李強(qiáng) 大慶油田燃機(jī)電廠

GEMarkVI控制系統(tǒng)與其他控制系統(tǒng)的通訊

李強(qiáng) 大慶油田燃機(jī)電廠

大慶油田燃機(jī)電廠2006年對(duì)現(xiàn)有2套燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)機(jī)組進(jìn)行一體化升級(jí)改造，利用GE公司開發(fā)的MarkVIICS控制系統(tǒng)將電廠中的燃?xì)廨啓C(jī)控制、汽輪機(jī)控制、發(fā)電機(jī)勵(lì)磁和保護(hù)控制、余熱鍋爐控制以及輔助系統(tǒng)（BOP）控制等集成在一起，并且構(gòu)成一個(gè)緊密的一體化結(jié)構(gòu)。2#機(jī)組就是這種MarkVI控制的。但對(duì)于1#機(jī)組來說，由于汽輪機(jī)是南汽生產(chǎn)的，控制系統(tǒng)是ABB公司的Freelance2000，利用原有的DCS控制系統(tǒng)與MarkVI控制系統(tǒng)形成一體化控制，需要解決兩種不同的控制系統(tǒng)之間的通訊問題。

控制系統(tǒng)；一體化控制；通訊；MarkVI

日前燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機(jī)組已部分實(shí)現(xiàn)了國(guó)產(chǎn)化，汽輪機(jī)已完全國(guó)產(chǎn)化，但作為機(jī)組靈魂的控制系統(tǒng)大多仍使用國(guó)外成熟的產(chǎn)品，如MarkVI、DCS、SIS和Ovation等。由于各電廠廠級(jí)一體化的發(fā)展，原有的控制系統(tǒng)與其他不同廠家的各級(jí)控制系統(tǒng)之間的通訊成了一體化發(fā)展的障礙[1]。Ovation控制系統(tǒng)使用了西屋公司的專利通訊系統(tǒng)WDPF-II，但是不支持其他的系統(tǒng)，技術(shù)更新和進(jìn)步較慢，比不上通用的通信網(wǎng)絡(luò)如以太網(wǎng)等的發(fā)展。最終采用國(guó)際上通用的全冗余網(wǎng)絡(luò)，遵循ANSI標(biāo)準(zhǔn)IEEE802.3，實(shí)現(xiàn)企業(yè)內(nèi)部的局域網(wǎng)、廣域網(wǎng)以及與Intranet網(wǎng)的聯(lián)接。

1 MarkVIICS概況

大慶燃機(jī)電廠現(xiàn)有2套燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)機(jī)組：1#機(jī)組1985年投產(chǎn)，只有1臺(tái)MS6001系列型號(hào)燃?xì)廨啓C(jī)，2002年節(jié)能改造加裝了1臺(tái)國(guó)產(chǎn)汽輪機(jī)；2#機(jī)組1988年投產(chǎn)，為整套燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)機(jī)組。2006年進(jìn)行一體化升級(jí)改造，利用GE公司開發(fā)的MarkVIICS控制系統(tǒng)將電廠中的燃?xì)廨啓C(jī)控制、汽輪機(jī)控制、發(fā)電機(jī)勵(lì)磁和保護(hù)控制、余熱鍋爐控制以及輔助系統(tǒng)（BOP）控制等集成在一起，并且構(gòu)成一個(gè)緊密的一體化結(jié)構(gòu)。2#機(jī)組就是這種MarkVIICS控制的。但對(duì)于1#機(jī)組來說，由于汽輪機(jī)是南汽生產(chǎn)的，控制系統(tǒng)最初選擇的是ABB公司的Freelance2000，是DCS控制系統(tǒng)。由于國(guó)產(chǎn)汽輪機(jī)多采用DCS控制，更改成MarkVI控制系統(tǒng)需要增加大量的投資和時(shí)間，如果利用原有的DCS控制系統(tǒng)與MarkVI控制系統(tǒng)形成一體化控制，那么需要解決兩種不同的控制系統(tǒng)之間的通訊問題。

