摘要：
本文主要介紹GE Fanuc自動化解決方案的軟、硬件產品：自動控制器（系列90-70、系列90-30、VersaMax、PACSystems RX7i、PACSystems RX3i）、組態軟件(VersaPro、Machine Edition、OpenProcess)、HMI/SCADA監控軟件(Proficy HMI/SCADA - CIMPLICITY、Proficy HMI/SCADA - iFIX)、實時歷史數據庫軟件（Proficy Historian）及數據分析和Web發布軟件（Proficy Real-Time Information Portal)在燃氣－蒸汽聯合循環電廠中從現場控制、數據采集、歷史存儲、數據分析到最終Web發布的應用情況。
引言：
濟鋼燃氣－蒸汽聯合循環電廠是世界上第一代燒低熱值混合煤氣的燃機電廠，主要利用現階段絕大部分鋼鐵企業中放散掉的富余煤氣進行發電。該聯合循環發電項目是濟鋼減少污染、能源再利用、降低生產成本的大膽探索與嘗試，在鋼鐵行業的煤氣平衡和利用、降低環境污染、提高資源利用率等方面具有積極的帶動作用，是國家大力提倡發展循環經濟、建設節約型社會的標志性項目。
概述：
該項目的工藝流程是將煉鋼、煉鐵產生的高爐煤氣與焦化產生的焦爐煤氣，分別經過除塵、凈化和脫萘、電捕焦以及脫水處理之后，按一定比例混合成低熱值的煤氣，經煤氣壓縮機加壓到一定壓力和溫度，送給燃氣輪機燃燒膨脹做功帶動發電機進行第一次發電，由燃氣輪機排出的高溫煙氣再經余熱鍋爐產生高溫、高壓的蒸汽帶動汽輪發電機進行二次發電，從而實現聯合循環（圖1）。整個聯合循環電廠的一期工程共有2套機組，由16.5萬m3高爐煤氣柜、高爐煤氣凈化、焦爐煤氣凈化、2臺煤氣混合站、2臺煤氣壓縮機、2臺燃氣輪發電機、2臺余熱鍋爐、2臺蒸汽輪發電機、廠用電系統、GIS系統、公用系統和SOE系統幾大部分組成。
濟鋼燃氣－蒸汽聯合循環電廠，是濟鋼能源集中管理的一個重要組成部分。作為一個新建項目，無論是在自動化控制，還是生產調度管理上，都需要有一套先進的自動化解決方案來與之配套，更好地保證發電系統的安全穩定運行：
在自動化控制方面，整個項目涉及的設備眾多，每個設備都有其各自不同的控制要求，因此，在控制系統的選擇上絕對不能一概而論，如何根據各個系統自身的特點選擇適合自己的控制器，花最少的錢，達到最佳的控制性能，是整個發電項目控制系統最核心的部分，也是需要考慮最多的部分；在確定了合適的控制器之后，緊接著面臨的就是如何在所選用的控制器上滿足設備的控制要求，如煤氣壓縮機和鍋爐汽機等大型設備的安全控制及混合站系統的高精度控制等，不僅要有高性能的冗余熱備功能，還必須有先進的控制手段來實現設備的自動控制；在實現了單一系統的控制基礎上，面對廠區如此眾多的設備，如何將全廠的設備整合成一個完整的系統，實現分布式集中控制，這對整個的網絡結構、現場總線以及不同系統間的相互通訊等都是一個大的考驗；在整個發電系統大連鎖關系確定之后，當機組連鎖跳機時，如何快速、準確地判斷引起跳機的事件時間順序及連鎖條件，查明跳機原因，也是控制系統職責之一。
在生產調度管理方面，現在國內大多數電廠都已具備二級網絡的廠級信息監控系統（SIS），濟鋼聯合循環電廠在實現對現場生產設備進行實時監控的基礎上，如何更好地將全廠生產數據集中，并充分利用，真正實現設備運行狀況分析、調度決策制定、生產結構優化、機組性能提高、全廠生產數據和監控的互聯、互通及Web信息對外發布等功能，一套適合濟鋼聯合循環電廠自己特點的廠級信息監控解決方案必不可少。
解決方案：
為了保證濟鋼發電系統安全、穩定、高效地運行，出于對自動化控制和生產調度管理兩個方面的考慮，在實際調研了大量信息及數據之后，根據現場各系統的實際情況，結合GE Fanuc自動化軟、硬件產品的特點，我們對整個聯合循環發電項目提出如下的一套解決方案（圖2），以提高整個發電項目的自動化水平：
一．控制系統解決方案：
濟鋼燃氣－蒸汽聯合循環發電項目，工藝流程復雜，涉及的系統分散，而且對控制的精度和穩定性要求很高，因此必須選用高性能的控制器來完成其控制目標，這對控制系統來說是一個很大的挑戰。GE Fanuc的自動控制器，采用先進的控制技術，其運算速度和穩定性在同類產品中處于領先水平，而且針對不同的行業、不同的工藝、不同的設備GE Fanuc提供一整套、多個系列的控制器，用戶可以根據自己的需要，有針對性地選擇適合自己的控制器，在實現最佳控制性能的前提下，為用戶節約成本。
1．VersaMax小型控制器：簡單易用、可靠性高、價格經濟的特點使其在許多小型控制設備上得到了廣泛的應用。它配置靈活，既可以作為遠程分布式I/O使用，也可以作為獨立的PLC使用，還可以作為分布式控制站使用。
