輔助車間集中控制網(wǎng)在發(fā)電廠中的應(yīng)用

耿曉峰，劉衛(wèi)國

（國華浙能發(fā)電有限公司，浙江 寧海 315612）

輔助車間集中控制網(wǎng)在發(fā)電廠中的應(yīng)用

耿曉峰，劉衛(wèi)國

（國華浙能發(fā)電有限公司，浙江 寧海 315612）

介紹了輔助車間集中控制網(wǎng)在寧海發(fā)電廠輔助車間的應(yīng)用，該網(wǎng)絡(luò)通過采用AB公司的Control Logix 1756系列產(chǎn)品構(gòu)成下層控制網(wǎng)絡(luò)，再利用工業(yè)以態(tài)網(wǎng)來完成中央控制站和現(xiàn)場控制站之間的數(shù)據(jù)傳遞和輔助車間所有子系統(tǒng)的集中控制。詳細(xì)介紹了編程、監(jiān)控以及數(shù)據(jù)庫軟件的組成和整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的硬件配置，同時(shí)針對調(diào)試過程中出現(xiàn)的問題提出了解決方法。

BOP；PLC；工業(yè)以太網(wǎng)；冗余

輔助車間集中控制網(wǎng)（簡稱輔控網(wǎng)，BOP）是利用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)、通信和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，將相互獨(dú)立的各個(gè)輔助外圍系統(tǒng)集中控制，實(shí)現(xiàn)外圍控制系統(tǒng)少人值班或無人值班，提高外圍設(shè)備控制水平，減少設(shè)備故障率，達(dá)到減員增效的目的。

目前在國內(nèi)已經(jīng)投入運(yùn)行的大中型火力發(fā)電廠機(jī)組中，主機(jī)采用DCS控制系統(tǒng)，外圍設(shè)備根據(jù)輔控設(shè)備的功能，按水、灰、煤3個(gè)系統(tǒng)設(shè)立獨(dú)立的集中監(jiān)控點(diǎn)。但隨著發(fā)電廠對減員增效的要求和運(yùn)行人員整體素質(zhì)的提高，特別是網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展，把水、灰、煤三個(gè)輔控點(diǎn)再進(jìn)行集中，構(gòu)成集中輔控網(wǎng)的時(shí)機(jī)已經(jīng)成熟。寧海發(fā)電廠外圍控制系統(tǒng)就是采用這種新型的綜合控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對外圍設(shè)備的集中控制。

1 輔控網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成

1.1 輔控網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)目的

輔控設(shè)備可編程控制器（PLC）用于就地控制，聯(lián)網(wǎng)后則可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。聯(lián)網(wǎng)距離可達(dá)幾千米或更遠(yuǎn)，不但大大提高了PLC的控制范圍，而且通過聯(lián)網(wǎng)后PLC間的數(shù)據(jù)交換，協(xié)調(diào)設(shè)備間的工作進(jìn)行綜合控制，把對設(shè)備級的控制提高到對生產(chǎn)線的控制，并通過數(shù)據(jù)庫服務(wù)器實(shí)現(xiàn)全廠輔助系統(tǒng)的數(shù)據(jù)集中管理，通過廠級監(jiān)控信息系統(tǒng)（SIS）實(shí)現(xiàn)在廠級信息管理系統(tǒng)（MIS）上對全廠輔助數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)視。

1.2 BOP輔控網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)成

（1）工業(yè)以太網(wǎng)：BOP系統(tǒng)采用工業(yè)以太網(wǎng)，完成中央控制站和現(xiàn)場控制站之間的數(shù)據(jù)傳遞。利用工業(yè)以太網(wǎng)，可以充分利用系統(tǒng)資源，數(shù)據(jù)的傳送可以暢通無阻，因采用了標(biāo)準(zhǔn)的TCP/IP協(xié)議，所以可以方便地進(jìn)行連接和擴(kuò)充。AB公司的Control Logix系統(tǒng)通過Enet模塊，來實(shí)現(xiàn)在以態(tài)網(wǎng)中的數(shù)據(jù)傳遞。

