提高發電廠BOP魯棒性的策略研究

李 浩，王曉東，張佩響

（徐州華潤電力有限公司技術支持部，江蘇徐州221000）

1 引言

電廠BOP（Balance Of Plant）即電廠輔助車間控制系統，它是利用先進的計算機技術、通信技術和網絡技術，將相互獨立的各個外圍輔助系統集成控制，實現外圍控制系統少人值班或無人值班，提高外圍設備控制水平，從而大幅度地提高勞動生產率，并達到減員增效的目的。輔網的魯棒性對于電廠輔助車間的安全、連續生產來說，具有至關重要的作用。

2 輔網構成

圖1 輔網系統結構圖

銅山華潤電力有限公司裝機為2 臺1000MW的超臨界燃煤發電機組，于2010年建成投產。其BOP 輔網設有水網、煤網、灰網等子網絡，子網間用千兆網絡連接，整個輔網設置有一個集中控制室，實現對水網、煤網、灰網的集中監控。就地還設有單獨的水網控制室和輸煤控制室，在輔網出現故障的情況下，不影響水網、煤網和灰網的正常運行。目前煤網、水網控制室還是有人值守，輔網主要對爐后輔控系統（氣力除灰系統、渣水系統、高壓電除塵系統等）進行監控操作，對煤網、水網只監不控。輔網系統結構圖如圖1所示。

輔網集控室內設置安裝了施耐德Vijeo Citect無限點服務器端監控軟件的容錯服務器1 臺，也安裝了施耐德Vijeo Citect 無限點客戶端監控軟件的操作站6 臺。水網控制室設置了4 臺操作站，其中1 臺操作站設為服務器。煤網控制室設置了2臺操作站，其中1 臺設為服務器。

整個輔網體系結構可分3 層，即監控層、控制層和現場層。監控層由核心交換機（德國赫斯曼工業級產品）、服務器（日本NEC 容錯服務器）和操作站（Diggcom 工控機）組成，通訊網絡為工業以太網。控制層由Unity Quantum 140CPU67160 熱備PLC 系統構成，通訊網絡為RIO。組態軟件選擇Vijeo Citect 7.0 版本，編程軟件選擇Unity Pro 5［1］。現場層為被控設備。輔網系統網絡拓撲圖如圖2所示。

3 現有策略

為了提高系統的魯棒性，輔網采取了以下對策：

3.1 不間斷供電

電源采用雙路供電＋交流自動切換裝置。因為計算機電源的Hold Up Time 時間一般為20ms 左右，而交流電源的極限切換時間為20ms，故為了保證當交流電源切換時不導致計算機重啟，系統在交流自動切換裝置的下口還增加了UPS 設備。

3.2 雙機熱備

控制層由Unity Quantum 140CPU67160 熱備PLC 系統構成，此系統雙機熱備，在工作CPU 出現故障的情況下可無擾切換至熱備CPU［1］。

3.3 冗余的數據鏈路

圖2 輔網系統網絡拓撲圖

冗余的數據鏈路主要包括兩個方面：在控制層，RIO 遠程分站采用雙纜冗余；在監控層，以太網也采用A／B 網的雙網冗余模式。這里有必要指出的是，在采用雙機熱備的PLC 系統中，要想構成真正的雙以太網，必須配置4 塊PLC 以太網模塊，否則不算是真正的雙網［1］。

3.4 采取隔離措施

對于開關量，盡量采用繼電器輸入／輸出模塊，否則要外加繼電器隔離。對于模擬量，要加裝信號隔離器。

3.5 構建通暢的網絡

本網絡拓撲為樹形結構。眾所周知，如果每個操作站和每個PLC 子站都直接交換數據，必然會引起非常大的廣播風暴，導致網絡擁塞，使系統魯棒性下降。為了解決這一問題，本網采取了以下策略：

3.5.1 設置就地操作站

每個PLC 子站有且僅有一臺操作站，此操作站設為服務器，其僅僅與這個子站交換數據，不會增加網絡通訊數據量。設置就地操作站的目的，一是如果輔網出現通訊問題，此站可作為后備操作站；二是如果現場設備出現問題，工程師可以很方便地在現場操作站上查找故障并修改邏輯。

3.5.2 采用C／S 架構

消除“廣播風暴”的方案有劃分虛擬局域網、采用具有過濾功能的多層交換機和采用C／S 架構［2］。本網采用C／S 架構以盡量減少全局數據交換。

Citect 軟件在組網時提供C／S 架構。在水網和輔網各設置一臺容錯服務器，其中，水網服務器和水網各PLC 子站通信，水網操作站作為客戶端訪問水網服務器；而輔網服務器則可以和所有PLC子站通信，輔控操作站客戶端訪問輔網服務器以交換數據。

