張健，李依瓊，閆榮敏

(1.廣東韶關(guān)發(fā)電廠，廣東 韶關(guān) 512000;2.國電南京自動化股份有限公司，江蘇 南京 210032)

0 引言

電除塵器具有除塵效率高、處理煙氣量大和運行維護費用低等優(yōu)點，被廣泛應用于電力、冶金和建材等行業(yè)煙塵治理的領(lǐng)域。電除塵器是燃煤機組的重要輔機之一，其運行管理是全廠輔機運行管理的重要內(nèi)容。隨著工業(yè)自動化進程的不斷深化和網(wǎng)絡互聯(lián)技術(shù)的不斷發(fā)展，電除塵器監(jiān)控系統(tǒng)不再以孤立的系統(tǒng)形式存在，而是一體化生產(chǎn)管控系統(tǒng)中不可分割的子系統(tǒng)，因此，它對電除塵器監(jiān)控系統(tǒng)在可維護性、可擴展性和人機界面友好性等方面提出了更高的要求。傳統(tǒng)的專用監(jiān)控系統(tǒng)很難適應一體化集控的要求，而以設(shè)備服務為底層驅(qū)動接口、采用通用組態(tài)軟件進行人機界面開發(fā)的設(shè)計模式較好地滿足了設(shè)備控制專業(yè)化、界面操作及數(shù)據(jù)管理一體化的發(fā)展需求。

1 監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

電除塵器自動監(jiān)控系統(tǒng)以工業(yè)控制計算機為上位機，配套電除塵器供電控制裝置等設(shè)備為下位機，通過工業(yè)控制總線組成分布式測控網(wǎng)絡，實現(xiàn)電除塵器的集中監(jiān)控和自動閉環(huán)運行，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1.1 監(jiān)控系統(tǒng)硬件組成

監(jiān)控系統(tǒng)是以電除塵服務器為系統(tǒng)控制核心，配備工業(yè)控制總線通信卡和以太網(wǎng)卡實現(xiàn)工業(yè)總線網(wǎng)絡管理。通過配置管理，實現(xiàn)對規(guī)模大小不等的多臺電除塵器的數(shù)據(jù)采集及系統(tǒng)優(yōu)化控制，服務器可就近布置于電除塵器供電控制裝置設(shè)備間。iFix工程師站進行應用組態(tài)，iFix操作員站用于集控室監(jiān)盤操作。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)為分層網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，控制層采用了工業(yè)控制總線，其中包括采用了光電隔離、CRC循環(huán)校驗、數(shù)字濾波等多項軟、硬件抗干擾技術(shù)，以確保通訊的可靠性?？刂瓶偩€上可以接入PLC、總線測控設(shè)備等，用于采集電除塵器運行相關(guān)的信號。上位機監(jiān)控層采用以太網(wǎng)絡，多點監(jiān)控，實現(xiàn)與輔網(wǎng)集成以及與分散控制系統(tǒng)DCS(Distributed Control Systems)和廠級監(jiān)控信息系統(tǒng)SIS(Supervisory Information System)等系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換。

1.2 監(jiān)控系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)

監(jiān)控系統(tǒng)軟件由設(shè)備服務軟件DCC Server，iFix監(jiān)控軟件和數(shù)據(jù)庫管理軟件等組成，其組成結(jié)構(gòu)如圖2所示。

設(shè)備服務軟件DCC Server運行在配置了總線通訊、以太網(wǎng)通訊功能的除塵服務器上，主要完成數(shù)據(jù)采集及處理、自動優(yōu)化控制、標準接口驅(qū)動等功能。

iFix是工業(yè)控制領(lǐng)域領(lǐng)先的HMI/SCADA自動化監(jiān)控組態(tài)軟件，具有強大的數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)管理功能，易于擴展和集成。iFix作為電除塵系統(tǒng)應用開發(fā)平臺，通過組態(tài)開發(fā)實現(xiàn)電除塵器集中監(jiān)控、報警顯示及管理、歷史數(shù)據(jù)管理、用戶權(quán)限管理等功能。

采用Microsoft SQL Server作為數(shù)據(jù)庫管理軟件，由設(shè)備服務軟件進行定時數(shù)據(jù)存儲，iFix通過ODBC或ActiveX控件進行歷史數(shù)據(jù)管理和訪問。

圖2 系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)

2 系統(tǒng)設(shè)計關(guān)鍵技術(shù)

2.1 設(shè)備服務軟件

設(shè)備服務軟件DCC Server采用計算機高級語言開發(fā)，具備工業(yè)總線通訊功能，它通過與電除塵器電源及控制裝置、可編程邏輯控制器PLC(Programmable Logic Controller)、總線測控設(shè)備的通訊采集電除塵器各電場運行工況及電除塵器出口煙氣物理量、鍋爐負荷等運行工況信號量對電除塵器運行工況進行分析，根據(jù)優(yōu)化控制策略對電除塵器高壓供電參數(shù)和低壓控制參數(shù)進行自動調(diào)整。

