摘要：针对国外项目辅助车间监控网络与主厂房
控制系统合设一个监控、管理网络的要求，提出了几种辅助车间控制系统方案，论述了各方案的优缺点，结论是国外工程采用辅助车间控制系统采用全厂DCS方案zui合理。
目前国内电厂设计中辅助车间一般单独设辅助车间集中监控网，监控网与主厂房机组DCS监控网络分开，分别留有与厂级监控信息系统（SIS）通讯接口，厂级监控信息系统完成全厂的实时监视与查询、在线计算分析、运行操作指导、厂用故障分析、系统维护、数据储存处理等功能。随着我国综合国力的提高，近年来国外项目增多。国外项目招标时，标书都要求辅助车间与主厂房合设一个集中监控和生产管理网络，通过集中控制室内的全功能操作员站对全厂包括各辅助车间进行监控，设置设备管理站和优化管理站进行设备管理、性能计算、运行优化都在这一个监控网络实现。辅助车间控制系统设计方案需要重新考虑。
一、目前典型的国内辅助车间控制系统设计方案：
目前国内电厂根据辅助车间运行需要、辅助车间与主厂房单元机组的关系和辅助车间控制特性（开关量控制多）等要求，辅助车间包括化学水处理、凝结水精处理、除灰渣、化学取样加药、空压站、循环水泵房、燃油泵房、废水处理、采暖通风、制氢站、输煤、电除尘等系统的控制系统除个别车间的运行与机组运行关系比较密切的循环水泵房、空压站等纳入单元机组DCS或公用系统DCS外，其他车间控制系统多采用程序控制系统（PLC） ，设置独立的辅助车间监控网。辅助车间控制网留有与厂级监控信息系统 （SIS）通讯接口，辅助车间系统主要参数及运行工况经通讯接口送至SIS，作为生产管理数据。
各辅助车间控制系统如下：
1、化学补给水系统
化学补给水系统开关量控制较多，采用程序控制系统（PLC）技术成熟。化学补给水系统间断运行，化学补给水系统与主厂房单元机组运行关系不是十分紧密。所以采用PLC+上位机纳入辅助车间集中监控网实现监视和控制。
2、凝结水精处理及再生系统
凝结水精处理及再生系统开关量控制较多，采用程序控制系统（PLC）技术成熟。凝结水精处理系统多设有旁路门，允许凝结水精处理系统短时停运。所以采用PLC+上位机纳入辅助车间集中监控网实现监视和控制。
3、除灰除渣系统
除渣系统如采用干除渣工艺，与单元机组运行关系密切，应纳入单元机组DCS控制;如采用水力除渣工艺，除炉底排渣装置外，渣浆泵房采用PLC+上位机纳入辅助车间监控网实现除渣系统的监控。除灰系统开关量控制较多，采用程序控制系统（PLC）技术成熟，可短时停运，所以采用PLC+上位机纳入辅助车间集中监控网实现除灰系统的监视和控制。
4、化学加药取样系统
开关量控制较多，采用程序控制系统 （PLC）技术成熟，可短时停运，所以采用PLC+上位机纳入辅助车间集中监控网实现除灰系统的监视和控制。
5、空压站系统
如果仪用空压站和气力除灰空压站合设一个空压站，开关量控制较多，采用程序控制系统（PLC）技术成熟，可短时停运，所以采用PLC+上位机纳入辅助车间集中监控网实现空压站系统的监视和控制。如果仪用空压站和气力除灰空压站分设，仪用空压站应纳入公用系统DCS，气力除灰空压站可采用PLC+上位机纳入辅助车间集中监控网实现监视和控制。
6、循环水泵房
循环水泵房与主厂房单元机组运行关系密切，循环水泵房停运，会造成单元机组停运。如循环水泵工艺设计采用单元制，应纳入单元机组DCS控制;如循环水泵工艺设计采用扩大单元制，应纳入公用系统DCS控制。
7、燃油泵房
燃油泵房仅在机组启动时期或低负荷运行投运，与主厂房单元机组运行关系不是十分密切，可纳入公用系统DCS控制，也可以采用采用PLC+上位机纳入辅助车间集中监控网实现监视和控制。
8、废水处理系统
废水处理系统开关量控制较多，采用程序控制系统（PLC）技术成熟。废水处理系统可间断运行，废水处理系统与主厂房单元机组运行关系不是十分紧密。所以采用PLC+上位机纳入辅助车间集中监控网实现监视和控制。
9、采暖通风系统
采暖通风系统开关量控制较多，采用程序控制系统（PLC）技术成熟。采暖通风系统与单元机组运行无关，可短暂停止运行。所以采用PLC+上位机纳入辅助车间集中监控网实现监视和控制。
10、制氢站
制氢站开关量控制较多，采用程序控制系统（PLC）技术成熟。采暖通风系统与单元机组运行关系不是十分紧密，可短暂停止运行。所以采用PLC+上位机纳入辅助车间集中监控网实现监视和控制。
11、输煤系统
输煤系统开关量控制较多，采用程序控制系统（PLC）技术成熟，间断运行。所以采用PLC+上位机纳入辅助车间集中监控网实现监视和控制。
12、电除尘系统