MarkVI控制系統(tǒng)是美國(guó)GE公司20世紀(jì)90年代末開發(fā)的Mark系列最新一代產(chǎn)品，它的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是一種層級(jí)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，每層都采用標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)元件和協(xié)議，使不同平臺(tái)之間的系統(tǒng)集成大大簡(jiǎn)化，提高了可靠性和可維護(hù)性。整個(gè)控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)自上而下分為四層：企業(yè)級(jí)控制層、監(jiān)控級(jí)控制層、過程控制級(jí)、I/O控制層。

2 MarkVI與DCS的通訊

DCS是分散控制系統(tǒng)，國(guó)內(nèi)一般習(xí)慣稱為集散控制系統(tǒng)，是一個(gè)由過程控制級(jí)和過程監(jiān)控級(jí)組成的以通信網(wǎng)絡(luò)為紐帶的多級(jí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，它綜合了計(jì)算機(jī)、通訊、顯示和控制等4C技術(shù)[2]。各公司都有自己的DCS產(chǎn)品，如燃機(jī)電廠是ABB公司的Freelance2000。

MarkVI控制系統(tǒng)容易與基于NT平臺(tái)的人機(jī)界面、監(jiān)控及數(shù)據(jù)捕獲系統(tǒng)進(jìn)行集成，同樣也可以與其他的分散控制系統(tǒng)DCS集成。MarkVI和DCS經(jīng)過通訊互通重要過程量，可使全站控制系統(tǒng)得以優(yōu)化，使機(jī)組能夠一鍵啟停。圖1給出了MarkVI與DCS通訊的各種方式。

圖1 MarkVI支持的通訊方式

如圖1所示，MarkVI支持的協(xié)議有以太網(wǎng)Modbus、以太網(wǎng)GSM以及串行Modbus。其中串行Modbus主要用于MarkV控制系統(tǒng)中，因傳輸速率的限制，MarkVI已經(jīng)用以太網(wǎng)通訊代替。

3 MarkVI與Ovation的通訊

GEMarkVI控制系統(tǒng)基于以太網(wǎng)的數(shù)據(jù)通訊網(wǎng)絡(luò)主要分PDH網(wǎng)、UDH網(wǎng)兩級(jí)。燃機(jī)MarkVI側(cè)負(fù)責(zé)與OvationDCS通訊的是各機(jī)組的操作員站，該站從UDH網(wǎng)絡(luò)采集機(jī)組過程量，然后向PDH發(fā)送GSM數(shù)據(jù)包。

Ovation側(cè)負(fù)責(zé)與GEMarkVI通訊的是互為冗余的2個(gè)控制器，Ovation控制器的操作系統(tǒng)支持GEGSM協(xié)議。2個(gè)控制器經(jīng)由1只CISCO2600路由器連接。

GEGSM數(shù)據(jù)包通過UDH網(wǎng)由CRM操作站發(fā)出，經(jīng)PDH網(wǎng)交換機(jī)送至2600路由器，最后轉(zhuǎn)達(dá)到Ovation的控制器。數(shù)據(jù)傳輸路徑如圖2所示。

圖2 MarkVI與Ovation系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸路徑

4 MarkVI與SIS系統(tǒng)的通訊

SIS系統(tǒng)即廠級(jí)監(jiān)控信息系統(tǒng)，它是火電廠廠級(jí)生產(chǎn)過程自動(dòng)化的組成部分，是聯(lián)系全廠的生產(chǎn)控制系統(tǒng)與MIS系統(tǒng)的橋梁，所有生產(chǎn)過程實(shí)時(shí)信息和數(shù)據(jù)均從下層控制網(wǎng)絡(luò)中以通訊的方式獲取。這個(gè)系統(tǒng)提供了足夠的接口實(shí)現(xiàn)與其他控制系統(tǒng)及網(wǎng)絡(luò)的連接，包括了機(jī)組DCS、輔助控制系統(tǒng)、電氣網(wǎng)絡(luò)控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)、電廠管理信息系統(tǒng)等，實(shí)現(xiàn)了電廠生產(chǎn)過程信息互通和數(shù)據(jù)共享。

