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摘 要：本文系统地叙述了大型火电厂辅助控制系统IFIX软件及网络控制技术典型应用，介绍了IFIX软件实际应用的功能和开发及网络控制的情况。
一、概述
过去国内火电厂300MW机组以上的主控系统都普遍采用了DCS技术，但外围辅助系统，包括除灰系统、除渣系统、化水系统、输煤系统等采用的是独立、分散的常规控制系统，由于各辅助系统工艺有其不同的特性，所以采用的控制系统配置不同、技术水平、监控方式各异，这就势必对每个辅助系统都需配备相当的运行人员，使劳动生产率不能进一步提高。因此，在电厂的辅助系统中采用网络控制技术，用先进、成熟、可靠的技术来实现更新换代是时代发展的必然趋势。
益阳电厂一期工程2×300MW机组的外围辅助系统采用上位机+PLC网络监控方式，自动化水平有较大的提高；使辅助系统的监控水平逐步赶上主控系统的监控水平。辅助系统控制系统全部采用上位机、可编程控制器（Modicon TSX Quantum系列）、网络（MB+）控制方式，结合工艺系统和地理位置的情况组成三个网络控制网络系统，监控软件采用Interllution 公司的iFIX2.6版本（运行版和开发版），PLC组态软件Concept v2.2。
二、 IFIX应用软件包的主要特性：
上位机的监控软件采用Interllution 公司的iFIX2.6版本，它是基于多任务，多平台，实时性好，开放性好的集成软件包。Intellution软件中中了大量强大的图形化工具允许用户能够快速直观地建立面向过程的实时窗口，FIX不仅包含图形工具，使用户能够快速简单地开启系统，而且Intellution软件提供了工业界最为强大的功能，包括实时过程的监视和监督控制，报警和报警管理，历史趋势，统计过程控制，基于用户的安全系统，方便的系统扩展，网络等。它集成了COM/DCOM、OPC、VBA、ActiveX等最先进的现代软件技术，使所有的应用组件都有可以无缝集成到一个系统中，并且数据可以很方便地在网络上共享。Intellution WorkSpace 包括两个全集成的环境，组态环境和运行环境，它提供了开发和显示的画面，调度（scheduler）报表和VBA语言程序，并与实时数据交互工作，组态不仅提供了所有图形，文本，数据。动态和趋势图形工具，通过这些工具生成容易操作和理解的画面，在运行和组态环境之间可快速完成测试对画面的修改，同时保持实时报警和数据采集。
三、 工艺系统的控制主要功能及网络结构配置：
1、辅助系统的控制系统范围：
A、化学水处理网络控制系统包括：化学补给水系统、凝结水精处理、化学废水处理、灰水回收处理系统、净水站系统、汽水取样、炉水加药系统、生活污水处理系统。
B、除灰渣网络控制系统：包括除灰、除渣系统、电除尘系统。
C、输煤网络控制系统：包括输煤系统程控、燃油泵房系统、含油污水处理系统、含煤废水处理系统。
2、网络结构及主要设备的配置：
每个网络系统配置二台工控机，并且互为备用，配置为PⅢ500以上，内存256M以上、6G以上硬盘、以太网卡、标准键盘+鼠标AM-SA85-032通讯网卡等，显示器采用21英寸直角平面1280×1024彩色CRT。操作系统为Windows NT4.0SP5，监控软件iFIX2.6版本（运行版和开发版）；打印机为HP5000激光打印机
整个网络系统以MODICON公司的MODBUS PLUS网作为主干网，通讯介质使用双绞线屏蔽冗余专用电缆，各分站直接挂接在MB+网；环路通讯速度为1MB/S。
3、辅机工艺流程的控制主要实现的功能：
a、 在三个系统的上位机上运行人员可进行系统控制的自动、半自动、步操、单操基本监视和操作。
b、 CRT画面显示工艺流程及测量参数及控制方式的选择，参数越限报警、系统故障诊断、报警、顺序运行、参数的成组显示，当参数越限报警，控制对象故障或状态变化以及控制系统故障报警时，以红色闪烁显示报警所在位置，同时音箱中发出报警声，持续半分钟，直到操作人员确认。
