一、概述
随着计算机控制和管理技术的发展和应用，火电厂计算机控制系统的应用已经很广泛，尤其是300mw及以上的大型机组。
从控制部分，现有火电厂（尤其是300mw以上机组）都配置比较先进、可靠的控制系统。通常按照工艺车间划分控制单元，锅炉、汽机部分采用dcs控制系统（电气部分还没有进入dcs控制，以常规控制为主），一些辅助车间如除灰、化学水处理、凝结水精处理、输煤等这些较大的控制单元已开始以plc+crt站监控为主要控制方式，还有一些较小的分散的系统，如：循环水、除渣、吹灰、水泵房等，则各厂家根据实际情况采用不同的控制方案，有的采用常规按钮、开关控制，有的采用小型pi~控制，但是各控制系统之间互相独立，互相分散。
从管理角度，火电厂还没有形成内部管理和生产计算机网络，目前仍然应用比较传统的管理方式和手段：电厂内部管理部分和生产部分之间的信息沟通依靠统计报表和人工传递，信息滞后，难以实现率的生产管理，造成人员、物力和财力的浪费，不利于益生产。有些电厂投用了计算机管理mis系统，但联网范围于管理部门内部（财务、人事等），关键的生产部门没有联网，主要由于控制系统联网存在技术和工程实施上的困难（dcs和plc产品种类太多、网络支持能力差等）。
总体上讲，火电厂目前的计算机管理水平偏低，效率不高；控制水平相对较高，但存在着控制结构松散，缺乏通讯，计算机控制系统利用率较低。
随着企业网络化管理的发展需要，有必要对火电厂全厂生产、管理等部门实现全面的计算机管理和控制，组成火电厂企业级网络（intranet），形成新型的火电厂管理和控制结构，以提高生产管理效率，充分发挥计算机控制和管理优势，达到减人增效的目的。
新型的火电厂管理和控制结构应有如下结构（图1）：全厂形成统一的网络（intranet），包括管理部门（厂长、总工、人事、财务、设备、库房等）和生产部门（各生产车间和工艺单元，机、炉、电、水、煤、灰等）。
功能上，实现管理和生产信息的有机融合，而不是简单的计算机联网。从重要管理者的计算机上可实时查看生产过程的流程和数据，得到经过加工处理的生产数据，以供决策。管理部门的决策信息可随时传达到生产部门，减少中间环节，提高管理效率。生产部门可随时将生产所需要的设备维护、维修、更新等信息通过网络传送给相应管理部门（库房、设备等），得以快速解决，不仅提率，而且可以减少浪费，节约资源。
要实现新型电厂管理和控制联网，需解决如下几个环节的问题：
◆实现生产部分的组网，包括各辅助车间控制和dcs控制系统；
◆形成生产部分的高层mis管理系统（生产管理）；
◆形成管理部门的mis管理系统；
◆统一成网，zui终实现火电厂全厂管理和控制intranet网络。
本方案中重点讨论新型电厂辅助车间的综合控制和联网，以解决当前常规电厂中生产环节的控制问题，为形成全厂网络提供基本条件。
二、辅助车间控制系统的现状
现有火电厂辅助车间控制系统包括：除灰、化学水处理、凝结水精处理、输煤等这些较大的控制单元，还有—些较小的，如：循环水处理、除渣、水泵房等。
各辅助车间控制系统控制形式多种多样，有的系统采用比较先进的plc+crt站监控方式，有的采用plc+常规监视方式，一些较小的车间如水泵房等甚至不设控制系统，只配置常规的操作盘（按钮、开关）。而且各辅助车间控制系统之间互不，相互独立，与dcs系统之间也不通讯，形成多个控制“孤岛”。
这种辅助车间控制方式缺点较多：从控制系统配置上，控制形式多样，生产维护复杂；从控制水平上，控制水平不高，没有充分发挥计算机控制的优势；从生产角度，各车间互不，难以实现率的生产调度，更谈不上向电厂管理层直接提供有效的生产管理信息；从管理上造成人力物力资源的浪费。