电除尘系统开关量控制较多，采用程序控制系统（PLC）或智能控制系统。与单元机组运行关系不是十分紧密，可短暂停止运行。所以采用PLC+上位机纳入辅助车间集中监控网实现监视和控制。
辅助车间集中监控网络（BOP-NET）根据各电厂运行需要，可以设置水、煤、灰三个监控点的方案，也可以设置一个集中监控点的方案。水、煤、灰三个监控点的方案辅助车间集中监控网络设置两层监控网络，*层根据各辅助车间的性质，将各辅助车间分别接入水、煤、灰三个子网，在就地设置水、煤、灰三个监控点，分别用于全厂水务系统（包括化学水处理、凝结水精处理、化学取样加药、废水处理、制氢站等）、输煤系统、除灰渣电除尘系统的运行监控。
二、国外项目辅助车间控制系统设计方案
国外项目都要求辅助车间与主厂房合设一个集中监控网络，通过集中控制室内的全功能操作员站对全厂包括各辅助车间进行监控。辅助车间控制系统设计方案需要重新考虑。
1、辅助车间控制系统设计方案——全厂DCS方案
PLC和DCS是基于不同技术开发出的产品，两个系统之间的通讯协议不同，无论采用哪种方式通讯，都涉及到协议之间的转换，就好比说两种不同语言的人交流需要翻译一样，会在通讯上浪费时间，造成 DCS公用网的辅助车间操作员站操作辅助车间各系统设备时，反映慢的影响。
辅助车间采用全DCS方案时，就不存在协议转换的问题，全厂控制系统设置一个统一的监控网，各辅助车间控制系统作为全厂DCS的一个远程控制站，系统通讯畅通，响应速度快，完满足项目的要求。因此考虑到外方招标文件要求和项目调试、验收、移交时的风险，推荐采用全DCS方案。具体方案如下：
全厂包括主厂房和各辅助车间设的控制系统采用相同硬件的DCS。每台机组设置独立的单元机组DCS监控网，用于对单元机组（包括锅炉、汽轮发电机组机辅助系统、厂用电和发变组）和与单元机组运行直接相关的辅助车间单元部分（如取样加药系统、凝结水精处理单元部分一离子交换）进行监控。设置公用系统DCS监控网，用于对公用系统和各辅助车间进行监控。
各辅助车间除涉及技术、*技术和较小的控制系统如电除尘、制氢站等采用PLC的控制系统与DCS采用 MODBUS协议串行口进行双向通讯;其余均采用与主机DCS相同的硬件。各辅助车间控制系统做为DCS远程控制站，连接到公用系统DCS网络，机柜布置在就地辅助车间控制室。各辅助车间控制系统具体方案如下：
（1）除灰除渣系统
采用DCS实现除灰渣系统的监视和控制，设置D CS远程控制站与公用系统DCS网络相连，在公用系统DCS操作员站上实现监控，机柜布置在就地控制室。
（2）凝结水精处理及再生系统
采用DCS实现凝结水精处理及再生系统的监视和控制，单元部分系统（离子交换与单元机组DCS网络相连，在单元机组DCS操作员站上实现监控。公用部分系统（再生系统）与公用系统DCS网络相连，在公用系统DCS操作员站上实现监控，设置DCS本地控制站，机柜布置在电子设备间。
（3）化学补给水系统
采用DCS实现化学补给水系统包括原水处理的监视和控制，设置DCS远程控制站与公用系统DCS网络相连，在公用系统DCS操作员站上实现监控，机柜布置在就地控制室。
（4）空调通风系统
采用DCS实现空调通风系统的监视和控制，设置 DCS本地控制站与公用系统DCS网络相连，在公用系统DCS操作员站上实现监控，机柜布置在电子设备间。
（5）废水处理系统
采用DCS实现废水处理系统的监视和控制，设置 DCS远程控制站与公用系统DCS网络相连，在公用系统DCS操作员站上实现监控，机柜布置在就地控制室。
（6）加药取样系统
采用DCS实现加药取样系统的监视和控制，设置DCS本地控制站与单元机组DCS网络相连，在单元机组DCS操作员站上实现监控，机柜布置在电子设备间。
（7）空压站系统
采用DCS实现空压站系统的监视和控制，设置DCS远程控制站与公用系统DCS网络相连，在公用系统DCS操作员站上实现监控，机柜布置在就地控制室。
（8）制氢站
采用PLC实现制氢站系统的监视和控制，采用Modbus方式与化学水控制系统相连，在公用系统DCS操作员站上实现监控，机柜布置在就地控制室。
（9）循环水泵房
采用DCS实现循环水泵房的监视和控制，设置DCS远程控制站与公用系统DCS网络相连，在公用系统DCS操作员站上实现监控，机柜布置在就地控制室。
（10）燃油泵房采用DCS实现燃油泵房的监视和控制，设置DCS远程控制站与公用系统DCS网络相连，在公用系统DCS操作员站上实现监控，机柜布置在就地控制室。
（11）输煤系统
