综合自动化系统在电解铝行业中的实际应用

综合自动化系统在电解铝行业中的实际应用

摘要：本文介绍了焦作万方铝业股份有限公司整流变电所综合自动化系统的结构特点，系统功能，运行状况。

关键词：综合自动化 应用 安全 可靠 稳定 经济 双网 分布式控制 监控 随着计算机技术和网络技术的飞速发展，综合自动化系统已经广泛应用于工业管理和工业控制中，近几年在铝冶炼行业，综合自动化系统有了很大的发展，国产综合自动化系统正逐步取代进口。我公司综合自动化系统吸取国内外综合自动化系统的经验教训，本着技术方案安全可靠，系统运行稳定，投资经济等方面的考虑，结合铝电解生产的特点，先后在280KA铝电解示范工程和280KA铝电解完善工程两个工程中，利用先进的保护和监控单元，组成了较完善的综合自动化系统。

一、整个综合自动化系统网络分层布置 整个系统分间隔层、管理层和主站层3层。

间隔层由全站所有微机智能装置通过通讯网络接入管理层，间隔层共分110KV单元、10KV总配、10KV电解分配、整流装置DCS系统、PLC稳流系统五大部分，其中整流装置DCS系统由整流柜PLC控制系统，调压整流变压器油风冷PLC控制系统，整流柜水冷却PLC控制系统组成。

管理层由2台相互独立、支持高速以太网的智能通讯处理器组成，一方面负责采集间隔层设备的数据，并将数据送往主站层2台独立的监控主机，另一方面又负责接受主站层监控主机的控制命令，并将此命令送至间隔层设备。模拟控制屏以通讯方式接入智能通讯处理器。另外提供2路互为热备用的远动接口，以方便与电力系统的通讯。

主站层由2台相互独立的计算机通过高速以太网组成，采用客户---服务器方式，任何1台计算机故障均不会影响另1台计算机的正常运行，当该站系统与厂内其他系统组成的系统时，也不会影响对该站系统的数据传输与访问。 二、 综合自动化系统采用双机双网结构。其网络结构图附后：

双机双网结构的采用大大提高了系统的可靠性。综合自动化系统在上位机设计方案上有两种：一是两台监控计算机互为热备用，当主机故障或其所采集的数

据异常时，将自动切换至另一计算机；二是两台上位机完全对等，无主从之分，不需双机切换，一台上位机退出运行，不影响另一台上位机的工作。根据系统可靠性的要求及运行习惯，我公司采用第二种方案，当主通讯线路出现问题后，只影响一台上位机的数据采集，而另一台上位机仍可采集到全部的数据。双网结构的采用，使得网络通讯的可靠性大大提高。 二、分布式控制

供电整流变电所的配置一般采用n+1方式，即n台机组可以带全部负荷，正常运行时n+1台机组均投入运行，一台机组故障或检修时，由n台机组带全部负荷。所以供电整流变电所必须保证至少n台机组能够正常运行，要求各机组的保护、监控互相独立，互不影响。基于供电整流变电所的这些特点，综合自动化系统采用美国Schweitzer Engineering Laboratories Inc. 公司的SEL系列微机保护装置和美国GE-Harris公司D25智能测控装置，SEL系列微机保护装置SEL551、SEL501、SEL587、SEL331L、SEL351可提供多种继电保护功能，SEL551、SEL501具有多个相、零序、负序过流元件，可整定三段以上保护，并具有SEL逻辑控制方程，可生成传统的或高级的保护方案；SEL587可作为动力变的差动保护、过流保护；SEL331L可作为线路的光纤纵差保护、距离保护及后备保护。D25智能测控装置具有强大的监控功能，具有32-96个状态量输入，8对数字量输出，8或16个直流模拟量输入， 15个交流模拟量输入，交流模拟量输入可直接接CT或PT。D25智能测控装置的强大功能使之完全满足对一个配电间隔内所有电气设备的监控需要，可提供对配电间隔内所有电气设备的状态监视、测量和控制功能，并可将所有监控信息通过通讯送至上位机并接收上位机的命令。SEL系列微机保护装置和D25智能测控装置采用单元结构、模块化设计，具有各种规格的远程数字接口，可就地分散安装和集中组屏，上位监控微机集中统一管理。每个机组、动力变和进线，分别配置一个D25智能测控装置和一至两个SEL微机保护装置，SEL系列微机保护装置和D25智能测控装置的工作不依赖于通讯，其中一台故障不影响其它单元的工作。这种配置与采用传统RTU和插件式保护单元的系统相比有很大的优越性，故障分散，互相之间独立性强，体现了先进的分散控制思想，很好地满足了铝电解生产对供电的要求。 三、 分散安装