VersaMax I/O（圖3）采用模塊化設計，每個站可支持8個I/O模塊，不帶擴展最多256個點，模塊支持帶電插拔，自動地址分配，設定總線地址通過旋轉地址開關，無須特殊工具組態。VersaMax為用戶提供廣泛的開關量（16種開入、12種開出、12種開入/開出混合模塊）、模擬量（9種模入、6種模出、3種模入/模出）、RTD、熱電偶、高速計數器輸入、脈寬調制輸出等模塊，最高支持12&16位分辨率，接線方式可選，安裝快捷方便。
VersaMax PLC（圖4）帶有強大的處理器(0.8ms每1K布爾指令、帶有以太網接口的Ethernet CPU并支持以太網廣播通訊Ethernet Global Data)、多種網絡接口單元（DeviceNet、Profibus-DP、Genius Bus、Ethernet）、分布式I/O支持擴展（本地和遠程I/O最多可達4096個）。
濟鋼聯合循環發電項目中的16.5萬m3高爐煤氣柜系統主要完成對氣柜進出口閘閥、眼鏡閥、蝶閥等閥門的開關停操作、供油泵的啟?？刂埔约皩裎弧⒂蜏?、水封池液位等的監視。該系統中主要是開關量信號，涉及點數較少，且只實現簡單的開關控制，沒有模擬量調節回路，屬于典型的小型PLC控制系統，采用VersaMax小型控制器完全能夠勝任該系統的控制要求，既經濟，又安全、穩定。
2．系列90-30 PLC中型控制器：功能強大的CPU、廣泛的I/O模塊、多現場總線支持、更強的分布性、雙機熱備功能，構成了GE Fanuc 系列90-30 PLC控制器。在既考慮降低成本，又要求強大功能的工程項目中，系列90-30 PLC作為中型自動化控制器無疑最能體現其優越性。
系列90-30 PLC（圖5）采用高檔CPU并配有浮點運算功能，內存足夠大，開關量的映象區與模擬量的映象區分開、互不影響，獨立、專用的布爾處理器, 能快速處理邏輯運算，多種編程語言可選，內置PID，SER指令，并支持C語言子程序。超過100種I/O模塊類型供選擇，開關量、模擬量、熱電偶模塊、RTD模塊、張力計模塊、運動控制模塊、電力行業特殊模塊等，并支持SNP專用串行協議、RTU Modbus主和從協議、Genius Bus等多種總線協議和以太網TCP/IP、對等通訊等多種通訊方式，Max-On雙機熱備軟件保證了兩臺PLC之間的熱備切換，在一臺PLC故障時可以自動切換到另一臺運行，從而保證生產運行的不間斷（圖6）。
濟鋼聯合循環發電項目中的高爐煤氣凈化、焦爐煤氣凈化兩大系統主要是對兩種煤氣進行除塵、去焦、脫水等凈化處理。在該系統中，每臺機組都有大批的高壓電氣開關、電動閥門、旋轉電機等設備，并且需要實時控制凈化水池的液位，滿足水清洗的需要，同時煤氣含氧量的控制、萘清除的效果都需要進行控制。整個系統所包括的設備相對較多，且高爐煤氣凈化中的電除塵設備屬高電壓設備，對煤氣中的含氧量有嚴格的要求，如果氧含量控制不好而超標，就極有可能會引發爆炸，造成安全事故，同時，這兩大系統中的煤氣均屬于強污染的有毒、有害氣體，煤氣系統的安全穩定必須要得到保證。S90-30強大的功能及其雙機熱備切換的特性，使其在對危險設備的控制方面表現出不同尋常的可靠性和穩定性。
除此之外，系列90-30 PLC還可以與特殊模塊―順序事件記錄模塊(SER300和CDC300)構成ms級的SOE（順序事件記錄）系統（圖7），用來記錄生產過程中事件發生的先后次序，以幫助分析機組跳車時的原因。每個SER300可對256個DI進行事件記錄，1ms的分辨率，每個CDC300可記錄多達1000個帶時標事件，兩者之間通過Fast Massage和Smart Message進行數據交換。TIM100上則有GPS同步信號接口，每秒鐘發一次同步信息，使網絡上SER300時鐘同步，精度可達100微秒。濟鋼聯合循環發電項目的組成系統復雜，導致跳機的因素眾多，要在最短的時間內查明故障原因，一套高速有效的SOE系統必不可少。S90-30和SER300模塊的組合實現了此功能，為故障的分析和排查提供了真實、可靠的依據。
3．S90-70系列大型控制器：高性能的處理器、先進的操作系統、極高的控制精度、開放的總線結構、兩次數據同步的冗余機制，加上強大的分布式控制結構，使S90-70控制器（圖8）成為名副其實的大型實時控制系統。它支持用戶內存最多達6M字節，動態分配模擬量和寄存器數量，提供Flash Memory存儲用戶邏輯程序和系統程序，并且支持硬件中斷和開放的總線結構(VME總線)。內部操作系統升級方便，并提供四級密碼和OEM口令來限制訪問CPU的權限。雙機熱備冗余（圖
