公用系統網絡通信堵塞問題分析與解決

景磊，楊永尚

(華電內蒙古能源有限公司 包頭發電分公司，內蒙古 包頭 014013)

0 引言

分散控制系統DCS(DIstributed Control System)網絡是火力發電廠熱工控制的重要組成部分，它就像人的神經中樞，通過它把其他各部分有機地連接在一起，構成一個穩定的系統，實現其重要的功能。如果網絡存在問題，整個系統將面臨癱瘓，而DCS網絡中的公用系統網絡又存在一定的特殊性，因為公用系統很少有停機檢修的機會，長時間運行會產生一定的隱患，給機組安全運行帶來不穩定因素。因此，有必要對公用系統網絡進行研究，降低其可能存在的堵塞隱患，提高公用系統的穩定性。

1 公用系統網絡現狀

華電內蒙古能源有限公司包頭發電分公司(以下簡稱華電包頭公司)DCS采用Foxboro I/A Series控制系統，全廠DCS共分為#1，#2機組和公用系統3個網段，每個網段之間通過LAN卡相連接，由LAN卡負責單元機組和公用系統之間的通訊，從而實現單元機組操作員站對公用系統的監控與操作，#1，#2機組和公用系統網絡配置如圖1所示。

通過對網絡結構的設備分析，目前，網絡上的設備情況如下:

(1)#1，#2機組及公用系統節點系統的數據傳輸速率為10 Mbit/s。

(2)3個網絡段上的網絡接口卡的數據傳輸速率為5 Mbit/s。

(3)公用系統節點上無操作員站，只有1臺公用系統的工程師站AW0001。

圖1 #1，#2機組及公用系統網絡配置圖

(4)在#1機組節點上連接有2臺工程師站(AW1001，AW1002)和 5臺操作員站(WP1001，WP1002，WP1003，WP1004，WP1005)。在#2 機組節點上連接有2臺工程師站(AW2001，AW2002)和5 臺操作員站(WP2001，WP2002，WP2003，WP2004，WP2005)。

(5)在#1機組節點上連接有20對控制器(CP1001～CP1020)，在#2機組節點上連接有20對控制器(CP2001～CP2020)，在公用系統節點上連接有2對控制器(CP0001，CP0002)，以上控制器的傳輸速率為10 Mbit/s。

(6)通過對網絡的負荷進行在線測試，得出以下試驗數據，見表1。由表1可以看出，公用系統LAN003的負荷最高，平均發包個數在2500以上。

表1 網絡負荷率測試結果

2 公用系統網絡負荷高原因分析

2.1 控制器周期相位不平衡

DCS控制器的周期若與相位不匹配，會使該控制器在某個相位下處理的模塊數量很多，模塊數量多會直接導致在本相位下處理的數據量多，這會給控制器的安全運行帶來巨大的隱患，還會給網絡上的通信數據量帶來尖峰值，從而影響網絡的負荷。

2.2 組態邏輯只增加不減少

在DCS長期運行的情況下，電廠維護人員不斷更替，控制器的組態也隨之不斷變化。此時出現的現象是組態只加不減，有一部分組態實際上已無效，而控制器在讀取數據時仍將所有數據點都讀取，因而造成控制器的負荷過高，致使網絡數據量增多，最終導致網絡堵塞。

2.3 火電廠廠級監控信息系統

現代火力發電企業均建有廠級監控信息系統SIS(Supervisory Information System)，集過程實時監測、優化控制及生產過程管理為一體，是處于火電廠DCS及相關輔助程控系統與全廠管理信息系統(MIS)之間的1套實時廠級監控信息系統。SIS以機組的性能計算、廠級經濟性分析、廠級負荷分配以及機組的經濟運行為主要目的。SIS的實時性體現在實時分析機組的運行參數，通過系統強大的數據挖掘、數據處理與優化功能，對機組乃至全廠的運行狀況進行準確的分析、診斷與優化。然而其基礎是DCS數據采集系統，由于不停地從DCS中讀取生產實時數據，在網絡中接近動態數據服務器，大量的數據會使DCS網絡堵塞變得頻繁。

2.4 #1，#2機組同時調用公用系統實時數據

由于華電包頭公司沒有專用公用系統操作員站，只能通過#1，#2機組操作員站由網絡接口卡LAN003調用公用系統實時數據。若多臺操作員站同時調用公用系統畫面，勢必會導致公用系統網絡通訊堵塞且每臺機組的操作員站都開5個以上的畫面窗口進行操作，每個系統畫面流程圖都有很多公共報警點，大大增加了公用系統網絡負荷，也會導致通信堵塞的發生。

3 對策及實施

3.1 調整控制器周期相位

調整控制器周期相位的目的是使控制器在各個處理周期內處理數據均衡，為解決控制器周期相位不平衡的問題，應采取以下措施:首先，檢查所有控制器的周期與相位并做好記錄;其次，對所有分配不均衡的控制器進行周期與相位的調整，使之達到均衡。調整前、后對比如圖2所示。調整后，控制器每個周期的處理能力相對平均地維持在50%左右，其中2相位最明顯，由80%降低為52%，4相位由30%升高到49%。

圖2 控制器周期相位調整前、后對比圖

3.2 刪除多余組態邏輯

為解決組態只增不減的問題:首先，制訂相關制度，嚴格控制組態的增加;其次，逐個檢查控制器的邏輯，將基建遺留的試驗組態刪除，以降低控制器的負荷率。實施前、后對比情況見表2。

表2 控制器負荷率對比 %

3.3 修改SIS讀取DCS數據采樣周期

為解決SIS讀取DCS數據通信量大的問題，修改數據傳輸程序中的采樣周期，在不影響SIS取數據要求的前提下，將原周期1 s改為2 s。

3.4 減少 #1，#2機組同時調用公用系統數據

為解決#1，#2機組同時調用公用系統數據問題，將#1，#2機組操作員站操作畫面由原來的5幅改為3幅，從而減少對公用系統數據的調用量。

4 實施后效果

為了檢查以上措施實施后的效果，在連續10 d中的固定時間段(09:00，14:00，20:00)在線測試網絡負荷，測試結果的平均值見表3。實施后公用系統網絡通信負荷如圖3所示(負荷單位為包)。

表3 實施措施后平均網絡負荷率

圖3 措施實施前、后網絡負荷對比圖

5 結論

通過對公用系統網絡負荷的分析，提出了對策并實施，通信負荷由2547包以上降為1943包，提高了公用系統的數據處理占用時間，增加了公用系統的可靠性，提高了系統的運行能力，從而保證了機組的安全運行。

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