（2）PLC控制網(wǎng)絡(luò)：是一種高速確定性的網(wǎng)絡(luò)，用于對時(shí)間有苛刻要求的應(yīng)用場合的信息傳輸，為對等通信提高了實(shí)時(shí)的控制和報(bào)文傳送服務(wù)。具備一個(gè)獨(dú)有的預(yù)定連接，允許用戶以預(yù)定速率重復(fù)的發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，這就是請求信息包間隔，通過設(shè)定可以重復(fù)的以指定的間隔時(shí)間從I/ O模塊上接收數(shù)據(jù)。

2 BOP網(wǎng)的設(shè)備配置

2.1 網(wǎng)絡(luò)配置

BOP網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)采用冗余配置，物理拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為冗余星型以太網(wǎng)，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中某一段光纜線路出現(xiàn)故障時(shí)，網(wǎng)絡(luò)能夠自動重新配置并繼續(xù)通信，其重構(gòu)時(shí)間小于500 ms，同時(shí)在此過程中不會造成數(shù)據(jù)丟失或變化。網(wǎng)絡(luò)保證各站點(diǎn)的信息正確傳遞，并滿足實(shí)時(shí)控制的需要。另外，設(shè)立了車間級的操作員站，在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)不能正常工作時(shí)，PLC能獨(dú)立工作以保證各系統(tǒng)車間和設(shè)備的安全。

2.2 服務(wù)器配置

整個(gè)系統(tǒng)配備3臺系統(tǒng)服務(wù)器，負(fù)責(zé)從PLC讀取數(shù)據(jù)，操作員站可以自動檢測它們的狀態(tài)，自動與在線的服務(wù)器連接，2臺互為冗余服務(wù)器與PLC通信，降低了網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷；另一臺作為歷史數(shù)據(jù)庫并作為網(wǎng)關(guān)計(jì)算機(jī)負(fù)責(zé)與SIS系統(tǒng)接口，通過IDAS來讀取PLC數(shù)據(jù)。各個(gè)聯(lián)網(wǎng)設(shè)備為節(jié)點(diǎn)，通過超5類屏蔽雙絞線（STP）和多模光纖，構(gòu)成2個(gè)完全相同的鏡像星型網(wǎng)絡(luò)，將所有外圍設(shè)備全部集中于同一網(wǎng)絡(luò)之中。

2.3 通信配置

PLC控制系統(tǒng)采用雙機(jī)熱備模式，底層網(wǎng)絡(luò)通過Controlnet網(wǎng)通信模塊的冗余功能實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信熱備，下位機(jī)之間數(shù)據(jù)通信交換速度最快為5 Mbps，上位機(jī)與主站之間采用以太網(wǎng)通信模塊雙備用連接，通信速度能達(dá)到100 Mbps。熱備冗余模塊之間采用光纖通信，且每個(gè)機(jī)柜內(nèi)不同類型的I/O模塊都留有備用點(diǎn)。

配置2臺工業(yè)級進(jìn)口光纖主交換機(jī)，在各輔助車間配置冗余的工業(yè)級分支交換機(jī)。所有交換機(jī)的接口有20%裕量。主交換機(jī)選用赫斯曼的MS3124-4型光纖交換機(jī)，交換機(jī)端口有16個(gè)RJ45口，12個(gè)ST光纖口，與外圍端口的聯(lián)接全部用冗余超五類線和多模光纖聯(lián)接。

2.4 操作員站配置

BOP網(wǎng)設(shè)有6臺CRT操作員站（其中1臺作為工程師站）和2塊背投式大屏幕顯示器，每個(gè)操作站配有冗余的10 M/100 M以太網(wǎng)卡，都是冗余通信總線上的一個(gè)站。BOP網(wǎng)操作員站和各系統(tǒng)監(jiān)控站采取互鎖措施，確保只能接受一處操作員站發(fā)出的操作指令。操作員站運(yùn)行監(jiān)視具有數(shù)據(jù)采集、液晶顯示器畫面顯示、參數(shù)處理、越限報(bào)警、制表打印以及各系統(tǒng)PLC參數(shù)設(shè)置、設(shè)備監(jiān)控、控制邏輯的修改、系統(tǒng)的調(diào)試等功能。對控制系統(tǒng)的組態(tài)不影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