针对以上问题，提出电厂辅助车间综合控制系统方案，以形成新的、的控制结构。新方案利用发展成熟的计算机控制技术（分布式控制、现场总线技术、信息管理等），将火电厂各工艺车间控制系统成紧密的整体，充分发挥控制能力，提高控制水平，为电厂联网提供基本条件。
三、辅助车间综合控制系统的设想
按照工艺系统的相关程度，可将辅助车间控水处理车间控制系统按水、煤、灰及其它系统分别处理。水处理车间可包括补给水、凝结水、循环水、废水污水、化学加药、化学取样等；煤部分可包括原输煤车间、燃料部分等；灰处理部分包括气力除灰、除渣等。可先实现每个工艺系统（水、煤、灰等）的监控系统，在此基础上形成电厂辅助车间的综合监控联网。形成如下的控制结构：
这种辅助车间控制系统方案可分为四层：管理层、监控层、控制层和现场层。如图示。
◆管理层实现生产车间的信息综合（包括dcs和各辅助车间），并提供与全厂网络的连接；
◆监控层实施按水、煤、灰工艺系统分开的辅助车间监控，包括过程监视、控制操作、系统维护等。
◆控制层具体实施各车间过程控制程序，提供车间辅助操作功能；
◆现场层包括现场i／0站和其它控制接口设备，属于前端信号处理。
各层之间通过通讯网络实现连接，成为一个完整的控制系统。zui终实现如下监控功能
●实现辅助车间的自动化控制，减少手动操作和人工记录；
●实现各辅助车间的集中监控，包括过程监视和操作，王艺参数监测，报警处理等。
●为管理级提供生产过程和实时信息，并能综合形成的管理报告，如：成本核算能量监测等。
四、综合控制系统方案的可行性
4．1plc+crt站监控系统的应用和发展
plc控制在电厂辅助车间控制中一直占据主要地位，我们不排除用小型dcs系统完成辅助车间综合控制的可能性，但将plc控制作为方式讨论。
从八十年代末期计算机监控（crt站）开始在辅助车间控制中应用，*代替常规监视方式（模拟盘、常规二次仪表盘等），产生plc+计算机crt站监控方式。这种控制方式在多个项目中得到成功应用，已经成为目前主要的控制方式。这种控制方式在过程控制中有明显的优越性：组态灵活方便、监控功能强大、系统结构紧凑等。
plc+crt站监控方式属于典型的分散式控制系统，与dcs控制的结构相似：plc控制器实现过程控制程序，crt站实现过程监视、提供人机接口等。
随着多年的应用和发展，无论是硬件还是软件，计算机监控的可靠性有了很大的提高。硬件方面，无论是cpu处理速度和能力，还是内存、外存（硬盘）等，都迅速发展，不断地更新换代，总之硬件已不再是主要矛盾，主要矛盾集中到了软件方面。要求crt站监控系统的操作平台尽可能的稳定、可靠，监控组态软件功能更实用、更全面，除了提供常规的监控功能外，还应提供运行管理、网络支持等方面的功能。近几年，windows95／nt操作系统逐渐成熟稳定，应用也越来越广；工控组态软件发展也很快，从早期单独编制c语言程序到工控组态软件，如intouch7．0，inlutionfix7．0，aimax，国产的组态王等，支持的硬件产品越来越普遍，便于实现辅助车间综合控制系统的集中监控；而且支持网络监控浏览功能，提供了在全厂网络上实现过程监视的手段。
从以上讨论中可以看出，plc+crt站监控技术发展情况可满足辅助车间综合控制系统的监控要求。
4．2现场i／0站的发展应用
在新的辅助车间综合控制中，plc控制单元由集中控制向分散化、分布式进一步发展，应尽可能的利用现场l／o控制站（如远程i／o）取代中央控制室集中控制。
目前，plc控制在国内电厂中主要以集中控制方式为主。将cpu站和ldo站统一放置在控制室内，现场阀门、电机、仪表的控制信号通过电缆引入控制室；如果采用分布式或分散式控制方式，现场i／0站则就近放置在现场靠近控制对象的地方，控制设备信号电缆就近接入现场i／0站，通过通讯网络将现场i／o站和cpu站连在一起。二者结构比较见下图。利用现场i／0站可大量节省电缆用量，减少现场施工，缩短施工周期。而且使用现场i／0站可提高控制系统的维护性。