以往的综合自动化系统大多采用在主控室集中组屏，这样就需要大量的二次电缆从电气设备引至主控室，随着元器件性能的不断提高，综合自动化系统控制保护设备已经具备了就地安装的条件，系统中采用的SEL保护单元使用环境温度可达到-40℃– +85℃，D25智能测控装置使用环境温度可达到-40℃–+ 70℃，因此我公司280KA完善工程控制保护屏放置于110KV屋内配电装置对应的间隔内。这样大量的二次电缆从电气设备直接进入本间隔内的控制保护屏内，电缆长度大大缩短，110KV屋内配电装置与主控室之间仅有少量的控制电缆及一部分通讯线，减少了施工、安装的工作量，大幅度降低了综合自动化系统的工程造价。 四、 将110KV配电装置、10KV总配、10KV分配、整流机组、辅机、稳流系统等均纳入监控

综合自动化系统不但将110KV配电装置、10KV总配、10KV分配纳入监控，具有反映站内断路器，隔离开关的状态，执行线路停送电等功能，而且在上位机上通过与整流机组PLC联网，通过PLC实现数据采集和对整流机组、变压器油风冷却器、整流装置水风冷却器、稳流系统进行控制和调节。在上位机上可直接控制整流变压器油泵、风机、水风冷却器水泵、风机的启、停，监视油泵、水泵、风机的运行状态，监视温度、电流、电压等各种运行参数。由于与PLC的联网，使得在上位机上进行稳流调节非常方便，稳流调节采用数字设定，具有很高的精确度和稳定性，保证了安全平稳供电，极大地满足了电解生产的要求。 五、 具有事件顺序记录、报警、故障录波、统计分析、报表、打印等功能 全系统配置一台GPS同步时钟，全网统一校时，具有精确到1ms的事件顺序记录，并可根据故障性质进行报警，有各种生产报表，如班报、日报、月报等，有各种运行曲线，如电流曲线、电压曲线、温度曲线等，具有强大的故障录波功能，对事故分析和处理提供了重要的参考。 六、 系统扩充方便

系统支持多种通讯规约，便于第三方装置的加入。软件开放，便于用户组态。用户可组态各种接线图，实时曲线，设备运行状态等画面。280KA直流智能测量仪，变电站直流系统，模拟屏均以通讯方式接入综合自动化系统。

我公司综合自动化系统除具有普通综合自动化系统的一般功能如：通过上位机执行停、送电操作，监视全站的电气设备状态，监测电流，电压，温度等各种

参数，数据统计，报表生成，打印图形和报表等。又针对铝行业的特点，采用了双网结构，分层分布式控制，保护监控装置就地安装，并与整流装置PLC系统联网，简便地实现稳流控制和辅机控制，在网络结构，系统可靠性和可用性，系统监控功能等诸方面，对以后电解铝行业综合自动化系统的应用和发展将具有重要的借鉴意义。但在以下几个方面需要将来的综合自动化系统继续完善和发展： 1、 由综自完成整流装置DCS控制系统，组成油风、水风、整流柜、辅机等的PLC控制的DCS系统。

2、 由综自完成整流装置的PLC稳流控制系统。

3、 改变原有的整流系统PLC组成的DH+单网结构，实现真正的综合自动化双机双网结构。

4、 综合自动化系统作深成的延伸，可将槽控机自动化控制系统纳入综自系统，作系统化的控制。 参考文献

1、《智能变配电系统》 浙江省建筑设计院 杨绍胤 2、《供配电系统监控》 全国智能建筑服务网

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