該軟件同時提供電除塵器電源及控制裝置的設(shè)備驅(qū)動功能，可實現(xiàn)通用組態(tài)軟件以標準協(xié)議Modbus，OPC訪問控制設(shè)備。同時，它將電除塵器系統(tǒng)優(yōu)化的控制過程及邏輯進行封裝，對外保留優(yōu)化功能的啟/停和參數(shù)設(shè)定等接口，保證了電除塵器系統(tǒng)優(yōu)化控制邏輯實現(xiàn)的高效率和訪問的便捷。

2.2 iFix配置

2.2.1 系統(tǒng)配置

正確的系統(tǒng)配置是iFix應用設(shè)計的基礎(chǔ)，按照集成化設(shè)計規(guī)范進行配置可簡化電除塵器子系統(tǒng)集成的工作量。在“Proficy HMI SCADA”程序組中調(diào)用“系統(tǒng)配置”軟件進行以下4項配置:

(1)iFix節(jié)點命名，節(jié)點根據(jù)統(tǒng)一的命名規(guī)則決定，一般電除塵器自動監(jiān)控系統(tǒng)的節(jié)點名為DCC。

(2)配置I/O驅(qū)動器，添加電除塵器電源及控制裝置、PLC等的驅(qū)動軟件，默認為OPC驅(qū)動、MBE驅(qū)動。

(3)配置SQL帳戶，用于通過ODBC數(shù)據(jù)庫訪問歷史數(shù)據(jù)。

(4)配置報警區(qū)域。

2.2.2 I/O 驅(qū)動器配置

2.2.2.1 OPC 驅(qū)動的配置

在“Proficy HMI SCADA”程序組中調(diào)用“OPC Power Tool”軟件，該軟件是 iFix提供的一個支持OPC的I/O驅(qū)動，用于建立iFix與OPC Server的數(shù)據(jù)交換。首先需確認是采用本地或是遠程OPC Cient與OPC Server建立連接，iFix支持一個 OPC Client連接向多個iFix節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)。然后，按照Add OPC Server(添加OPC服務器)→Add Group(添加組)→Add Item(添加數(shù)據(jù)項)的順序進行操作。在配置OPC Server時，應選擇DCC Server所提供的OPC服務名稱，并設(shè)置DCC Server是本地服務或是遠程服務，若是遠程服務，則要輸入運行DCC Server的計算機名。將iFix組態(tài)所需的全部設(shè)備運行參數(shù)及設(shè)定參數(shù)的數(shù)據(jù)項添加完成后，進行Start(啟動)操作開始數(shù)據(jù)交換。

2.2.2.2 MODBUS 驅(qū)動的配置

如果iFix與設(shè)備服務軟件DCC Server安裝在不同計算機上，配置MODBUS驅(qū)動之前，應確保本地網(wǎng)絡處于連接狀態(tài)。在Proficy HMI SCADA程序組中調(diào)用“MBE PowerTool”軟件，選擇“Use Local Server”并連接，添加通道、設(shè)備及設(shè)備的數(shù)據(jù)塊。添加設(shè)備時注意設(shè)備的IP地址要和DCC Server所在計算機的網(wǎng)絡地址設(shè)置一致，添加數(shù)據(jù)塊時要注意數(shù)據(jù)塊的I/O地址要與DCC Server中分配的I/O地址一致。

2.3 過程數(shù)據(jù)庫設(shè)計

過程數(shù)據(jù)庫是iFix系統(tǒng)的核心，從硬件中獲取或給硬件發(fā)送過程數(shù)據(jù)。過程數(shù)據(jù)庫由標簽(塊)組成，通過建立過程數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)塊才能最終建立從I/O驅(qū)動器到iFix對象的映射。過程數(shù)據(jù)庫是組態(tài)畫面顯示及報警事件的數(shù)據(jù)來源，在整個監(jiān)控系統(tǒng)中起著關(guān)鍵作用，在設(shè)計過程中，需要注意以下3個方面:

(1)數(shù)據(jù)庫標簽命名應遵守一定的規(guī)則，標簽命名可采用3級命名法，即設(shè)備名、子站號名、數(shù)據(jù)塊名，相互之間用下劃線分開。設(shè)備名標明該標簽代表的數(shù)據(jù)屬于哪個監(jiān)控子系統(tǒng)，子站號名為下位機控制柜號并標明高壓或低壓參數(shù)，數(shù)據(jù)塊名是該系統(tǒng)中進行某一具體監(jiān)測與控制的數(shù)據(jù)。標簽名的設(shè)備名取拼音字母的首位并大寫。例如，在實時數(shù)據(jù)庫中建立電除塵器自動監(jiān)控系統(tǒng)#1控制柜高壓二次電流的監(jiān)測量，則應命名為DCC_01G_I2，當要查詢所有關(guān)于電除塵系統(tǒng)運行的監(jiān)控信息時，只要在數(shù)據(jù)庫中增加過濾條件“標簽名={DCC*}”即可。

