1、前言 隨著社會的進步、經(jīng)濟的發(fā)展，鋼鐵業(yè)獲得了迅猛的發(fā)展。然而，鋼鐵業(yè)的競爭也變得越來越激烈。如何在競爭中立于不敗之地，降低成本、減少污染就成為了鋼鐵業(yè)的首要問題。濟鋼燃氣-蒸氣聯(lián)合循環(huán)發(fā)電就是在這種環(huán)境下出現(xiàn)的。燃氣蒸氣發(fā)電是利川高爐煤氣、焦爐煤氣作為能源發(fā)電的，不僅解決了污染問題，還增加了收益，從而降低了生產(chǎn)成本。 濟南鋼鐵股份有限公司“燃氣-蒸氣聯(lián)合循環(huán)發(fā)電工程”是濟鋼遵照國家產(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PG6561B-L型燃氣輪發(fā)電機組（48 MW）匹配1臺混合煤氣壓縮機、1臺余熱鍋爐和l臺蒸汽輪發(fā)電機組（l8MW）組成“1+1+1+1”建制的聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機組，ETS（危急遮斷系統(tǒng)）是汽機能正常運轉(zhuǎn)的關(guān)鍵。 2、ETS系統(tǒng)工作原理 燃氣-蒸氣聯(lián)合循環(huán)發(fā)電是由高爐煤氣、焦爐煤氣經(jīng)混合站凈化、混合送至煤壓機加壓成高溫、高壓的氣體送至燃機，在燃機燃燒室內(nèi)與卒氣混合燃燒。帶動燃氣輪機電壓10 KV，經(jīng)80MVA主變升至110 kV，再經(jīng)GIS開關(guān)設(shè)備與110 KV濟南電網(wǎng)并網(wǎng)。發(fā)電機總裝機容量2x66MW，廠用電率25％，上網(wǎng)電量約100 MW，綜合效率接近50％，經(jīng)濟效益顯著。ETS是與TSI相配合監(jiān)視汽輪機一些重要信號并保證汽輪機安全的系統(tǒng)。當進入ETS的參數(shù)超過極限值時，關(guān)閉汽輪機進汽閥門，緊急停機。圖1 為燃氣蒸汽聯(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)同時運行，無縫切換，各節(jié)點功能相對獨立。主要完成汽機實時數(shù)據(jù)采集處理及故障報警處理，并根據(jù)標準值進行判斷從而對汽機進行保護。 由十系統(tǒng)對汽機的正常運轉(zhuǎn)起到重要作用，因此采用三取二表決進行邏輯確定，并對控制的PLC設(shè)備及網(wǎng)絡(luò)進行可靠的冗余熱備，使整個系統(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)通過該網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接至工程師站。 [ALIGN=CENTER] 圖1 燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電的流程圖[/ALIGN] 1）操作員工作站 操作員工作站亦稱運行上作站HMI，HMl主要完成各個工藝設(shè)備或工藝過程的數(shù)據(jù)顯示、設(shè)備操作，故障信息監(jiān)控、設(shè)備管理等進行工藝過程及設(shè)備狀態(tài)的實剛數(shù)據(jù)采集、整理、然后傳送到過程自動化級，完成各工藝過程及設(shè)備的故障報警、處理及顯示。 2）工程師維護上作站 配備l臺工程師維護工作站，供維護技術(shù)人員進行數(shù)據(jù)庫、界面、報表等修改維護、以及網(wǎng)絡(luò)監(jiān)視維護等功能。同時工程師維護工作站也可作為培訓(xùn)工作站，進行操作流程的預(yù)演，以及時運行人員的培訓(xùn)仿真等。 3．2、系統(tǒng)PLC控制 系統(tǒng)全部采州美國GE公司CIMPLICITY PLC控制器，結(jié)合了PLC和DCS先進的軟硬件的優(yōu)點，CIMPLICITY PLC控制器具有豐富的過程控制系統(tǒng)設(shè)計、實施、編檔、維護工具，可實現(xiàn)全過程一體化自動控制，建立經(jīng)濟的、企業(yè)級的系統(tǒng)集成。根據(jù)設(shè)計需要，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GENIUS總線完成對現(xiàn)場輸入輸出設(shè)備的檢測，該系統(tǒng)由現(xiàn)場控制站、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）。最下面一層為總線結(jié)構(gòu)，稱為RIO總線，連接遠程輸入輸出設(shè)備：第二層為控制總線，稱為GENIUS總線，傳輸協(xié)議為GE公司專用協(xié)議，用于傳送過程數(shù)據(jù)、信息互換及控制信號；第三層為以太網(wǎng)，稱為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)與分廠級管理之間的數(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程序開發(fā)軟件 系統(tǒng)的PLC程序開發(fā)軟件為CIMPLICITYME，該軟件建立在Windows視窗下臺下，采用CIMPLIClTYME組態(tài)軟件開發(fā)，利用梯形圖RLD編程語言，完成各種檢測信號、GPS時鐘對時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)控開發(fā)軟件 傳統(tǒng)意義上的SCADA方案是1臺上位機單獨完成與1臺或幾臺PLC的信息變換，而本系統(tǒng)的HMI采用了GE公司的CIMPLlCITY Workbench開發(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)分為兩個操作站分別用于兩組汽機，操作站主要完成與PLC之間的數(shù)據(jù)讀寫功能。