王海欢

（浙江机电职业技术学院自动化学院，浙江 杭州 310059）

火力发电厂烟气脱硫工程的自动化包括热控自动化和电气自动化2 部分，无论是新建机组还是改造机组的脱硫工程，其热工自动化大多采用DCS 来实现对热工系统内设备的监控，而电气部分的监控仍停留在继电器、控制开关和其接点组成的控制逻辑回路用硬接线来实现，自动化水平较低[1]。近几年，新建的大型火力发电厂烟气脱硫工程为提高自动化水平，大部分电气设备采用独立于DCS 系统的厂用电电气监控系统ECMS 进行监控。DCS 的电气监控只限于电气设备运行必要的状态监视和控制信息，而电气设备的测量、保护动作及整定、事故追忆等信息及功能没有进入系统，ECMS 和DCS 系统无法有机地融合在一起。在河源电厂二期2×1 000 MW 燃煤机组扩建工程烟气脱硫（EPC）总承包工程中，脱硫系统作为全厂的一个环保子系统，需要与电厂的ECMS 系统和DCS 系统有机地融合起来。本工程采用了新型的ECMS 和DCS 一体化监控系统，利用统一的网络平台、规约转换装置、开放性监控软件，能够将子系统的电气热控数据信息进行一体化监控，并无缝衔接到全厂统一的生产数据处理平台，从而达到提高发电厂电气自动化水平的目的。

1 现有烟气脱硫工程的电气自动化监控方案

目前国内的烟气脱硫工程，主流的电气自动化监控方案有2 种：硬接线方式、硬接线和现场总线相结合的方式。

1.1 硬接线接入DCS 系统

传统发电厂烟气脱硫工程，电气系统内所有电源进线、电动机、直流系统及UPS 系统以硬接线方式接入DCS 系统，接入信息主要包括开关量输入（DⅠ）、开关量输出（DO）和模拟量输入（AⅠ），接入方式为干接点和4～20 mA 模拟量信号[2]。硬接线接入方案示意图如图1 所示。

图1 硬接线接入方案

硬接线接入方式的优点是数据一对一传输，安全可靠；传输实时性强；不易受干扰影响。缺点是DCS系统Ⅰ/O 卡件多，导致电气柜与DCS 机柜之间存在大量控制电缆；投资费用高；调试施工工作量大；仅采集重要的量，系统监测信息不完整，运行检修不便。随着发电厂对自动化水平的要求提高，此种方案已很少使用，仅适用老厂改造或者小规模机组。

1.2 硬接线和现场总线相结合的方式

硬接线和现场总线相结合接入方案如图2 所示。目前被广泛应用于中大型发电机组的烟气脱硫工程，这种方式第一次把ECMS 引至脱硫电气监控系统。脱硫工程的电气主接线一般分脱硫动力中心PC 段和电动机控制中心MCC 段。在该模式中，工艺电动机按工艺流程进行组网，保留参与控制的关键硬接线部分，其他信息量通过开关柜内测控装置、智能开关（或马达控制器）的通信接口上传至DCS 系统通信卡件。电气部分动力中心PC 段和电动机控制中心MCC 段的电源柜及母联柜取消硬接线，采用通信方式上传至ECMS 系统。

图2 硬接线和现场总线相结合接入方案

硬接线和现场总线通信相结合的接入方式，它的优点是节省了大量DCS 的Ⅰ/O 卡件、电气元器件和控制电缆。缺点是ECMS 站控层和DCS 站控层的网络互相独立，DCS 和ECMS 一般属于不同厂家，其各自的通信规约开放程度受限制，致使两个系统无法进行信息共享，导致DCS 和ECMS 的信息传送往往是单向传送[3]。ECMS 只监测不控制，无法满足现代化电厂自动化生产需求。

2 ECMS 和DCS 一体化监控方式的实际应用

2.1 项目概况

河源电厂二期项目2×1 000 MW 超超临界二次再热燃煤机组，采用国际最先进的超超临界二次再热技术，同步配套建设先进的烟气脱硫环保设施，实现烟气超净排放。在投标方案、施工设计等方面均采用最先进的节能环保技术路线，湿法脱硫首次应用了先进的无梁式浆液喷淋系统，通过密度计和流量计精确计量石灰石浆液浓度和流量，最终使项目达到生态型、超低排放、节能高效的目标。在河源电厂气脱硫总承包工程中，电气系统和热控系统采用了ECMS 和DCS一体化监控方式，ECMS采用南瑞继保PCS-9700 系统，DCS 采用了 EMERSON 公司的 OVATⅠON 系统。该方案主要采用统一的通信网络、兼容各种规约的规约转换器、向DCS 开放平台等技术，把ECMS 全部纳入DCS 平台进行统一监控，并对DCS 系统开放，实现ECMS 与DCS 系统的全面接口，从而将发电厂烟气脱硫工程的电气自动化系统完全融入DCS 系统。

2.2 技术优势

本项目ECMS 和DCS 的一体化监控网络示意图如图3 所示。图3 仅示意了3#机组的网络图，4#机组与3#机组相同。由图3 可知，一体化监控系统有如下特点。

图3 ECMS 和DCS 一体化监控方案

脱硫电气自动化与热工自动化共用一套一体化监控网络，不再独立分开，采用统一的监控网络。电气部分电源部分以DP 通信方式进入ECMS 系统的通信管理机，电动机部分以DP 通信方式进入DCS 的通信卡件。热控部分阀门仪表以Profibus-DP 和FF 通信方式进入DCS 系统的通信卡件，其中开关量控制采用Profibus-DP，模拟量控制采用FF 总线。此一体化方案取消了大量硬接线，节省了大批电缆，节约了大量投资。