(2)按照運行參數(shù)、操作命令、參數(shù)設(shè)定等分別設(shè)計數(shù)據(jù)及其類型。數(shù)據(jù)庫標簽可以按類型設(shè)定不同的掃描頻率，在保證控制及報警等應用的實時性要求的基礎(chǔ)上，盡可能減少通訊總線占用率。

(3)用Excel等工具快速批量建立數(shù)據(jù)庫標簽文件，利用iFix數(shù)據(jù)庫管理器的導入功能批量建立數(shù)據(jù)庫標簽，提高設(shè)計效率。

2.4 數(shù)據(jù)存儲及訪問

監(jiān)控系統(tǒng)中設(shè)計并實現(xiàn)了2種歷史數(shù)據(jù)存儲和訪問方式，可根據(jù)實際工程需要選用。

方式1:由DCC Server設(shè)備服務軟件將數(shù)據(jù)存儲到SQL Server數(shù)據(jù)庫，在iFix組態(tài)時通過ActiveX控件訪問SQL Server中的數(shù)據(jù)。

方式2:iFix組態(tài)軟件支持ODBC數(shù)據(jù)庫，允許關(guān)系數(shù)據(jù)庫和iFix數(shù)據(jù)庫通信。將數(shù)據(jù)記錄通過ODBC保存到SQL Server中，可實現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲及訪問。具體步驟包括以下5個步驟:

(1)在SQL Server中創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫及表，用來保存數(shù)據(jù)庫內(nèi)的歷史數(shù)據(jù)。

(2)創(chuàng)建ODBC數(shù)據(jù)源，測試ODBC數(shù)據(jù)源連接成功。

(3)在SCU內(nèi)配置SQL。

(4)創(chuàng)建SQT和SQD數(shù)據(jù)塊。

(5)驗證SQL服務啟動并觸發(fā)SQT。

3 系統(tǒng)功能

3.1 電除塵器運行監(jiān)控

通過電除塵器監(jiān)控畫面、運行參數(shù)表、電參量趨勢曲線、報警信息等監(jiān)控組態(tài)畫面，實現(xiàn)電除塵器高、低壓供電及控制設(shè)備的狀態(tài)顯示、參數(shù)顯示、啟停操作、參數(shù)設(shè)定等功能。

3.2 報警顯示及管理

根據(jù)采集自I/O驅(qū)動器的電除塵器高低壓狀態(tài)碼、故障碼及子站通訊狀態(tài)進行設(shè)備故障實時報警顯示和管理。報警區(qū)域管理用以區(qū)分來自不同子系統(tǒng)或監(jiān)控點的報警信息，同時根據(jù)故障嚴重程度進行報警分級，報警優(yōu)先級分為低、中、高3個級別，分別對應需緊急處理、需處理及只需了解3種不同的報警響應方式，不同優(yōu)先極的報警控件顯示中以不同的顏色進行區(qū)分。

3.3 系統(tǒng)自動優(yōu)化控制

3.3.1 基于電場及除塵器工況的閉環(huán)控制

實時監(jiān)測和分析電場電參量、除塵器出口煙道粉塵濁度等信號物理量及其變化趨勢，根據(jù)閉環(huán)控制策略選擇最適宜電場工況的設(shè)定參數(shù)，在保證收塵效率的基礎(chǔ)上降低電除塵器總能耗。

3.3.2 振打優(yōu)化

自動優(yōu)化振打周期及時序，實現(xiàn)振打聯(lián)鎖，特有的高低控制合一降壓振打及減揚塵控制策略增強振打清灰的效果，減少二次揚塵及煙塵排放。

3.4 網(wǎng)絡功能

基于TCP/IP網(wǎng)絡協(xié)議，構(gòu)成本地局域網(wǎng)的C/S(客戶機/服務器)模式。iFix架構(gòu)具有良好的可擴充性能，可方便地實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集及應用的遷移、合并和集成。利用局域網(wǎng)可以將數(shù)據(jù)庫移植到統(tǒng)一的數(shù)據(jù)服務器上，便于數(shù)據(jù)的集中管理。建立數(shù)據(jù)采集層合理優(yōu)化數(shù)據(jù)流向，降低系統(tǒng)和網(wǎng)絡的負荷。

4 結(jié)束語

基于iFix的電除塵器自動監(jiān)控系統(tǒng)目前已在多個300 MW等級及以上機組的電除塵器新建及節(jié)能改造工程中應用，現(xiàn)場設(shè)備及系統(tǒng)運行穩(wěn)定。該系統(tǒng)不僅提高了電除塵器監(jiān)控的人機界面友好性和可維護性，而且簡單快捷地實現(xiàn)了與輔控系統(tǒng)的集成移植，可為類似控制設(shè)備和監(jiān)控系統(tǒng)的集成設(shè)計提供借鑒和參考。

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