c、在手动方式下操作员启停电机、开关阀门及其他设备时，提供了操作指导画面。
d、现场设备故障，影响程控前进时，在运行人员干预下进行跳步操作，设备处于就地操作方式时，PLC自动闭锁对该设备的操作。
e、水煤灰三个网络的上位机中均有完整的系统组态，数据库管理，程控逻辑编程和系统调试功能，运行人员能直接调出各种所需的汉化画面。
f、CRT屏幕上显示任一画面(包括实时参数)的响应时间小于2秒， CRT 画面刷新每秒一次。在系统总画面中通过按钮可调用各子系统的一览画面，在各子系统一览画面再可进入工艺过程操作画面。而在操作画面中设有回到系统总画面的按钮，方便运行操作。
G、历史趋势图显示；用FIX的历史数据显示功能，可查看各系统的实时值、历史数据值、统计值，可对曲线进行放大、缩小、打印等。
H、报表制作及打印功能：可根据用户的要求自动生成日报表、月报表以及其他表格，同时选择画面上的打印按钮打印画面及报表。报表保存时间根需要确定。
I、设置了基于用户的安全系统和系统安全性应用程序，安全系统可保护FIX文件、重要的程序、操作显示画面和配方、数据库模块。系统安全性应用程序包括安全配置和登录两种程序。操作人员登录程序，输入姓名和密码。在登录后，操作人员才能访问权限允许范围内的操作。
四、系统软件的应用及开发：
WINDOWS NT 是微软公司推出的网络操作系统，具有稳高效、不容易崩溃等良好特性，适合监控系统运行时要求稳定等要求。IFIX监控平台是美国INTELLUTION公司的旗航产品，它采用了开放式的结构，并运用了微软的一系统列工业标准技术，例如COM/DCOM、ACTIVEX控件等，在很短的时间内就可以开发出非常直观，十分有利于监控系统的集成开发。OFFICE是微软推出的集成办公软件，具有强大的报表汇总处理功能，水煤灰网辅助监控系统就采取了VBA+EXCEL来实现报表的功能。为了确保IFIX的正常运行，在安装WINDOWS NT后必须安装SERVER PACK5以上的版本的补丁文件。
1、数据库及设备驱动的配置： FIX软件提供与PLC等硬件设备的接口，可将数据从寄存器中读出。 Modicon设备驱动程序采用MMP-Modicon modbus Plus v6.03c；在SCU配置窗口设置用MMP-MODBUS PLUS V6.03C，并在CONFIGURE I/O DRIVERS 列表中选择安装。FIX数据库可从驱动程序映射表中检索数据，处理过程数据(包括指令)等。
2、应用程序的配置： FIX最重要的功能是为用户提供了可视化的窗口进行过程信息处理。FIX在用户屏幕上提供的图形化过程信息，包括原始数据、计算数据、报警、变量字符串、点信息、趋势报警或变量状态。图形应用程序的核心是从数据库访问信息。为了直接显示数据，图形应用程序提供了多样性的链接方式，链接可以有多种格式及配置的灵活选择，对系统或过程数据进行显示。操作人员使用链接也能向数据库写数据。数据源来自FIX数据库，这些数据传输可以是双向的。针对操作员设定只有运行的权限。
监控系统必须要启动四个应用程序：% C:\\DYNAMICS\\WSACTASK.EXE；C:\\DYNAMICS\\WORKSPACE.EXE；%C:\\ DYNAMICS\\HTC.EXE；%C:\\ DYNAMICS\\IOCNTRL.EXE/a；否则系统的某些功能无法实现。
3、报警的配置：本系统默认可容纳的最多报警数为200条。
4、FIX软件中的二次开发应用：
4．1 PLC状态的诊断：由于在PLC中提供了模件地址，存放了PLC的状态值，该值有16位，其中每一位对应PLC的模块位号，当该模块正常时为1，不正常时为0。在上位机中有一个AI的TAG 对应PLC的这个地址，通过读取其值并转换为二进制数来判断相应模块正常与否。