系統(tǒng)由數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、Web服務(wù)器、運行上作站（操作員站）、維護工程師站、打印機及網(wǎng)絡(luò)設(shè)備組成，操作系統(tǒng)采用西文Windows 2000，監(jiān)控界面完成對公用系統(tǒng)的模擬量、開關(guān)量、脈沖量、溫度量，保護信息等的數(shù)據(jù)采集、計算、判別、報警和保護，事件順序記錄（SOE），報表統(tǒng)汁，曲線分析，并根據(jù)需要向現(xiàn)場保護測控單元層發(fā)布命令實現(xiàn)對電氣設(shè)備的控制和調(diào)節(jié)。該系統(tǒng)人機界面友善、方便、美觀，數(shù)據(jù)庫安全、精確、可靠，是實現(xiàn)發(fā)電廠電氣運行、監(jiān)控、管理自動化的理想系統(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通過本站的CMM以太網(wǎng)通信模板利用EGD廣播方式經(jīng)過Switch交換機在以太網(wǎng)上與其他PLC發(fā)送和接收信息。上位監(jiān)控系統(tǒng)則通過以太網(wǎng)卡，經(jīng)過Switch交換機在以太網(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，下裝和在線調(diào)試與監(jiān)控等功能。它的使用給解決現(xiàn)場控制站到中央控制站信號長距離傳輸問題帶來了極大的方便，在本系統(tǒng)PLC配置中，通過專用PLC設(shè)備利用Modbus Plus通訊網(wǎng)絡(luò)與燃機MARKV進行數(shù)據(jù)通信，實現(xiàn)了整個發(fā)電機組的全過程監(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)用程序的開發(fā)。②優(yōu)秀的數(shù)據(jù)訪問技術(shù)，采用Microsoft SQL Server創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫及其前端應(yīng)用程序。③OPC（OLE for Process Control）技術(shù)。通過使用OPC通信管理器與OPC Server連接，從RTDB獲取數(shù)據(jù)。④現(xiàn)場設(shè)備在線診斷及報警技術(shù)。⑤授權(quán)訪問控制技術(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對時功能 對于發(fā)電系統(tǒng)，時間是一個非常嚴格的顯示與控制參數(shù)，為了嚴格統(tǒng)一時間，采用了GPS（全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)）時鐘同步裝置，使得網(wǎng)絡(luò)中所有的PLC及HMI時鐘同步。用串行通信或分脈沖信號（IPPM）輸出與單元等的時鐘。 [ALIGN=CENTER] 圖3 GPS時鐘同步實現(xiàn)機理圖[/ALIGN] 圖3為GPS時鐘同步實現(xiàn)機理圖，分為兩種同步方式，對于HMI用C語言編程通過RS232串口將GPS的時鐘信號采至1臺上位機進行時鐘同步，其他上位機的時鐘則通過以太網(wǎng)同步于HMI-1，而PLC則利用脈沖開關(guān)量信號采至SOE事件記錄PLC（PLC-1），在PLC-1內(nèi)通過編寫應(yīng)用程序完成對脈沖開關(guān)量信號的讀寫功能，以實現(xiàn)PLC內(nèi)的時鐘同步，對于其他PLC通過以太網(wǎng)在PLC之間利用EGD（PLC數(shù)據(jù)通信）廣播方式接受PLC-1的時鐘信號來進行時鐘同步。 6.2、事件報警記錄控制 為了確保發(fā)電正常進行，需要對發(fā)電機組主體的設(shè)備的運行狀況隨時做準確記錄，為此，系統(tǒng)采用了一套專用PLC來記錄設(shè)各的運行狀況，為生產(chǎn)維護工程師提供依據(jù)，為此開發(fā)了事件自動記錄程序，控制流程框圖見圖4。 7、結(jié)束語 ETS控制系統(tǒng)完全能滿足整個燃氣-蒸氣聯(lián)合循環(huán)發(fā)電工程的要求，系統(tǒng)投運至今運行可靠，設(shè)備維護量大大減少，減少了故障點，提高了工作效率。且由于系統(tǒng)采用部分國內(nèi)、國際先進技術(shù)，因此便于系統(tǒng)擴充升級。作為整個燃氣-蒸氣聯(lián)合循環(huán)發(fā)電工程的一個重要組成部分，對電廠進行優(yōu)化控制、設(shè)備管理，遠行管理、定值管理，對減少損耗，保證電廠可靠、安全、穩(wěn)定運行具有巨大的經(jīng)濟和社會意義。 [ALIGN=CENTER] 圖4 事件報警記錄控制程序流程圖[/ALIGN]