多種通信方式的瓦斯電站監(jiān)控系統(tǒng)研究與應(yīng)用

岳 忠

（山東鋼鐵 萊鋼自動化部，山東 萊蕪 271104）

0 引言

在利用瓦斯發(fā)電的過程中，因為煤礦瓦斯的濃度和壓力不是很穩(wěn)定，所以工作人員需要時刻注意瓦斯?jié)舛群蛪毫Φ淖兓?，以便能及時對發(fā)電機組工作的運行情況進行調(diào)整，而瓦斯抽放站和廠房一般距離控制室比較遠，工作人員只能通過后臺監(jiān)控系統(tǒng)對現(xiàn)場進行實時的監(jiān)視和控制，這就提高了對后臺監(jiān)控系統(tǒng)可靠性和實時性的要求。

目前比較流行的一種后臺監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用是通過通訊來實現(xiàn)的，不僅可以滿足工藝對實時性的要求，穩(wěn)定性較高，而且還省下了許多硬線電纜的費用，經(jīng)濟性和實用性都比較高。

1 瓦斯電站工藝流程

貴州某煤礦瓦斯電站共有5臺發(fā)電機組，煤礦瓦斯由抽放站經(jīng)傳輸管道輸送到廠房內(nèi)的各個機組。在輸送管道設(shè)有細水霧系統(tǒng)、切斷閥、放散裝置、瓦斯?jié)舛?、溫度和流量檢測裝置。瓦斯電站工藝流程如圖1所示。

圖1 瓦斯電站工藝流程圖

2 瓦斯電站后臺監(jiān)控系統(tǒng)硬件組成

煤礦瓦斯電站后臺監(jiān)控系統(tǒng)采用SIEMENS S7－200系列PLC系統(tǒng)，配置其他相關(guān)硬件組成煤礦瓦斯電站后臺系統(tǒng)的硬件部分。本系統(tǒng)硬件部分主要分為服務(wù)器、操作站和控制站3部分，其結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 瓦斯電站后臺監(jiān)控系統(tǒng)硬件組成圖

2.1 服務(wù)器

本系統(tǒng)采用一臺性能較好的工控機作為服務(wù)器，服務(wù)器配置西門子CP5611網(wǎng)卡，與S7－200控制站組成西門子Profibus－DP網(wǎng)絡(luò)，可使用西門子STEP7MicroWin軟件對控制站進行硬件組態(tài)、程序編制和狀態(tài)監(jiān)控。同時，服務(wù)器通過以太網(wǎng)交換機與操作站和串口轉(zhuǎn)換器組成工業(yè)以太網(wǎng)，通過軟件配置將串口轉(zhuǎn)換器上的多個串口映射到服務(wù)器，服務(wù)器可直接對各串口進行讀寫操作。服務(wù)器上安裝有OPC軟件，可作為OPC服務(wù)器使用，另外，服務(wù)器還能完成報表的生成和打印任務(wù)。

2.2 操作站

操作站由研華工控機和基于Windows系統(tǒng)平臺上的西門子WinCC監(jiān)控軟件組成，通過工藝流程圖、機組狀態(tài)圖、報警圖、趨勢圖這些豐富的人機界面，操作員可以設(shè)定、查看過程參數(shù)或狀態(tài)，查看故障報警明細。整個操作界面采用“向?qū)健钡慕Y(jié)構(gòu)，大大方便了操作員的操作。

2.3 控制站

控制站采用西門子S7－200系列PLC，其功能強大，性價比高。本系統(tǒng)采用3套S7－200系列PLC，分別用于瓦斯傳輸系統(tǒng)、細水霧系統(tǒng)和余熱鍋爐系統(tǒng)。3套控制站與服務(wù)器通過DP接口組成西門子Profibus－DP網(wǎng)絡(luò)，他們之間可以相互通訊。

2.4 Modbus網(wǎng)絡(luò)和現(xiàn)場儀表

本系統(tǒng)采用Modbus－RTU的傳輸方式，電氣接口定義為RS－485接口，傳輸介質(zhì)采用屏蔽雙絞線，其他相關(guān)參數(shù)設(shè)置為：波特率9 600kb/s，數(shù)據(jù)位8位，停止位1位，校驗方式無。在主控室設(shè)置一臺16口串口服務(wù)器，每個串口對應(yīng)現(xiàn)場一臺設(shè)備或儀表，以減少通訊數(shù)據(jù)延遲，現(xiàn)場儀表均采用防爆型，保證了系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性。