2.5 電源配置

電源系統(tǒng)采用兩路交流220 V的電源至輔助車間電源柜，兩路電源能自動切換。切換后的電源送給2臺主交換機(jī)，UPS和打印機(jī)、2-6號操作員站，大屏幕電源。UPS回路包括整流器，48 V電池組和并聯(lián)逆變電源系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了3路冗余：市電、電池組、整流器輸出。

3 軟件構(gòu)成

3.1 PLC編程軟件

下位編程軟件選用Rockwell公司的RSLogix5000下位軟件，通信軟件RSNetworx用作控制網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃，它能自動計(jì)算出用于整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的帶寬以及每個(gè)網(wǎng)絡(luò)組件所使用的帶寬。RSLinx用作PLC與計(jì)算機(jī)通信關(guān)聯(lián)，其作用是在初始階段對PLC進(jìn)行配置，系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)與PLC進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。所有輔機(jī)PLC都能離線或在線進(jìn)行組態(tài)。

3.2 上位軟件

選用Wonderware公司的Factory Suite軟件。其中，2臺服務(wù)器上裝有微軟Windows專門給AB系列PLC產(chǎn)品設(shè)計(jì)的軟件，軟件Remote SQL Data Acquistion Server用來數(shù)據(jù)采集，以主動的方式傳送到SQL服務(wù)器中；軟件SQL Serve與Touch結(jié)合，供Touch來讀取/傳送下位機(jī)數(shù)據(jù)，只需要把配置工具指向現(xiàn)有的Touch配置文件，就可以在幾分鐘之內(nèi)完成系統(tǒng)的配置。Dustrial-SQL Server與Touch的結(jié)合能夠保證數(shù)據(jù)庫的完整性，并且標(biāo)記也只需要定義1次。操作員站上的Active Factory軟件提供隨時(shí)間的數(shù)據(jù)趨勢分析，供察看歷史數(shù)據(jù)和配置事件，以便對系統(tǒng)進(jìn)行診斷和分析。

3.3 數(shù)據(jù)庫軟件

歷史數(shù)據(jù)庫服務(wù)器所用數(shù)據(jù)庫軟件為SQL Server。它的安裝、配置、使用均不需要運(yùn)用SQL的知識，基本可以免維護(hù)，并且處理速度完全能滿足工業(yè)要求，對存儲空間要求不高。當(dāng)數(shù)據(jù)源出現(xiàn)問題時(shí)，會自動找到備用數(shù)據(jù)源，并把所有測點(diǎn)切換到備用節(jié)點(diǎn)上去。

4 BOP網(wǎng)存在的問題與解決方法

（1）輔助車間控制系統(tǒng)I/O點(diǎn)數(shù)量龐大，達(dá)到10 000點(diǎn)以上，且物理位置分布在發(fā)電廠的各個(gè)地方，相互之間距離遠(yuǎn)，分散度大。針對這一特點(diǎn)，每套PLC采用了AB公司的L55系列CPU，雙機(jī)熱備以保證1臺CPU故障不會導(dǎo)致對應(yīng)系統(tǒng)工作異常；同時(shí)連接各站之間全部使用光纖通信，解決信號衰減問題，運(yùn)行至今，未發(fā)生I/O點(diǎn)數(shù)過多或信號衰減導(dǎo)致系統(tǒng)工作異常的情況。

（2）輔助控制系統(tǒng)類型各異，接口數(shù)量眾多。為此在PLC選型時(shí)，對各控制子系統(tǒng)統(tǒng)一要求選用AB公司系列產(chǎn)品，各系統(tǒng)之間連接為以太網(wǎng)接口，保證了在相同接口、協(xié)議之間，可靠準(zhǔn)確地進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送、交換。

（3）操作員站的人機(jī)界面各異，由于各個(gè)輔助車間控制系統(tǒng)為不同的廠商供貨，因此其操作員站的人機(jī)界面很有可能不一致，分別有FIX界面、Touch界面、組態(tài)王界面或?qū)Ｓ媒缑娴?。為了統(tǒng)一人機(jī)界面的風(fēng)格及操作方式，統(tǒng)一選用Wonderware公司的上位軟件包Touch，在將各系統(tǒng)畫面連入BOP網(wǎng)絡(luò)中。

