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吳永存（1965—）
男、碩士，高級工程師，畢業(yè)于浙江大學生產過程自動化專業(yè)，從事電廠熱工自動化系統(tǒng)的檢修運行維護及管理工作，現為浙江國華浙能發(fā)電有限公司工程部主任工程師。
1 概述
國華寧海電廠一期工程（4×600MW）燃煤機組輔助車間控制系統(tǒng)（BOP）覆蓋了水、煤、灰等共13個輔助車間子系統(tǒng)的監(jiān)控，下設水、煤、灰三個監(jiān)控點，集中監(jiān)控點設在四機一控室里，打破了傳統(tǒng)的全廠輔助車間運行管理模式，自2006年11月正式移交生產運行以來，控制系統(tǒng)運行情況良好，新的管理模式帶來了明顯安全經濟效益，提升了全廠運行管理水平。
2 輔控網集成方案
輔助車間控制系統(tǒng)簡稱輔控網，又稱BOP 即Balance Of Plant的縮寫，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(tǒng)集成控制，實現外圍控制系統(tǒng)少人值班或無人值班，提高外圍設備控制水平，從而大幅度地提高了勞動生產率，并達到減員增效的目的。
2000年燃煤示范電站及新版火電廠設計規(guī)范中規(guī)定，“相鄰的輔助生產車間或性質相近的輔助工藝系統(tǒng)宜合并控制系統(tǒng)及控制點，輔助車間控制點不宜超過三個(輸煤、除灰、化水) ，其余車間均按無人值班設計。”在此大的形勢影響下，已相繼有多個工程輔助車間按煤、灰、水三個輔助車間控制點設計，并在此方面積累了不少經驗。但隨著發(fā)電廠對減員增效的要求和運行人員整體素質的提高，特別是網絡技術的飛速發(fā)展，把“水”、“灰”、“煤”三個輔控點再進行集中，構成整個電廠的集中輔控網在國內尚屬首次。
2.1 網絡構成（如圖1所示）
圖1 網絡控制系統(tǒng)配置圖
2.1.1控制層
控制層為PLC控制網絡,控制網絡是一種高速確定性的網絡，用于對時間有苛刻要求的應用場合的信息傳輸，它為對等通訊提高了實時的控制和報文傳送服務。它具備一個獨有的預定連接，允許用戶以預定速率重復的發(fā)送和接收數據，這就是請求信息包間隔（RPI）,就是說通過設定可以重復的以指定的間隔時間從I/O模塊上接收數據(必須使用RSNetWorx去激活所有的預定連接)。
2.1.2網絡層
網絡層為工業(yè)以太網, 工業(yè)以太網是一種帶有沖突檢測的多點數據通訊方法(CSMA/CD)，使用國際標準的TCP/IP協(xié)議。寧海電廠4×600MW機組BOP系統(tǒng)采用冗余工業(yè)以太網來完成中央控制站和現場控制站之間的數據傳遞，在四機一控室布置有兩臺赫斯曼MICE3124中心交換機，網絡的物理拓撲結構為冗余星型以太網，當網絡中某一段光纜線路出現故障時，網絡能夠自動重新配置并繼續(xù)通訊，其重構時間小于500ms，同時在此過程中不會造成數據的丟失或數據的變化。與就地控制子系統(tǒng)分支交換機通過光纖連接，與本地工程師站、操作員站以及服務器通過雙絞線連接，利用工業(yè)以太網，可以充分的利用系統(tǒng)資源，數據的傳送可以暢通無阻，并可以方便地進行連接和擴充 。全廠輔助車間網絡控制系統(tǒng)配置如圖1所示。
2.1.3管理層為SIS系統(tǒng)
SIS(Supervisory Information System)系統(tǒng)通過光纖接入輔控以太網，通過OPC方式從輔控網取數據：OPC是通過FSGateway抓取InSQL實時數據，再由任意OPC客戶端軟件通過OPC抓取FSGatway的數據。這樣通過SIS系統(tǒng)實現了全廠輔助生產系統(tǒng)在IT的實時顯示。
2.2 硬件配置
在四機一控集控室里有三臺服務器、一臺工程師站、五臺操作員站以及大屏操作員站；三臺服務器中有二臺作為實時數據服務器，在這兩臺服務器中均安裝有IDAS軟件，它們作為下位機PLC與上位機工程師站、操作員站、大屏操作員站以及歷史數據服務器之間的數據通道，互相冗余備用；另一臺作為歷史數據服務器，安裝有InSQL工業(yè)數據庫系統(tǒng)，廠級監(jiān)控信息系統(tǒng)(SIS)通過該服務器讀取輔網所有系統(tǒng)的有用數據，它通過IDAS來讀取PLC數據,同時歷史數據服務器作為輔網的時鐘服務器，接收來自GPS時鐘源的時鐘信號，使輔網的所有計算機的時鐘均能同步。工程師站安裝有InTouch開發(fā)版、PLC編程軟件以及網管軟件，可以通過工程師站進行系統(tǒng)畫面編輯，PLC編程以及網絡的管理；在操作員站及大屏計算機中安裝有InTouch運行版，可以通過他們監(jiān)控全廠所有輔控子系統(tǒng)。