动态效果的设置：当与各站相对应的OLC状态的TAG值为65535时，表示各模块均正常，代表此站的PLC图标处于静止状态，当值为0～65534时，则该站中至少有一个模块出现了故障，则相对应的PLC图标开如闪红色，此时点击该图标能弹出一图片，其上有16个指示灯，分别用来表征相对应的模块当前的状态，若该灯闪红色，则该模件有故障。
4．2声音报警的实现：
A、 IFIX系统本身系统的声音报警设置，在系统组态环境中选择ENABLE HOTN启动报警功能，当有报警产生时系统发出报警声音。
B、 语音提示报警的设计：因为IFIX没有播放声音的函数，必须引用WINAPI函数，播放3D.WAV文件。
C、 两种类型的报警实现，
1、 用基于事件的调度来实现，当系统没有确认报警数增加时则设置进行长声音报警。
2、 语音报警：对于极其重要的点采用语音提示，采用逐点检测的方式，用基于事件的调度来实现，若当该点报警状态变为HIHI、LOLO或COMM这三种类型时，则播放相对应的语音文件进行提示。
4．3建立报表及打印功能：
A、报表自动抄表功能：根据电厂提供的报表首先用EXCEL建立样板文件，按各报表和具体情况，用基于时间的调度程序来实现报表的自动抄表功能。
B、 表汇总功能；在任一画面上按报表汇总按钮或快捷键F6便可打开一幅图，在此可设置想查看数据的开始时间、结束时间，在按下确认时间选择按钮之后，便可在下拉列表框中选择想要查看的数据点。最后按报表按钮显示要看的数据，其为EXCEL表格。
4．4趋势图：系统中共有两种形式的趋势图：
总趋势图：可以在一下拉列表柜中选择本系统中想要查看的点，同时进行和历史趋势的查看，并能对实时趋势的时间间隔，历史趋势的起止时间和时间间隔分别进行调整，在同一图表中可能同时查看多个点的趋势曲线，能方便地进行增点与减点的操作。
实时弹出趋势图：在图片的初始化时，我们将作为参数带入的节点设置为当前节点，以便显示其趋势曲线，在监控流程画面上点击相应设备时弹出的当前点的实时趋势图。
4．5报警一览表：在报警一览表中可进行确认单个报警、删除单个报警，确认所有报警、删除所有报警的功能，当从某一画面打开报警一览表时，只显示与本画面有关的报警，实现方式：在配置模式下，双击报警一览表中的报警汇总控件，在FILTER表单中设置过滤条件，即需查看的相应报警区，为了实现显示报警的监控流程图画面的功能，在添加数据点时，须在报警扩展字段中填写相应的监控画面图的图形名称，此功能才能实现。
4．6 通过上位机利用IFIX通讯程序与主控制系统ABB Bailey conductor VMS3.01软件进行串口通讯。
FIX软件的结构是开放式的，它所用到的协议驱动程序可由用户自己开发。用C语言编制了专用通讯程序，通过该软件可以监控水煤灰网的所有设备，但由于操作员站放在各网的控制室内，所以有必要将一些重要的运行参数，送至集控室值长站进行监视；运行方式为IFIX启动即时启动通讯程序。由于两地相距较远，所以都增加232/422转换器延长通讯距离。目前该通讯正常。DCS系统对水煤灰接口软件通讯协议要求如下：
采用串行口通讯参数设置：特率9600，奇校验，8位数据位，1位起始位, 1位停止位。数据帧格式：要求发送方连续不断地发送数据。
起始字
数据类型
数据个数
起始序号
信息域
结束字
A、 起始字为单字节 0AH
B、 数据类型为单字节: 01 表示此帧为模拟量， 02 为数字量。
C、 数据个数: 2字节， 表示该数据帧包含的模拟量或数字量的个数，10进制表示。
D、 起始序号：2字节，表示该数据帧包含的模拟量个数或数字量的个数，压缩BCD码表示。
E、 信息域: 每个模拟量占四个字节，为PC 机标准四字节浮点数格式；数字量每个占1位， 在单字节中的顺序为0～7。
F、 结束字为固定单字节0DH。
G、 发送模拟量时先发高位字节, 后发低位字节。
H、 发送数字量时每个字节包含8个数字量信息, 顺序为从该字节的低位到高位(即0～7) 依次存放数据. 填满一个字节以后再填下一个字节。
五、辅机设备工艺控制过程、控制范围概貌