（4）輔助系統(tǒng)物理位置分散、距離遠(yuǎn)和信號易受干擾。為了解決這一問題，采用多模光纜組成監(jiān)控系統(tǒng)的主干通信網(wǎng)。屏蔽雙絞線作為操作員站和交換機(jī)的通信電纜，其它通信電纜采用專用電纜，以確保通信信號的可靠性，減少誤碼率。

（5）輔控網(wǎng)系統(tǒng)調(diào)試、運(yùn)行過程中，曾出現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)刷新慢的問題，經(jīng)查找發(fā)現(xiàn)FS Gateway的Server端與Client端的通信方式為DCOM，數(shù)據(jù)刷新慢的原因是DCOM的通信速率低，為此將FS Gateway的Server端與Client端，都移至SIS接口機(jī)上；同時(shí)為了合理安排系統(tǒng)資源，將幾個(gè)較大的系統(tǒng)如鍋爐補(bǔ)給水及水務(wù)管理系統(tǒng)、輸煤程控的PLC參數(shù)作了適當(dāng)?shù)膬?yōu)化調(diào)整。調(diào)整后網(wǎng)絡(luò)速度明顯提高，各系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性得到保證。

（6）BOP的安全性和可靠性將直接影響整個(gè)機(jī)組的運(yùn)行可靠性，為此BOP網(wǎng)給予了充分考慮，整套系統(tǒng)都采用冗余的設(shè)備，如果出現(xiàn)故障可以進(jìn)行自動切換，一旦1臺出現(xiàn)故障，Touch客戶端不需要任何其他軟件的幫助即可自動切換到備用服務(wù)器繼續(xù)通信。同時(shí)需要存儲的信息以主動的方式發(fā)送到SQL服務(wù)器中，整個(gè)過程SQL服務(wù)器不需要做任何的操作，確保了BOP網(wǎng)的安全性和可靠性。

（7）BOP系統(tǒng)能否實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)目標(biāo)，除了自身的技術(shù)以外，很大程度上還取決于輔助系統(tǒng)本身的自動投入情況。由于控制中心遠(yuǎn)離現(xiàn)場，所以自動控制流程所涉及的一次設(shè)備均應(yīng)可控和可靠。在設(shè)備選型與運(yùn)行維護(hù)中，應(yīng)保證執(zhí)行機(jī)構(gòu)質(zhì)量、限位開關(guān)動作靈活可靠、變送器準(zhǔn)確無誤。

5 結(jié)語

寧海發(fā)電廠一期4×600 MW工程采用PLC＋工業(yè)以太網(wǎng)＋HMI組態(tài)軟件實(shí)現(xiàn)輔助系統(tǒng)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)和集中監(jiān)控，提高了輔助車間運(yùn)行管理水平；整個(gè)輔控網(wǎng)系統(tǒng)的硬件和軟件的統(tǒng)一，降低了庫存?zhèn)淦穫浼叭粘９芾砭S護(hù)費(fèi)用；由于減少了運(yùn)行和維護(hù)人員、節(jié)約了運(yùn)行管理費(fèi)用，從而為提高發(fā)電廠運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)性創(chuàng)造了條件。

[1]王兆鵬．全廠輔助車間集中控制網(wǎng)在火電廠設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J]．可編程控制器與工廠自動化（PLCFA），2006（3）∶77-79．

（本文編輯：楊 勇）

Application of Centralized Control Network in Auxiliary Workshop in Power Plant

GENG Xiao-feng，LIU Wei-guo

（Guohua Zheneng Power Generation Co．，Ltd，Ninghai Zhejiang 315612，China）

This paper introduces the application of BOP network to centralized control network of auxiliary workshop in Ninghai Power Plant．The bottom layer of the control network consists of Control Logix 1756 PLC by AB Company．And industrial Ethernetis used to achieve the data transmission between central control station and on-site control station and the centralized control of all the subsystems in auxiliary workshop．It also describes the compositions of control logix 1756 series programming software,monitoring software and database software in addition to the configuration of hardware in the whole network．And it elaborates the the solutions to the problems found during the commissioning process．

BOP；PLC；industrial Ethernet；redundancy

TM621．7∶TP273

B

1007-1881（2010）11-0052-03

2010-04-19

耿曉峰（1971-），男，吉林舒蘭人，長期從事發(fā)電廠熱控專業(yè)技術(shù)管理工作。