采用DCS实现输煤系统的监视和控制设置DCS远程控制站与公用系统DCS网络相连，在公用系统DCS操作员站上实现监控，机柜布置在就地控制室。
（12）电除尘系统采用PLC或智能控制系统实现电除尘系统的监视和控制，采用OPC方式或MODBUS协议串行口与单元机组DCS系统相连，在单元机组DCS操作员站上实现监控，机柜布置在就地控制室。
从技术角度，全厂DCS方案，一方面，统一的软件系统，能够实现全场控制系统的无缝连接，无需通讯协议转换，系统通讯畅通，响应速度快;便于生产培训。另一方面，统一的硬件系统，方便用户备品备件管理，方便运行维护。从经济角度，目前DCS和PLC系统平均到单点I/O价格基本相当，由于取消了辅助车间集中监控网，大约可以设备投资大约150万元（包括软件、硬件）。从工程实施的经验看，目前国内已经有一些电厂采用了全厂DCS方案，如我院设计的国电庄河电厂、华北院设计的山西同华轩岗电厂，工程实施顺利，系统运行可靠。因此此方案应作为国外投标项目的推荐方案。
2、辅助车间控制系统设计方案二——PLC+DCS方案
国内辅助车间采用DCS的控制方案案例较少，包括设计、采购、调试、安装、运行的工程实施的经验较少。有些辅助车间涉及技术，如化学水处理的超滤+反渗透+电除盐（EDI） ，设备厂家的控制系统是基于PLC开发的。当控制系统随工艺设备成套时，要求设备厂家采用DCS，设备厂家不响应标书。控制系统单独招标，工艺设备厂家又不愿提供组态逻辑要求。
考虑以上因素也可以考虑PLC+DCS方案，主厂房单元机组和公用系统控制系统采用DCS，各辅助车间控制系统采用PLC，各辅助车间控制系统通过通讯接口与主厂房DCS通讯，实现全厂一个监控网络。此方案又有两种组网和通讯方式。
（1）设置辅助车间集中监控网，将各辅助车间控制系统纳入辅助车间集中监控网监控，辅网设独立的操作员站，各辅助车间的运行监控在辅网操作员站上完成。辅网与主厂房DCS的通讯采用OPC方式， DCS提供1台OPC Client，辅网提供l台OPC Server。DCS只对辅网进行监视无需控制。此方案的优点是主厂房 DCS 网络与辅网相对独立，互相之间干扰小，系统安全可靠，即使通讯故障也不影响辅助车间的监控。通讯速度快，传输速度为10000个数据/每秒。缺点是若DCS监控级网络故障，即OPC Client至控制器网络故障，则辅网至DCS通讯中断。
（2）不设置辅助车间集中监控网，根据各辅助车间与主厂房单元机组的工艺系统之间的关系，将各辅助车间控制系统分别纳入单元机组DCS和公用系统DCS。各辅助车间的运行监控在单元机组DCS操作员站上完成。辅助车间控制系统与主厂房DCS的通讯有两种方式：
（a）采用TCP/IP协议，将辅助车间控制系统通过串行口接入DCS 的TCP/IP通讯卡上。这种方式适合比较大的辅助车间控制系统，如化学水处理、输煤程控系统。以OVATION系统的ELC卡为例，它可以提供1个100Mbps以太网口，可接入20000个第三方数据。该卡同普通I/O卡一样安装在机柜内，通过柜内I/O总线与控制器进行通讯。由 OVATION控制器建立DCS侧辅助车间控制系统I/O点，对辅助车间控制由控制器执行。优点：DCS监控级网络故障，不影响DCS与辅网的通讯。缺点：通讯速度慢于OPC方式。
（b）采用Modbus_RTU协议，将辅助车间控制系统通过串行口接入 DCS的Modbus_RTU通讯卡上。这种方式适合比较小的辅助车间控制系统，如制氢站、取样加药程控系统。以OVATION系统的LC卡为例，每块LC卡提供1个19.2Kbps RS485口，可接入250个第三方数据，通过该串口与PLC通讯。该卡同普通I/O卡一样安装在机柜内，通过柜内I/O总线与控制器进行通讯。由OVATION控制器建立DCS侧辅助车间I/O点，对辅助车间控制由控制器执行。优点：若OVATION监控级网络故障，不影响DCS与辅网的通讯。缺点：通讯速度zui慢，通讯数据zui少。
三、结论
总之，国外投标项目需要重新优化全厂控制系统的组态。考虑技术和经济应推荐采用全厂DCS方案，在技术上，全厂控制网络采用统一的DCS控制网络，没有了大量的系统之间的协议转换，系统机构更加简洁，通讯速度更加快捷，运行维护更加简单。在经济上，可以节约投资。
如果项目有特殊要求辅助车间控制系统需要采用PLC，应根据工艺系统特点、控制系统大小、控制要求等综合考虑采用何种方式与DCS网络连接和通讯方案，确保能够实现全厂一个监控网络的要求。
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