随着现场总线技术和标准的日益成熟，应用现场总线技术的数字式仪表发展很快，将来会取代现有4—20ma模拟仪表。现场总线仪表可提高现场仪表的投用和维护效率，大量减少现场电缆的敷设量（敷设量不到现有的1／3）。在国内石化行业已经开始使用。在本方案中不做重点讨论。
4．3网络技术的发展应用
近几年厂家组网形成全厂网络的需求越来越大，网络技术在火电厂的应用也随着发展c各种商业应用的成熟网络形式在工控领域开始应用，如以太网（ethemet）。以太网络（ethernet）组网方便、灵活；网络产品种类齐全、应用可靠（支持生产商很多，如hp、ibm、cisco、3com等）；以太网的通讯速度较高，从早期的iombps到现在的100mbps甚至千兆以太网；通讯介质支持双绞线、同轴电缆和光缆。在工业过程控制领域中也出现了很多的应用实例。
这种网络形式比较适合火电厂辅助车间综合控制的组网要求：灵活的网络结构，可支持系统逐步扩展；较快的速度可满足监控要求。
4．4硬件和软件产品的支持
plc产品生产商很多，在电力行业应用较广的制造厂家如modicon、siemens、a—b、omron等的产品可以满足辅助车间的控制要求。随着网络应用的增加，各硬件生产商都推出了对开放标准网络的支持产品，比如以太网（ethernet）；有的生产商甚至推出了自成体系的全厂网络解决方案，如siemenshl网、a—b的controlnet等。多样的硬件产品为辅助车间综合控制提供了多种选择，也为辅助车间控制系统的逐步改造提供了可行性。
硬件产品对网络的支持，带动了软件产品的发展。各硬件厂商（plc或dcs系统）增加了网络硬件驱动功能，对网络协议的支持（如tcp／ip）。
硬件和软件产品为电厂辅助车间综合控制提供了组网的。
以上技术的发展成熟，使辅助车间综合控制系统乃至全厂网络的实施已经成为可能。
五、辅助车间综合控制系统方案
5．1水、煤、灰系统配置的监控方案
按照设想的辅助车间控制系统结构，提出以下综合控制系统方案，以便探讨。方案中，监控形式采用“plc控制+crt站监控”，plc控制部分采用cpu站和现场i／0方式。
该方案将数量众多的、分散的辅助车间按三种工艺系统初步组台’，分部分实现过程监控，zui终实现辅助车间的监控联网。
方案结构如下图3：
本方案控制结构分四层：
现场i／o层：该部分由现场i／o站以及车间级就地控制接口设备（电磁阀箱、仪表箱等）组成。放置在各辅助车间就地设备附近。现场i／o层的设备根据水、煤、灰系统各自的控制设备特点而不同，通常除plci／0分站外，还有就地控制设备接口以及防护等级较高的保护箱。
控制层：该部分由plccpu站以及控制柜组成。plccpu站有两种配置方法：（1）在水、煤、灰系统内部每个较大的辅助车间配置一套cpu单元；（2）同一工艺系统（水、煤、灰）配置一套工艺系统。两种凹u站配置方案各有优缺点。配置一套cpu站，可大大减少控制系统成本，但各辅助车间均按现场i／o站处理，造成现场i／o站的分布更加分散、距离更长，可能回引起实现上的困难。在具体实施时，可根据实际情况选择cpu配置方案。cpu站可采用双机热备，甚至电源热备。
监控层：该层用于实现工艺系统的实时监控。通常配置2—3台crt操作／监控站。从功能上分为工程师站和操作员站，也可将操作员站和工程师站合并，不单设工程师站。crt监控站通常包括工控机、大屏幕高分辨率显示器、鼠标、键盘等。