1、化学补给水处理网络控制系统：
在化学补给水处理控制室设置二台工控制机，相互备用，主干MB+网络上共设置了11个PLC分站。整个网络总长度达到650米，为保证通讯数据正确传递加装了两个信号中继器，其中凝结水精处理系统本系统采用了远程I/O控制方式，同轴电缆长度达150米，净水站设置就地上位机。工艺过程系统主要画面32幅，数据库标签量达到3427点；包含了六个辅助工艺系统。
a.化学补给水控制系统范围： 机械过滤器、一级除盐水和混床单元、压缩空气系统,反洗水系统和酸碱再生系统。 原水母管、除盐水箱和除盐水泵及除盐水母管等设备。
控制系统功能：补给水控制包括泵、风机启、停，每列除盐装置的投运、停止和再生、自动加酸、加碱、自动或半自动启动另一列除盐装置进行集中监视管理、程序控制及闭环控制。运行人员可在控制室监视和操作，对系统控制的自动、半自动、步操、就地手操及键操五种方式。
b、凝结水精处理控制系统：系统采用远程I/O控制方式，设有一个主站，及10个远程I/O子站。整个系统分为两机组A、B高速混床系统，两机共用一个树脂再生处理系统，包括再生处理系统阴再生罐远程站、阳再生罐远程站、分离塔远程站、化学信号站等。设有二个就地操作员站其功能与主控室操作员相同。
c、汽水取样及加药控制系统控制范围：主要对溶液箱液位、汽水取样架所有采样值、联氨加药泵等设备的控制及所有泵的运行状态参数等。
d、净化站控制系统：设置就地上位机工控机，Pentium III500,128M内存，显示器采用PHILIPS 21 寸直角平面彩色显示器，分辨率1280×1024。上位机配置网卡AM－SA85－032。并配置UPS电源。控制范围包括：源水泵、工业水泵、抑尘水泵、化学水原水泵、循环水泵润滑水泵、生活水泵等设备。监视系统的温度、压力、流量等设备所有参数。
e、化学废水处理控制系统：控制范围包括：排水泵、 排水池液位、 PH调整槽PH值、最终中和槽PH值、曝气塔搅拌泵、曝气塔液位、工业废水处理系统3台自动酸计量泵和3台自动碱计量泵采用变频控制等设备及参数。
f、 灰水回收处理、生活污水处理控制系统：控制设备范围： 污水提升泵、污水泵等监视澄清池进水水流量、污水调节池、溶液箱液位等设备及参数。
g、化学水处理控制系统I/O点数量及网络结构图：汽水取样加药系统I/O点199 ，灰水、生活污水处理系统151点，净化站控制系统有277点，化学废水处理系统有281点，凝结水精处理系统有738点，化学补给水控制系统有650点。
2、除灰除渣控制网络系统：在除灰渣控制室设置了二台工控机，主干MB+网络上设置三个PLC控制分站，其中除灰除渣系统采用双机热备的远程I/OR控制方式。整个环线长度约为60米，分为两个MB+网PLC控制站，工艺过程系统主要画面有11幅，数据库标签量有2267点；包含了二个辅助工艺系统。
a.除灰除渣系统设置为远程I/O控制方式：双机冗余热备主站系统，10个远程I/O分站。控制范围包括：渣浆泵、灰斗、碎渣机、捞渣机、脱水仓等设备，两炉公用部份如除尘变信号、轴封水泵、灰浆泵及系统的各泵和门等设备和监视系统的所有参数等。
b.电除尘控制系统：#1炉和#2炉的电除尘各三个电场的启、停等设备及所有参数的监视。
c.除灰除渣系统的I/O点数量及网络结构图：除灰除渣系统有1126点，电除尘控制系统有264点。
3、输煤网络控制系统：在输煤控制室设置了二台工控机，主干MB+网络上设置四个PLC控制分站。其中输煤控制系统是采用双机冷备远程I/O控制系统方式，同轴电缆单程长度约为950米。燃油泵房设置了就地上位机控制。整个MB+环网系统长度约为300米，设置四个PLC控制站。工艺过程系统主要画面有12幅，数据库标签量有2163点；包含了四个辅助工艺系统。
a、输煤控制系统： 输煤系统的PLC 采用远程I/O的结构方式，系统设本地站（设置在集控室后）和四个远程分站，采用Modicon TSX Quantum 系列机型作控制主机，备份一块CPU模板 ;本地站和远程站采用双缆冗余结构，上位机与PLC 采用Modbus Plus 双冗余网联接以提高整个系统的可靠性。
