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張建奇（1975－）

男，工學碩士，現(xiàn)就職于西安航天自動化股份有限公司電力自動化事業(yè)部，任電力電氣自動化事業(yè)部工程一部部長。





1 系統(tǒng)概述

    中電投山西蒲光電廠（以下簡稱蒲光電廠）輔助車間網(wǎng)絡(luò)集中控制系統(tǒng)采用了先進成熟的計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)、自動控制技術(shù)和開放的 軟件產(chǎn)品，各輔助車間的控制設(shè)備為美國羅克韋爾自動化公司生產(chǎn)的ControLogix PLC，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)為雙纜冗余星形拓撲工業(yè) 以太網(wǎng)絡(luò)，集成了一個覆蓋全廠各輔機控制系統(tǒng)的信息系統(tǒng)， 實現(xiàn)了其與全廠SIS系統(tǒng)、MIS系統(tǒng)的無縫連接及信息交換，實現(xiàn)了蒲光電廠輔機控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的一體化、信息的資源化、決策的科學化。此項工程的實施，大大提高了該廠的自動化水平，為電廠各輔機控制系統(tǒng)的安全運行奠定了良好的基礎(chǔ)。

2 實施方案

    蒲光電廠輔助車間網(wǎng)絡(luò)集中控制系統(tǒng)包括以下幾個輔助網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控點：水網(wǎng)控制系統(tǒng)、灰網(wǎng)控制系統(tǒng)、煤網(wǎng)控制系統(tǒng)和脫硫控制系統(tǒng)。系統(tǒng)設(shè)5臺操作員站、2臺主交換機和2臺服務(wù)器。另外，操作員站還可以根據(jù)實際的需要方便地擴充。

    該廠輔助車間網(wǎng)絡(luò)集中控制系統(tǒng)采用集中監(jiān)控方式，即在主廠房集中控制室里的輔助車間操作員站上能完成對鍋爐補給水處理系統(tǒng)、綜合水泵房、輔助建筑制冷加熱系統(tǒng)、蒲洲水源地系統(tǒng)、生活污水控制系統(tǒng)、凝結(jié)水精處理系統(tǒng)、加藥及汽水取樣系統(tǒng)、制氫站、工業(yè)廢水處理系統(tǒng)、輸煤系統(tǒng)、除灰渣系統(tǒng)的監(jiān)控。

2.1 網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)選擇

    網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)指的是網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的地理分布和網(wǎng)絡(luò)互連關(guān)系上的幾何構(gòu)形。常見的網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)主要有：總線形拓撲、星形拓撲、環(huán)形拓撲及它們的混合型。

    蒲光電廠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)采用雙纜冗余星形拓撲結(jié)構(gòu)，可以克服一般星形拓撲結(jié)構(gòu)的缺點，使網(wǎng)絡(luò)的可靠性大幅度提高，同時系統(tǒng)造價比冗余以太網(wǎng)環(huán)要便宜得多。

    具體的實現(xiàn)方法是：

    ●  在機爐單元控制室中，配置兩臺主光纖交換機；5臺操作員站分別插入2塊3com PCI 100M以太網(wǎng)卡，2臺服務(wù)器各插入2塊3com PCI 1000M以太網(wǎng)卡，并分別接入不同的光纖主交換機。

    ●  在鍋爐補給水控制室，配置兩臺交換機作為整個水網(wǎng)的主交換機，鍋爐補給水的PLC和水網(wǎng)其他子系統(tǒng)的分支交換機分別接入不同的水網(wǎng)主交換機，水網(wǎng)主交換機再接入到輔助網(wǎng)絡(luò)的主交換機上。

    ●  在除灰車間控制室，配置兩臺交換機作為整個灰網(wǎng)的主交換機，灰網(wǎng)子系統(tǒng)分別接入到灰網(wǎng)的主交換機上，兩臺灰網(wǎng)的主交換機再分別接入到兩臺輔助網(wǎng)絡(luò)主交換機上。

    ●  在輸煤車間控制室，配置兩臺交換機作為整個煤網(wǎng)的主交換機，煤網(wǎng)子系統(tǒng)分別接入到煤網(wǎng)的主交換機上，兩臺煤網(wǎng)的主交換機再分別接入到兩臺輔助網(wǎng)絡(luò)主交換機上。

    ●  主交換機放置于本系統(tǒng)所提供的機柜中，分支交換機放置于各子系統(tǒng)所提供的控制柜中。

    整個系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)拓撲圖如圖1所示。

     

2.2 操作系統(tǒng)的選擇

    操作員站操作系統(tǒng)為Windows2000 Professional，2臺服務(wù)器操作系統(tǒng)為 Windows2000 SERVER。

2.3 監(jiān)控軟件的選擇及組態(tài)

2.3.1 監(jiān)控軟件的選擇

    輔助車間集中監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)控軟件選用Intellution公司最新版本的IFIX3.5, 主廠房集中控制室中的兩臺服務(wù)器選用IFIX3.5 Server版，5臺操作員站選用iCLIENT版。

2.3.2監(jiān)控軟件的組態(tài)

    主廠房集中控制室中的五臺操作員站與兩臺服務(wù)器之間的數(shù)據(jù)通訊采用標準的客戶機解決方案，在2臺臺服務(wù)器上配置了 Windows2000 SERVER (2套) 和IFIX3.5(2套)軟件。 采用標準的客戶機解決方案后，不僅使數(shù)據(jù)采集及存儲實現(xiàn)了集中化，有效地降低了網(wǎng)絡(luò)負荷，而且為系統(tǒng)的安裝和維護提供了極大的方便。