◆操作员站用于操作员实现对各辅助车间的监控操作，操作员站均可实现对各辅助车间的操作、监视；实际运行中可按辅助车间分工设置相对固定的操作站；
◆工程师站用于对各辅助车间控制逻辑进行编程、下载、上传、在线监视，监控系统组态以及日常维护管理。
管理层：该层是辅助车间监控的zui高层，主要实施管理、监督、生产调度职能。上图中只列出辅助车间连接情况。从全厂角度，可以作为全厂生产管理，将dcs联入该层。协调各辅助车间与主控室dcs之间的运行，并管理日常事务处理，如工作票管理等。
在四个控制层之间通过通讯网络连接在一起，有三种通讯网络：
（1）现场i／o站与控制层cpu站之间的通讯联网：该部分网络主要取决于plc的选型，随plc厂家的不同而不同。如plc为modiconquantum，网络可能是rio或mb+；如为siemenss7，网络可能是sinecl2网或h1网。该部分网络可采用冗余配置或环形结构。该部分的通讯介质通常是屏蔽双绞线或同轴电缆；
（2）控制层与监控层间的通讯网络：可能有两种网络方式。一种是利用plc的通讯网络实现与上位站的通讯；另一种采用统一的网络形式如ethernet或rs485网络实现与上位站的通讯；*种网络方式通常可以保证监控层与控制层之间的实时性要求，但当cpu站的类型差异较大时，造成联网复杂；第二种方式则可支持多种类型的cpu站，只是实时性有待考查（如果cpu站的数量较少，还可以满足实时性要求）。
（3）监控层与管理层间的通讯网络：该部分网络主要支持计算机之间的通讯，通常可选用比较流行的计算机网络，如ethemet等。由于支持产品很多，可选用较高的网络速率，如100m或更高。通讯介质也可选用utp、光纤等。
综上所述，该方案有以下主要特点：
（1）按水、煤、灰系统将辅助车间分解集中，可逐步实现辅助车间的联网，有较好的可实施性；
（2）监控层采用plc控制网络，可较好地保证监控实时性；管理层采用灵活的计算机网络，便于网络互连和系统扩展；
（3）辅助车间按水、煤、灰工艺系统组合作配置控制系统，可显著节约控制资源，也便于生产所维护和运行管理。
该方案实施过程的几点注意：
（1）plc选型：由于plc厂家，应优化选型。选择模块支持较广泛、支持现场i／0、cpu热备和网络冗余的设备，如modicon，siemens，a—b等。
（2）现场i／o站：现场l／o单元从技术角度已经成熟多年，需要加强工程实施。应充分考虑现场各异情况，配置防护等级较高的设备（ip56或nema4）。在水处理车间，应保证现场i／0控制箱防水；除灰车间应保证防尘等。
（3）工程组态：首先要选择功能较强的组态软件，能支持较多的硬件产品，如intouchfix等；其次，应根据辅助车间的实际情况，设计比较统一的画面形式，使人机交互更加方便灵活。（如下图）
5．2辅助车间*集中式监控方案
本方案采用全厂辅助车间集中控制，结构图如下：
控制结构同样可分四层，图示中不包括管理层。
监控层采用全厂辅助车间集中监控方式，包括操作员站、工程师站、调度员站，相互分工完成不同的监控任务。可设置辅助车间集中控制室放置监控设备，也可在主控室与dcs共用。
控制层和现场i／0层与5．1方案相同。
该方案的处理重点是监控级网络。考虑到可能出现多种plc产品，采用ethernet网星形拓扑结构，监控层各计算机与辅助车间控制站（cpu）通过网络集线器hub连接在一起，构成网络。星形结构有以下特点：
◆网络结构灵活，便于网络扩展和维护，适合辅助车间控制应用。
◆星形网络结构中各通讯点均为独立通道，某一段通讯线故障不会影响其它通讯节点的正常工作，对现场故障查除也很方便。
通讯网络介质可根据实际情况选择：双绞线（utp）、同轴电缆、光纤。在火电厂辅助车间控制系统中，我们推荐选用光纤。光纤的通讯距离长、抗电磁干扰（eml）能力非常强。
