guān)鍵之一。市場是對該軟件價值性與有效性的權(quán)威評判，具有良好市場份額的產(chǎn)品是選擇的基本原則之一。Wonderware的FactorySuite 2000、intellution的iFIX2.x、Ci Technologies的Citect、Rockware的RSView等屬于此列。實現(xiàn)成本是要關(guān)注的另一方面。特別要重視是對本項目的適用性。我們使用其中的一些軟件編制了與圖2/圖3類似的操作畫面。對比表明，Wonderware的intouch最適合本項目的要求，該軟件市場分額占全球HMI市場的25％，對中文，對OPC，對操作系統(tǒng)與第三方軟件都有很好的支持，使用簡便，對本項目的構(gòu)架成本略低于其他方案。特別是，intouch的執(zhí)行性能十分優(yōu)越，對硬件資源的要求較低，我們認(rèn)為，在工控上使用的軟件所占的常規(guī)CPU時間不宜大于30％，以太網(wǎng)負(fù)荷不大于10%，否則系統(tǒng)可靠性與安全性下降,對于本項目應(yīng)用，所有計算機(jī)為PIII450，256MB內(nèi)存，實際4952點I/O，所有功能滿負(fù)荷運行，intouch的CPU占用率在10%以下，歷史趨勢時100%負(fù)荷時間不超過5秒。
2． A-B PLC3/10連接方案的選擇
在I/O服務(wù)器上運行的與PLC3通訊軟件使用Rockwell公司的Rslinx，其支持OPC協(xié)議。不選其它具有更低成本優(yōu)勢的方案的主要原因是第三方軟件不支持AB-PLC3/10方式下的雙重冗余且缺少原制造廠商所特有的自家設(shè)備的診斷功能。實踐表明，該軟件有良好的性能特性。
3． 電除塵連接方案
通過在電除塵上位機(jī)（圖2中的8）的原VB6程序中增加DDE協(xié)議來傳遞實時信息。經(jīng)多次試驗與反復(fù)修改，終于將560點數(shù)據(jù)全部以DDE方式送出，并能接受上位機(jī)DDE指令。但實時性尚不夠理想。主要限制來源于下位機(jī)通訊9.6kbps的限制。
4． 網(wǎng)關(guān)方案的選擇
網(wǎng)關(guān)數(shù)據(jù)庫選擇wonderware公司的IndustrialSQL。該軟件嵌入在MS SQL Server上運行，我們的實踐表明，其有良好的執(zhí)行性能，能滿足本項目5000點標(biāo)簽量的實時記錄要求。該軟件還有一InSQLIOS功能，使全廠的有關(guān)PC機(jī)能通過網(wǎng)關(guān)單方向安全地得到實時信號。本網(wǎng)關(guān)是遠(yuǎn)程監(jiān)視與SCADA的關(guān)鍵設(shè)備，是為狀態(tài)檢修奠定基礎(chǔ)。MIS客戶機(jī)使用Wonderware FactoryFocus或其他SQLserver客戶端工具來訪問。
5． 遙控裝置與N90系統(tǒng)的時鐘同步
灰處理與電除塵遙控裝置的操作臺雖然與機(jī)組DCS-Bailey-N90系統(tǒng)的機(jī)組操作臺并列在外硯上融為一體，但本質(zhì)是兩個系統(tǒng)，一個是Alpha的OpenVMS系統(tǒng)。一個是intel+NT系統(tǒng)，為避風(fēng)險二個網(wǎng)相互獨立。時鐘無捷徑統(tǒng)一。本廠的事故追記SOE系統(tǒng)ISM-1（Rochester公司的產(chǎn)品）與N90系統(tǒng)時鐘同步到秒。設(shè)有一上位機(jī)，該上位機(jī)軟件RiSCue雖然可以正確顯示ISM-1傳過來事圖4.遙控裝置與原DCS-N90時鐘同步方案
件的VTQ（數(shù)值、時標(biāo)、質(zhì)量），但本身無法與ISM-1同步。所以設(shè)計了圖4方案。即由N90周期性（例如，每天三次）地發(fā)出時鐘同步信號。然后ISM-1將該信號連同VTQ送往RiSCue上位機(jī)，RiSCue再通過OPC轉(zhuǎn)送到intouch操作站。Intouch強(qiáng)制本機(jī)與該信號的時標(biāo)進(jìn)行時鐘校對。網(wǎng)上的其他機(jī)器則通過周期性排定的AT指令與操作站時鐘同步。從而實現(xiàn)了本遙控裝置與原DCS-N90時鐘統(tǒng)一。
6． 打印機(jī)共享方案
為了不在中控室增加更多的打印機(jī)，本系統(tǒng)通過NT的打印機(jī)共享方案跨網(wǎng)段打印。
7． 掛危險牌
現(xiàn)在在遙控操作臺CRT上已經(jīng)編制有掛危險牌功能。一旦掛牌，所有的操作站將不能操作掛牌設(shè)備，直至再在CRT上進(jìn)行該設(shè)備的摘牌作業(yè)。目前的掛牌原則是：如果該項檢修不在原灰控樓進(jìn)行。則只需在遙控裝置的CRT上進(jìn)行掛牌作業(yè)；如果還要進(jìn)入原灰控樓，則不僅要在CRT上進(jìn)行掛牌，還要在原灰控樓中原操作盤上進(jìn)行掛牌作業(yè)。
六． 結(jié)論 為減員增效與強(qiáng)化除灰系統(tǒng)的監(jiān)督管理的目標(biāo)，本廠依靠廠內(nèi)自已的力量，以較低的成本，完成了本廠1/2號機(jī)灰處理/電除塵監(jiān)視與控制的全部上移至機(jī)組中控室的遙控裝置，所使用的結(jié)構(gòu)是通用PC機(jī)+通用局域網(wǎng)+主流商品工控軟件，具備良好的性能，易學(xué)易用的人機(jī)界面，系統(tǒng)開放，易于維護(hù)，易于擴(kuò)充，打破了過去自動化孤島的現(xiàn)象，實現(xiàn)了在減員情況下的設(shè)備強(qiáng)化監(jiān)視與控制，能方便地實現(xiàn)當(dāng)前與歷史進(jìn)行追蹤與比較，從而滿足ISO9000關(guān)于趨勢與傾向控制(run and trend control)管理及過程可追朔性(traceability)方面的要求。這樣的結(jié)構(gòu)有人稱為電廠的外圍DCS，這不一定確切，不過我們確已為化水系統(tǒng)的上移作好了設(shè)備與技術(shù)準(zhǔn)備。我們認(rèn)為，這種結(jié)構(gòu)在火電廠外圍系統(tǒng)監(jiān)控，肯定是一種方向。目前，我們正在編制使用這些實時數(shù)據(jù)的設(shè)備診斷程序，進(jìn)一步拓展其應(yīng)用。