整個系統(tǒng)配置兩臺工業(yè)級進口光纖主交換機,設備布置在主控室邊上的工程師站小間，在各輔助車間配置冗余的工業(yè)級分支交換機。所有交換機的接口有20%裕量。分支交換機布置于各PLC系統(tǒng)的本地機柜內，并由各PLC系統(tǒng)負責供電。主交換機端口數量為: RJ45 口16個,ST光纖口12個,與外圍端口的聯接全部用冗余超五類線和多模光纖聯接，具體分配如下：PLC到分支交換機采用雙絞線；分支交換機到主交換機采用光纖；服務器，操作員站（工程師站）到主交換機采用雙絞線；BOP系統(tǒng)再通過交換機接入全廠MIS系統(tǒng)。
每個操作站都配有冗余的10M/100M EtherNet網卡，通過交換機分別與冗余的EtherNet通訊總線相連，因此每個CRT操作站都是冗余通訊總線上的一個站。BOP網操作員站和各系統(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。操作員站運行監(jiān)視具有數據采集、液晶顯示器畫面顯示、參數處理、越限報警、制表打印以及各系統(tǒng)PLC參數設置、設備監(jiān)控、控制邏輯的修改、系統(tǒng)的調試等功能。對控制系統(tǒng)的組態(tài)不影響系統(tǒng)的正常運行。
整個BOP系統(tǒng)均采用羅克韋爾自動化公司的ControlLogix 1756系列產品，PLC控制系統(tǒng)采用雙機熱備模式，底層網絡通過ControlNet 網通訊模塊的冗余功能實現網絡通信熱備，下位機之間數據通訊交換速度最快為5Mbps，上位機與主站之間采用以太網通訊模塊雙備用連接，通訊速度能達到100Mbps。熱備冗余模塊之間采用光纖通訊，且每個機柜內不同類型的I/O模塊都留有備用點，每個柜內的模塊槽架都有模塊的擴展接口。
2.3 軟件配置
軟件部分主要由監(jiān)控軟件、編程軟件以及實時關系型數據庫組成，它們分別實現全廠輔助車間網絡上位機的監(jiān)控、各車間PLC邏輯控制功能以及系統(tǒng)內部、外部的數據接口。監(jiān)控軟件和數據庫軟件采用InTouch9.0、Industrial SQL Server（25000 tag）。監(jiān)控軟件基于簡體中文版WINDOWS 2000 Professional sp3中文版環(huán)境下運行，使系統(tǒng)既有較好的運行實時性，又有良好的開放性。所有設備的代號和測點編號采用KKS編碼。編程軟件選用RS-LOGIX-5000，使所有輔機PLC控制系統(tǒng)可離線又可在線進行組態(tài)。另外，還選用Wonderware公司的FactorySuite A2工廠套件軟件，用于歷史數據處理和配置事件，以便對系統(tǒng)進行診斷和分析。
2.4 電源配置
配有2路交流220V±10％，50Hz±1Hz的電源至輔助車間電源柜，2路電源通過電路設計自動切換。切換后的電源送至兩臺主交換機、UPS和打印機、2#-6#操作員站、大屏幕。UPS回路包括整流器、48V電池組和并聯逆變電源系統(tǒng)，實際上實現了三路冗余：市電、電池組、整流器輸出。逆變系統(tǒng)是將48V直流電壓通過高頻功率變換產生高品質的交流電，再通過交流電供給負載。一旦逆變系統(tǒng)出現過載或故障時，通過靜態(tài)旁路可以不間斷的將負載切換到旁路去走市電，一旦恢復正常還可以不間斷的切換回逆變系統(tǒng)。
3 輔控網子系統(tǒng)
寧海電廠一期工程（4×600MW）輔助車間控制系統(tǒng)（BOP）覆蓋了水、煤、灰等共13個輔助車間子系統(tǒng)的監(jiān)控，各子系統(tǒng)I/O點合計11150點，輔控網各子系統(tǒng)I/O點統(tǒng)計見表1，各子系統(tǒng)與四機一控室的網絡布線距離合計7100點，見表2。輔控網子系統(tǒng)各子系統(tǒng)包括：鍋爐補給水及水務管理系統(tǒng)（包括凈化站、化學水處理、工業(yè)廢水、工業(yè)水、生活水、消防水等）、輸煤系統(tǒng)（燃料）、凝結水精處理系統(tǒng)（包括鍋爐取樣、加藥系統(tǒng)）、飛灰系統(tǒng)、飛灰分選系統(tǒng)、灰?guī)靺^(qū)渣水系統(tǒng)、渣水及煤水處理系統(tǒng)、循環(huán)水加藥系統(tǒng)、制氫系統(tǒng)等。
表1 輔控網各子系統(tǒng)I/O點統(tǒng)計表