综上所述，这种结构的辅助车间综合控制系统方案有以下特点：
●辅助车间集中监控，各车间过程统一配置组态；监控部分既集中又灵活，便于生产过程的协调、管理。
●监控级网络采用星形结构，便于系统维护、扩展。适合于辅助车间分步组网。
●车间级控制层设控制cpu站及现场的人机接口设备，为现场巡检人员提供监控接口；当监控层网络故障时作为后备的监控手段。
实现该种辅助车间控制系统方案时，需注意以下问题：
●该方案便于分步实施，可根据电厂辅助车间实际情况逐步实现组网过程；
●选用ethemet网作为监控级网络，需控制节点数量，以保证网络的实时性；
●对集线器hub的选型要相当重视，该设备的可靠性和性能对网络运行非常关键；
●在设计系统网络布置时，应考虑各车间通讯网络的布线要求；
5．3改造型方案
该方案结构如下图。
该方案比较适合电厂辅助车间控制系统的改造（可首先改造车间级监控方式，再改造生产部分联网）。在保留现有电厂辅助车间的控制方式下，将各辅助车间联成网络。
该方案中，采用了集中管理、分散监控的方式。管理层只设置调度员站和工程师站；控制层依然保留plc+crt站监控的车间监控方式。网络部分既可以采用星形拓扑结构也可以采用总线结构。
六、综合控制系统方案选型
以下针对辅助车间综合控制系统中的几个主要环节，讨论其选型和配置情况。
6．1plc控制器
plc控制器的优化选型应充分考虑控制能力和联网能力两方面。控制能力主要体现在cpu、模块支持和软件功能。联网能力主要体现在对现场i／o站以及对网络（如ethernet网）的支持。在电厂方面目前应用较广的plc产品有：modicon984，quantum出m，siemenss5和s7系列；a—bplc5系列，omronc200—c2000h，gefanuc的90—30／70。
以下是这些产品的主要功能列表。
从以上功能表中可以看出，主要的plc产品生产商都提供比较全面的控制功能和网络支持功能。控制性能上可以说各有千秋，在产品价格和易用性上有差异。
6．2网络选型
辅助车间监控系统中除由plc选型决定的控制网络外，高层管理网络或多种plc间的联网建议选用ethenet网络，星型拓扑结构，tcp／ip协议，网络干线介质建议采用光纤（控制室内可采用双绞线），通讯速率10m（也可采用10／100m自适应）。集线器hub和各种网络接口设备应选用网络生产商的产品。这样选型出于以下考虑：
◆ethemet网络发展多年，比较可靠；组网方便，支持产品多。
◆多数plc和dc5生产商推出的产品支持ethenet网络和tcp／ip协议；一般均提供屏蔽双绞线、同轴电缆或光纤接口；通常支持10mbit／s通讯速率。
◆采用光纤作为网络干线可保证较长的通讯距离和可靠的通讯，能满足电厂各辅助车间远距离通讯联网的要求。
◆较为的工控组态软件也提供对ethemet网络的支持，可减少组网引起的软件开发工作。
管理级网络可选用快速ethemet网络（100m或1000m）。网络通讯协议选择tcp／ip，操作系统选择windwosnt或windows95（98）。
6．3监控级硬件和软件选择
监控级硬件按常规配置工控机、大屏幕彩色显示器、键盘和鼠标即可，也可根据需要配置语音报警系统（声卡、防磁音箱等）。
一般配置如下：
主机工控机pentium233mhz，32m，3．2g（或更高）
彩色显示器211024*768*256色（或更高）
软件包括三部分：操作系统、监控组态软件和应用软件。操作系统可推荐选择win95／98，也可选择windwosnt。监控软件选择比较流行的组态软件包：fix7．0、lntouch7．0、aimax等。应用软件则由项目具体实施的工程公司实现。