服務器和操作站安裝同樣的Citect 軟件。當服務器地址設置為本機地址時，則此臺操作站成為服務器，否則為客戶端。

通過以上策略，大大減少了網絡數據流量，避免了網絡擁塞，保證了監控系統的實時性和魯棒性。

采用C／S 架構的好處顯而易見，但是，新的問題隨之而來。我們知道，整個輔網操作站眾多，而采用C／S 架構的操作站，不管是服務器還是客戶端，都包含同樣的工程文件，如果修改一個工程，就要在各個操作站上修改，這樣很難保證各操作站數據的一致性，網絡的魯棒性受到極大影響。

4 優化策略

隨著Internet 的廣泛應用，許多企業開始采用Internet 技術來構建自己的企業內部網，即Intranet。而Broswer／Server 這種成熟的體系結構也越來越多地應用在工控網上。

4.1 B／S 架構

Broswer／Server（B／S）是由Client／Server（C／S）架構發展而來的一種三層分布式體系結構，其結構如圖3所示。其工作原理為：瀏覽器向Web 服務器發出請求→Web 服務器處理→到數據庫服務器上查詢→查詢結果送回Web 服務器→處理為瀏覽器通用的數據格式發回瀏覽器。

圖3 三層B／S 架構

在B／S 架構中，數據庫系統以及其它一些組件都集中在數據庫服務器上，客戶端把事務處理邏輯部分分給了Web 服務器，它只負責顯示部分，其上僅需配置瀏覽器即可實現對服務器端的數據訪問，即所謂的“瘦客戶／胖服務器”結構。與傳統的C／S 結構相比，它存在以下優點：

（1）開發、維護方便：在B／S 架構下，所有開發、維護工作都集中在服務器端，大大減少了工作量，使開發、維護人員不再奔走于各客戶機之間，而把主要精力放在服務器的開發、維護上。

（2）安全性好：由于客戶端是通過Web 服務器對數據庫進行操作，而不直接與數據庫連接，避免了客戶端對數據庫進行破壞。

（3）易擴展：B／S 的三層架構，層與層之間相互獨立，任何一層的改變不影響其它層的功能，從根本上改變了傳統C／S 體系結構不易擴展的缺陷。

（4）可靠性高：由于客戶端只安裝瀏覽器，對硬件設備要求不高，同樣的配置，可以獲得很高的可靠性。

因此，開發基于B／S 架構模式下的工業監控系統，既可為企業節約大量費用，提高經濟效益，又可顯著提高輔網的魯棒性［3］。

4.2 Citect 支持

在Citect 5.2 以前的版本中，它的網絡功能是基于C／S 架構的。隨著Web 技術的廣泛應用，Cit公司適時地在其新版Citect 中加入了其IDC（Internet Display Client）技術。

IDC 是一種具有Web 功能的技術，它可方便地在Internet／Intranet 上訪問實時控制系統。客戶端可用任何的標準Web 瀏覽器從服務器上下載IDC 軟件，并安裝在本地計算機上。一個IDC 可連接到多個CIS 上。CIS 負責為IDC 發布Citect Server 的數據及頁面，在IDC 客戶端無需進行任何組態。Citect 會定期比較CIS 與IDC 上的工程文件，如果CIS 上組態有變動，IDC 會立即從CIS 上下載新的工程文件進行更新。這樣的方式大大減少了網絡傳送的信息量，保證了各操作站之間數據的一致性［3］。

5 結束語

系統經現場3年多的實際運行，可以看出，輔網運行平穩，提高了BOP 的自動化水平，減少了設備的故障率，大量減少了運行、維護人員，大幅提高了勞動生產率。但同時，采用C／S 架構的網絡魯棒性不高，為了提高系統的魯棒性、減輕維護人員的工作量，該網絡還可以進一步優化，并可以采用成熟的B／S 架構。

［1］Mike Heron，Unity.施耐德電氣新一代自動化平臺［J］.Control Engineering China，2006，（Z1）：10－11.

［2］謝希仁.計算機網絡［M］.大連：大連理工大學出版社，第3 版.105－108.

［3］鄭小虎，蔡翔云，姜 麟.采用Citect 實現基于B／S 結構的工業監控系統［J］.昆明理工大學學報，26（1）：64－66.