基于iFix的電除塵器自動監(jiān)控系統(tǒng)設計

張健，李依瓊，閆榮敏

(1.廣東韶關發(fā)電廠，廣東 韶關 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容。隨著工業(yè)自動化進程的不斷深化和網絡互聯(lián)技術的不斷發(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，而以設備服務為底層驅動接口、采用通用組態(tài)軟件進行人機界面開發(fā)的設計模式較好地滿足了設備控制專業(yè)化、界面操作及數據管理一體化的發(fā)展需求。

1 監(jiān)控系統(tǒng)結構

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備為下位機，通過工業(yè)控制總線組成分布式測控網絡，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)結構如圖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卡實現(xiàn)工業(yè)總線網絡管理。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據采集及系統(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)結構

系統(tǒng)為分層網絡結構，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、數字濾波等多項軟、硬件抗干擾技術，以確保通訊的可靠性。控制總線上可以接入PLC、總線測控設備等，用于采集電除塵器運行相關的信號。上位機監(jiān)控層采用以太網絡，多點監(jiān)控，實現(xiàn)與輔網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)的數據交換。

1.2 監(jiān)控系統(tǒng)軟件結構

監(jiān)控系統(tǒng)軟件由設備服務軟件DCC Server，iFix監(jiān)控軟件和數據庫管理軟件等組成，其組成結構如圖2所示。

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

iFix是工業(yè)控制領域領先的HMI/SCADA自動化監(jiān)控組態(tài)軟件，具有強大的數據采集、數據管理功能，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、歷史數據管理、用戶權限管理等功能。

采用Microsoft SQL Server作為數據庫管理軟件，由設備服務軟件進行定時數據存儲，iFix通過ODBC或ActiveX控件進行歷史數據管理和訪問。

圖2 系統(tǒng)軟件結構

2 系統(tǒng)設計關鍵技術

2.1 設備服務軟件

設備服務軟件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，根據優(yōu)化控制策略對電除塵器高壓供電參數和低壓控制參數進行自動調整。

該軟件同時提供電除塵器電源及控制裝置的設備驅動功能，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/停和參數設定等接口，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應用設計的基礎，按照集成化設計規(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驅動器，添加電除塵器電源及控制裝置、PLC等的驅動軟件，默認為OPC驅動、MBE驅動。

(3)配置SQL帳戶，用于通過ODBC數據庫訪問歷史數據。

(4)配置報警區(qū)域。

2.2.2 I/O 驅動器配置

2.2.2.1 OPC 驅動的配置

在“Proficy HMI SCADA”程序組中調用“OPC Power Tool”軟件，該軟件是 iFix提供的一個支持OPC的I/O驅動，用于建立iFix與OPC Server的數據交換。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)送數據。然后，按照Add OPC Server(添加OPC服務器)→Add Group(添加組)→Add Item(添加數據項)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)所需的全部設備運行參數及設定參數的數據項添加完成后，進行Start(啟動)操作開始數據交換。

2.2.2.2 MODBUS 驅動的配置

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

2.3 過程數據庫設計

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

(1)數據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，即設備名、子站號名、數據塊名，相互之間用下劃線分開。設備名標明該標簽代表的數據屬于哪個監(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，數據塊名是該系統(tǒng)中進行某一具體監(jiān)測與控制的數據。標簽名的設備名取拼音字母的首位并大寫。例如，在實時數據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，當要查詢所有關于電除塵系統(tǒng)運行的監(jiān)控信息時，只要在數據庫中增加過濾條件“標簽名={DCC*}”即可。

(2)按照運行參數、操作命令、參數設定等分別設計數據及其類型。數據庫標簽可以按類型設定不同的掃描頻率，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據庫標簽文件，利用iFix數據庫管理器的導入功能批量建立數據庫標簽，提高設計效率。

2.4 數據存儲及訪問

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

方式1:由DCC Server設備服務軟件將數據存儲到SQL Server數據庫，在iFix組態(tài)時通過ActiveX控件訪問SQL Server中的數據。

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

(1)在SQL Server中創(chuàng)建數據庫及表，用來保存數據庫內的歷史數據。

(2)創(chuàng)建ODBC數據源，測試ODBC數據源連接成功。

(3)在SCU內配置SQL。

(4)創(chuàng)建SQT和SQD數據塊。

(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、低壓供電及控制設備的狀態(tài)顯示、參數顯示、啟停操作、參數設定等功能。

3.2 報警顯示及管理

根據采集自I/O驅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，根據閉環(huán)控制策略選擇最適宜電場工況的設定參數，在保證收塵效率的基礎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 網絡功能

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

4 結束語

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，可為類似控制設備和監(jiān)控系統(tǒng)的集成設計提供借鑒和參考。

［1］李依瓊，徐颋，王進，等.電除塵器自動監(jiān)控系統(tǒng)設計［J］.計算機測量與控制，2008，16(12):1853 －1855.

［2］李依瓊，盧澤鋒，傅啟文.320 MW機組鍋爐電除塵器節(jié)能提效改造［J］.華電技術，2008，30(11):41 －44.

［3］朱琪.電除塵電源節(jié)能改造［J］.華電技術，2008，30(7):68－70.

［4］章海峰，徐洪年.靜電除塵器電控系統(tǒng)節(jié)能改造［J］.華電技術，2009，31(5):52 －53.

［5］林祖涵.燃煤電廠電除塵器的改造［J］.華電技術，2010，32(7):58－59.

［6］柴祖運，孫東新，李立志，等.600 MW發(fā)電廠電除塵器控制系統(tǒng)的改造［J］.華電技術，2011，33(1):71－74.