| 序號 | 子系統(tǒng)名稱 | I/O 點 |
| 1 | 化水及水務管理系統(tǒng)（凈化站、化學水 處理、工業(yè)廢水、消防水等） | 2050 |
| 2 | 輸煤程控系統(tǒng) | 1500 |
| 3 | #1、#2機組凝結水精處理系統(tǒng) | 1050 |
| 4 | #3、#4機組凝結水精處理系統(tǒng) | 1050 |
| 5 | #1、#2飛灰控制系統(tǒng) | 1500 |
| 6 | #3、#4飛灰控制系統(tǒng) | 1500 |
| 7 | 灰?guī)靺^(qū)渣水控制系統(tǒng) | 800 |
| 8 | 制氫站控制系統(tǒng) | 500 |
| 9 | 循環(huán)水加藥控制系統(tǒng) | 200 |
| 10 | 其它控制系統(tǒng)（飛灰分選控制系統(tǒng)、灰?guī)?nbsp; 區(qū)渣水系統(tǒng)、渣水及煤水處理系統(tǒng)） | 1000 |
| 合計 | 11150 |
表2 各子系統(tǒng)與四機一控室的網絡布線距離
| 序號 | 起 點 | 終 點 | 距離（ｍ） |
| 1 | 四機一控集控室 | 化水及水務管理控制室 | 1000 |
| 2 | 四機一控集控室 | 輸煤程控控制室 | 1000 |
| 3 | 四機一控集控室 | #1#2機組凝結水處理控制室 | 500 |
| 4 | 四機一控集控室 | #3#4機組凝結水處理控制室 | 400 |
| 5 | 四機一控集控室 | #1#2飛灰控制系統(tǒng)控制室 | 600 |
| 6 | 四機一控集控室 | #3#4飛灰控制系統(tǒng)控制室 | 600 |
| 7 | 四機一控集控室 | 灰?guī)靺^(qū)渣水系統(tǒng)控制室 | 1200 |
| 8 | 四機一控集控室 | 制氫站控制室 | 1300 |
| 9 | 四機一控集控室 | 循環(huán)水加藥系統(tǒng)PLC | 500 |
| 合計 | 7100 |
由于整個一期工程緊迫，在水、煤、灰設置三個監(jiān)控點外，為在系統(tǒng)調試和啟動初期方便運行操作，在各電子設備間還設立了渣水煤水控制系統(tǒng)和飛灰分選系統(tǒng)、凝結水精處理控制系統(tǒng)、制氫站控制系統(tǒng)、循環(huán)水加藥控制系統(tǒng)四個輔助監(jiān)控點。
4 網絡中出現的主要問題及解決辦法
輔控網系統(tǒng)調試、運行過程中，曾出現實時數據刷新慢的問題，經仔細分析查找，我們發(fā)現FSGateway的Server端與Client端的通信方式為DCOM，數據刷新慢的原因正是DCOM的通信速率低引起的，如果分別裝在兩臺機器上，網絡的速度將會得到改善。
據上分析，我們將FSGateway的Server端與Client端，都移至SIS接口機上；同時為了合理安排系統(tǒng)資源，還將幾個較大的系統(tǒng)如鍋爐補給水及水務管理系統(tǒng)、輸煤程控的PLC參數作了適當的優(yōu)化調整，經此調整后，網絡得到了明顯改觀，各系統(tǒng)的實時性得到保證，至目前為止系統(tǒng)一直穩(wěn)定運行。
5 結束語
國華寧海電廠一期工程（4×600MW）輔助車間實現監(jiān)控網絡化和集中控制，提高了輔助車間運行與管理水平，為減少運行和維護人員創(chuàng)造了條件，同時提高了電廠運行的安全性和經濟性。據了解一期輔助車間達到的自動控制水平，不僅在國內而且國際上均處于非常先進的水平，主要表現為：
（1）提升了全廠運行管理水平
● 值長在控制室可以方便地了解和協(xié)調處理機組和全廠輔助車間的運行。
● 提升全廠輔助車間主輔值班人員的地位和責任，輔助系統(tǒng)受到應有重視。
● 在全廠IT系統(tǒng)上，能很好地監(jiān)視、了解全廠輔助車間的運行狀況，為全面提升電廠綜合自動化打下良好的基礎。
（2）節(jié)約運行管理費用
可以為全廠輔控（不包括輸煤系統(tǒng)）僅設主值班員1人、副值班員2人，及相應的巡檢操作員和備員，可以比常規(guī)減員30%，為節(jié)約大量的勞動力成本創(chuàng)造了條件。另外，由于整個輔控網系統(tǒng)的硬件和軟件的統(tǒng)一，減少了庫存?zhèn)淦穫浼叭粘９芾砭S護費用。
（3）減少基建費用
由于取消了很多就地控制室，減少了建造和裝修費，減少就地辦公設施及操作員站的配置，從而降低了基建費用。
北京市公安局海淀分局備案號：11010802023656號