设置有专用通信管理单元及转换器。通信管理单元PCS-9799 提供多种现场总线、串行口、以太网口，支持各种部颁标准规约、工业标准规约（和DCS 通信），可方便地与保护、直流、UPS、数显表、操控装置等直接通信。系统配置的PCS-9794 规约转换器，对下通过各种接口及规约接入各类保护装置、电表、直流屏以及其他智能设备，对上与当地监控、保护信息管理装置、RTU 等通信。控制规约转换器可以完美地将非统一的设备统一到同一个平台中，其功能强大，性能优越，可满足大部分数字化电厂需求。

一体化的监控系统。后台监控系统通信既支持ⅠEC60870-5-103 标准，也支持 ⅠEC61850 国际标准，最大限度地保证了系统的开放性。系统开放性强，能够与DCS 实现控制信息融合，ECMS 全部接入DCS 平台，形成一体化监控，从而实现烟气脱硫工程的一体化控制。

2.3 系统构成

一体化监控系统采用分层分布式结构，网络结构采用三层设备冗余网络（A、B 网）形式。整个系统分成站控层、前置层和间隔层，如图3 所示。

站控层：采用双以太网冗余结构，网关工作站、系统服务器、操作员站、工程师站、打印机以及负责与其他系统通信的管理装置，形成系统监控、管理中心。

前置层：由通信管理单元、交换机、DCS DPU 和Ⅰ/O 卡件等组成。对于10 kV 综保装置，可采用以太网方式直接接入交换机，直采直跳；对于380 V 综保以及其他不支持以太网方式的智能装置，采用通信管理单元实现规约转换和装置通信，并转发站控层及DCS或调度系统的遥控命令。现场热控阀门仪表开关量通过DP 通信，模拟量通过FF 通信进入DCS 的通信卡件。ECMS 和DCS 系统按脱硫设备分段配置，集中组屏分别安装在对应机组的低压配电室和电子设备间。

间隔层：间隔层包括10 kV 综合保护测控装置、380 V 综合保护测控装置、380 V 马达保护器、智能电力监测仪表、现场热控阀门仪表及网络接口设备等，负责执行DCS 或电气监控的各种指令并向DCS 或电气监控发送监控、监测信息。间隔层采用RS485、Profibus 等现场总线或以太网组网，双网冗余配置，将综合保护测控装置的信息量通过通信口上传到通信管理单元，现场阀门仪表中的信号通过通信口上传至DCS 的通信卡件。

2.4 通信网关统一网络

系统在站控层配置冗余的通信网关，专用通信网关把ECMS 以太网和DCS 以太网连成一体，实现ECMS 和DCS 所有的数据交换和命令传递，使两者形成一个统一的网络平台。专用通信网关预留与主机ECMS、DCS 的接口。通信网关组屏安装，安装方式为：2 台网关安装在一个标准机柜中，通过共享器共享1 套24 in（约61 cm）LCD、标准键盘和鼠标。

2.5 主控单元及监控软件

站控层的主控单元具有实时数据库，支持多台综合保护测控装置通信报文信息的上传；DCS 后台系统经ECMS 后台与主控单元连接，实现对电气保护进行控制、运行参数和保护定值查询、定值整定、信号复归等操作。此外，主控单元具有现场设备故障诊断与管理、控制权限的切换、基于通信的就地控制、简单的可编程控制逻辑等附带功能。DCS 系统监控软件与ECMS 监控软件相互兼容。采用DCS 作为主系统软件，该系统在统一应用支撑平台上进行开发，既支持ⅠEC60870-5-103 标准，也支持 ⅠEC61850 国际标准，最大限度地保证了系统的开放性。ECMS 大量信息通过每台机组站控层的ECMS 系统服务器经处理后传输至DCS 系统接口，通过DCS 操作员站画面可以控制ECMS 范围内的设备。该监控软件备份还原简单易操作，直接覆盖即可还原；监控系统软件模块化设计，便于功能添加及删除，组态灵活，维护扩展方便；监控系统可设置多节点，任一值班监控接点发生故障时，值班状态可按预设优先级无缝切换至另一接点，不影响正常监控；间隔层综保装置软硬件均模块化设计，各功能模块及插件可实现“即插即用”。该系统监控软件可以多操作系统无缝切换，实现了全面的跨平台解决方案，使系统具有更高的可移植性。

3 结语

目前河源电厂烟气脱硫系统的ECMS 和DCS 一体化监控系统已于2021 年成功投运，运行良好，系统的实时性和通信的可靠性都满足运行要求。一体化监控系统实现了烟气脱硫工程电气系统和热控系统之间的协调控制，打破了脱硫行业传统，实现了一个新的突破，具有行业领先的技术，具体表现为：①脱硫系统电气自动化和热控自动化不再相互独立，ECMS 全部接入DCS 平台，两者形成一个统一的网络平台；②取消了传统ECMS 站控层的专用电气操作员、工程师站，所有功能均可由单元机组DCS 的工程师站完成[3]；③ECMS 专用通信网关可将烟气脱硫实时数据传送至主机，以实现烟气脱硫工程和全厂的协调控制，为主机提供烟气脱硫设备的状态信息、性能数据，为实现数字化电厂提供了强有力的保障。