输煤系统的主要控制和检测对象： 2台叶轮给煤机、 13台皮带输送机（#7带为双向驱动皮带，#7乙带预留接口，#9甲、乙，#10甲、乙三路皮带。）、 2台振动给煤机、 约30台除尘设备。
系统主要功能：操作控制方式分自动、远方软手操及就地手动三种方式。上煤程控功能：流程启动采用逆煤流方向逐级启动皮带，顺煤流方向逐台停机方式，使皮带上的余煤全部走空。配煤程控功能： 根据锅炉对加仓的要求，由运行人员在CRT上调出加仓画面，输入给定指令，可实现自动加仓配煤，手动配煤亦通过远方软手操实现。远方软手操是运行人员在上位机上进行有联锁或无联锁的远方一对一操作。
b、含油污水处理控制系统：控制设备包括污油提升泵、 油污水提升泵、溶气水泵、含油污水专用泵等设备，监视相应电动机的运行状态，如空压机出口压力、 隔油池液位、 溶气缸压力、水位、 过滤器出口油份浓度等设备参数。
c、含煤废水处理控制系统：控制设备包括原水泵、清水泵、排泥泵电动机的运行状态，相应电动阀门的开关状态，监视如电动机电流、 调节池、清水池液位；溶液箱液位高、低等设备控制及运行参数。
d、燃油泵房控制系统：控制设备包括卸油泵、真空泵、供油泵、机车整备油泵等设备的运行状态；监视如有关电动机电流；卸油泵出口压力；真空泵油罐油位、油温等设备和温度、流量压力参数。
e、输煤网络控制系统各子系统的I/O点网络结构图：输煤控制系统904点，含煤废水处理107点，含油污水处理79点，含油污水处理63点。
六、 系统的故障及处理
1、由于辅助系统各个工艺过程不同，造成了系统的设计正处于逐步完善的阶段，控制过程依据现场实际存在着大量的修改，PLC程序也需同步进行，也造成了上位机数据和画面的修改。所以现场设备与系统的联调工作及整套联调工作宜尽早进行。
2、IFIX软件数据库由于修改需进行整理，其数据库倒入倒出的时间太长。水处理上位机流程画面曾出现变红现象，将数据库中数据类型DO改为DI，使该问题得到解决。
3、Ifix软件对点用内存较多，所以必须加大内存528M后运行速度才加快。同时对每幅图的大小不宜超过600K，否则影响运行速度。
4、，统一了上位机监控软件操作界面并能合理、灵活地进行切换和调用。
七、结束语
目前益阳电厂一期工程2×300MW机组辅助系统投入运行以来，ifix软件运行正常、功能强大，特别是其优点体现在iFIX的图形功能很强，支持多种图形格式，内容丰富。以及在组态中提供树形结构图，能够浏览所画画面中的所有图形对象，组态信息。具有的查找替换功能，可以替换整个图画以及画面中的对象的属性、组态点信息，对于同类型物体，避免重复组态。在现场进行调试编辑与运行时，可以是互相切换进行，支持在线修改，具有画面分层功能，运行时可以根据程序很方便地更换对象的连接数据源，给调试人员带来极大的方便。iFIX的数据点管理是独立于画面运行的，直接反映现场信息，数据点一经设定就可以立即反映现场状态。iFIX提供了数据管理库的输入、输出功能，可以把TAG信息输出到Excel工具中，可以在Excel中方便地完成繁琐的TAG点定义设置工作，再从Excel回输到数据库中来等等。完全满足工艺控制过程的要求，达到了预期设计的功能。
值得特别关注的是火电厂的辅助系统共同之处就是各个辅助系统的工艺特性不同，地理布置相距可达数千米。对电厂辅助系统采用网络控制技术，就能实现相对的集中控制，减少值班点，提高辅机设备的自动化的监控水平，解决了以往电厂中辅助系统控制技术落后于主系统的现象；这必将是今后火电厂辅助系统控制技术发展的一个方向。 |
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发表于 2005-9-12 20:35:21
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