3 系統(tǒng)實現(xiàn)方式

根據(jù)瓦斯電站工藝流程和控制要求的特殊性，在設(shè)計后臺監(jiān)控系統(tǒng)時，一方面將整個復(fù)雜系統(tǒng)分成幾個分系統(tǒng)，獨立設(shè)計，以避免當(dāng)某個部分出現(xiàn)問題時影響整個電站后臺監(jiān)控系統(tǒng)的運行；另一方面，在設(shè)計分系統(tǒng)時應(yīng)盡量選擇應(yīng)用廣泛、技術(shù)成熟度高、性價比高、維護簡單、維護成本低的設(shè)備和技術(shù)；另外，在監(jiān)控界面的設(shè)計上，遵循優(yōu)選畫面簡潔、易于操作的設(shè)計原則，以便于操作人員和維護人員操控。

3.1 分系統(tǒng)設(shè)計

根據(jù)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的不同，整個瓦斯電站后臺監(jiān)控系統(tǒng)可分為 Modbus－RTU網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、Profibus－DP網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、TCP/IP網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和OPC網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)4部分。

3.1.1 Modbus－RTU網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)

該網(wǎng)絡(luò)內(nèi)主要設(shè)備為機組電氣控制模塊、機組熱工控制模塊、流量積算儀和串口轉(zhuǎn)換設(shè)備。網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)是在主控室設(shè)置一臺串口轉(zhuǎn)換器，負責(zé)將RS－485口轉(zhuǎn)換為RJ45口，本轉(zhuǎn)換器可同時將多個串口轉(zhuǎn)換為一個RJ45口，然后將RJ45口連接至工業(yè)以太網(wǎng)交換機，轉(zhuǎn)換器的每個串口對應(yīng)現(xiàn)場一臺設(shè)備或儀表，這樣可以提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，減少通訊數(shù)據(jù)延遲，以保證系統(tǒng)的實時性和可靠性。

3.1.2 Profibus－DP網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)

Profibus－DP網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)通訊協(xié)議為Profibus－DP協(xié)議，電氣接口定義為SIEMENS DP接口，傳輸介質(zhì)采用西門子DP總線電纜。網(wǎng)絡(luò)內(nèi)主要設(shè)備為S7－200控制站、CP5611網(wǎng)卡和服務(wù)器。網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)是服務(wù)器通過CP5611網(wǎng)卡和其他S7－200控制站一同掛在DP總線上。

3.1.3 TCP/IP網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和OPC網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)

TCP/IP網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和OPC網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)主要是指工業(yè)以太網(wǎng)，涉及設(shè)備包括服務(wù)器、操作站和以太網(wǎng)交換機，其中服務(wù)器既作為WEB服務(wù)器，又作為OPC服務(wù)器。

3.2 軟件選擇

3.2.1 服務(wù)器軟件選擇和配置

服務(wù)器是整個后臺監(jiān)控系統(tǒng)的核心，負責(zé)整個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集、交換和處理工作。服務(wù)器一方面將現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集上來，另一方面通過一臺防火墻連接到廠級辦公網(wǎng)，利用WEB發(fā)布功能將數(shù)據(jù)發(fā)布出去。服務(wù)器預(yù)裝Microsoft Windows系列操作系統(tǒng)，配置的應(yīng)用軟件有 MicroWin、Kepware、SIMATIC WinCC、Microsoft Visual Studio 2010。

3.2.2 操作站軟件選擇和配置

操作站是后臺監(jiān)控系統(tǒng)的客戶端，預(yù)裝了Microsoft Windows系列操作系統(tǒng)，配置的應(yīng)用軟件為西門子SIMATIC WinCC監(jiān)控組態(tài)軟件，通過工藝流程圖、機組狀態(tài)圖、報警圖、趨勢圖這些豐富的人機界面，操作員可以設(shè)定、查看過程參數(shù)或狀態(tài)，查看故障報警明細。整個操作界面采用“向?qū)健钡慕Y(jié)構(gòu)，大大方便了操作員的操作，如圖3所示。

圖3 瓦斯電站監(jiān)控系統(tǒng)操作界面圖

4 結(jié)束語

該監(jiān)控系統(tǒng)根據(jù)現(xiàn)場實際需求情況，對電站的各個設(shè)備控制部分分別采取了不同的措施，運用了多種技術(shù)方式，滿足了電站的生產(chǎn)控制需求，實際使用效果良好，有效地提高了數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性和實時性，獲得了可觀的經(jīng)濟效益和社會效益，與同類型電站的后臺監(jiān)控系統(tǒng)相比優(yōu)勢明顯。

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