MarkVI與SIS系統(tǒng)通過GSM通訊，MarkVI控制系統(tǒng)將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳送到OvationDCS，通過DCS的OPC接口服務(wù)器將這些數(shù)據(jù)傳送給SIS端的PI數(shù)據(jù)庫。這種傳送方式將占用DCS控制器大量的CPU資源，容易造成DCS系統(tǒng)的不穩(wěn)定和數(shù)據(jù)通道的堵塞，因此需要使用第三方軟件PI-CIMPIInterface。該接口軟件可安裝在GEEWSI服務(wù)器中，這種軟件能夠采集全站所有機(jī)組的EGD點(diǎn)數(shù)據(jù)，并將其發(fā)送到SIS側(cè)被PI數(shù)據(jù)庫采納并且存儲(chǔ)。接口結(jié)構(gòu)如圖3所示。

PI-CIMPI接口程序要安裝在CimplicityServer服務(wù)器中，負(fù)責(zé)接收MarkVICimplicity服務(wù)器的數(shù)據(jù)，然后將其發(fā)送到PI數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)。接口程序在Cimplicity服務(wù)器啟動(dòng)時(shí)就開始運(yùn)行，每次啟動(dòng)都將重新根據(jù)Cimplicity服務(wù)器中的EGD點(diǎn)列表刷新PI數(shù)據(jù)庫中的點(diǎn)信息，從而獲取最新的機(jī)組數(shù)據(jù)。因此，每次在MarkVI配置文件中增減EGD點(diǎn)，下裝后都必須重啟Cimplicity服務(wù)器。PI-CIMPI接口程序具備時(shí)間標(biāo)簽的功能，可以按照MarkVI側(cè)HMISever的系統(tǒng)時(shí)間定義時(shí)間標(biāo)簽，也可以按照PI服務(wù)器的系統(tǒng)時(shí)間來定義，最好是增加時(shí)間同步卡統(tǒng)一2個(gè)服務(wù)器的時(shí)間，即以任意系統(tǒng)的時(shí)間為標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間。用戶可以通過自定義采樣配置選項(xiàng)，使系統(tǒng)不重新存儲(chǔ)未變的數(shù)值，從而大大減少系統(tǒng)資源的占用，提高實(shí)時(shí)反應(yīng)速度。

圖3 MarkVI與SIS系統(tǒng)的接口結(jié)構(gòu)

數(shù)據(jù)被采集后，PI系統(tǒng)將用內(nèi)部PI-API函數(shù)將這些數(shù)據(jù)寫入實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫，實(shí)現(xiàn)MarkVI系統(tǒng)與PI系統(tǒng)的通訊。SIS系統(tǒng)通過與PI系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫通訊全面了解機(jī)組運(yùn)行狀況，最終實(shí)現(xiàn)了MarkVI系統(tǒng)與SIS系統(tǒng)通訊連接。

北京太陽宮燃?xì)鉄犭娪邢薰?套燃?xì)?蒸汽聯(lián)合機(jī)組采用的MarkVI與SIS系統(tǒng)專用通訊接口，實(shí)現(xiàn)了多系統(tǒng)在線監(jiān)控。

5 結(jié)語

通過對(duì)多家電廠實(shí)際調(diào)研，探討了GE公司的主流控制系統(tǒng)MarkVI與其他廠家的監(jiān)控系統(tǒng)的通訊方式，實(shí)現(xiàn)了MarkVI與其他系統(tǒng)一體化的可能，為電廠管控一體化發(fā)展提供了一些經(jīng)驗(yàn)。

[1]閻?？担畤?guó)內(nèi)外燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電技術(shù)的進(jìn)展與前景[J]．浙江電力，2000，19（3）：3-5．

[2]楊松鶴．GE公司重型燃?xì)廨啓C(jī)系列發(fā)展分析[J]．燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)，2000，13（2）：1-4．

10.3969/j.issn.1006-6896.2011.5.029

（欄目主持 關(guān)梅君）