2.4 系統(tǒng)的高可用性

    本系統(tǒng)采用了三種冗余方式：網(wǎng)絡(luò)冗余、服務(wù)器冗余和IFIX數(shù)據(jù)采集冗余，示意圖如圖2所示。

     

3 輔助車間網(wǎng)絡(luò)集中控制系統(tǒng)功能

3.1 集中監(jiān)控功能

    系統(tǒng)采用集中監(jiān)控方式， 即在單元控制室操作員站上能完成對鍋爐補給水程控系統(tǒng)、制氫站系統(tǒng)、凝結(jié)水系統(tǒng)、除灰渣系統(tǒng)、輸煤系統(tǒng)、生活污水處理系統(tǒng)、工業(yè)廢水處理、綜合水泵房系統(tǒng)、循環(huán)水泵系統(tǒng)、源水系統(tǒng)的監(jiān)控。

3.2 語音報警功能

    當某輔助車間 PLC控制系統(tǒng)的任一設(shè)備出現(xiàn)故障時， 系統(tǒng)自動啟動語音報警模塊，提醒操作人員進行故障處理。

3.3 管理報表功能

    系統(tǒng)的報表管理模塊可以實現(xiàn)對各設(shè)備累計運行時間統(tǒng)計、故障次數(shù)自動統(tǒng)計、歷史數(shù)據(jù)自動查找、班報、定期紀錄、操作記錄等等進行統(tǒng)計管理的功能。

 3.4 與SIS系統(tǒng)的接口功能

    在輔助車間網(wǎng)絡(luò)集中控制系統(tǒng)主交換機上， 已經(jīng)預留與SIS系統(tǒng)的接口，SIS系統(tǒng)通過其網(wǎng)絡(luò)接口機將輔助車間網(wǎng)絡(luò)集中控制系統(tǒng)的實時數(shù)據(jù)庫有選擇地轉(zhuǎn)入其數(shù)據(jù)庫中。輔助車間數(shù)據(jù)送入SIS系統(tǒng)后，可實現(xiàn)發(fā)電成本計算及經(jīng)濟性分析、機組運行經(jīng)濟性評估及操作指導、設(shè)備檢修計劃、經(jīng)濟負荷分配、設(shè)備壽命和狀態(tài)分析等高級應用功能。

3.5 系統(tǒng)的安全管理功能

    本系統(tǒng)開發(fā)有專門的安全管理功能模塊， 可有效防止各種誤操作及主廠房集中控制室與各輔助車間同時操作。

4 輔助車間網(wǎng)絡(luò)集中控制系統(tǒng)特點

4.1 系統(tǒng)性能參數(shù)

    單元控制室操作員站：5 臺；
    服務(wù)器：2臺；
    系統(tǒng)總畫面：280幅；
    系統(tǒng)總I/O點：10000點；
    系統(tǒng)響應時間：> 1.5ms；
    系統(tǒng)可利用率：> 99％；
    數(shù)據(jù)庫刷新周期：≤1s；
    畫面刷新周期：≤1s
    畫面及數(shù)據(jù)對鍵盤指令響應時間：≤1s；
    從鍵盤發(fā)出操作指令到通道板輸出或返回信號從通道板輸入至LCD 上顯示的總時間2s ；
    控制器工作周期：模擬量控制≤0.25s；開關(guān)量控制≤0.1s；
    CPU負荷率：最忙時，控制器 CPU 負荷率≤60% ，操作員站CPU負荷率≤40%；
    存儲器：內(nèi)部存儲器占用容量≤50%，外部存儲器占用容量≤40%；
    裕量：I/O點裕量為10%，I/O卡槽裕量為15%；
    通訊總線的負荷率：≤40%；
    電源余量：≤40%；
    采樣周期：電氣模擬量輸入采樣周期≤50ms，非電氣模擬量輸入采樣周期≤200ms，開關(guān)量采樣周期≤100ms。

4.2 一體化網(wǎng)絡(luò)

    系統(tǒng)采用雙纜冗余星形拓撲工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)操作員站、服務(wù)器與 PLC控制系統(tǒng)的連接，控制層為冗余現(xiàn)場總線，各輔機程控子系統(tǒng)實現(xiàn)了無縫連接，并通過主交換機與SIS系統(tǒng)連接，克服了傳統(tǒng)的自動化孤島現(xiàn)象，達到資源共享，為科學決策提供依據(jù)。

4.3 系統(tǒng)采用C/S結(jié)構(gòu)

    操作員站以C/S結(jié)構(gòu)訪問服務(wù)器，并能對所有輔助車間的PLC程控系統(tǒng)進行監(jiān)視及控制。 操作員站不直接與各輔助車間的PLC程控系統(tǒng)進行通訊，大大降低了整個網(wǎng)絡(luò)負荷，同時整個系統(tǒng)安裝維護更加方便。

4.4 系統(tǒng)的多重冗余

    本系統(tǒng)采用了網(wǎng)絡(luò)冗余、服務(wù)器冗余兩種方式。

4.5 系統(tǒng)的安全保護

    系統(tǒng)為每一位用戶設(shè)置了相應的用戶名、密碼、控制權(quán)限及對應的安全區(qū)等，當系統(tǒng)進行操作時，會自動進行確認，提示操作人員輸入自己的用戶名及密碼，系統(tǒng)驗證無誤后，操作人員在自己的權(quán)限內(nèi)進行各種控制操作。

    為防止單元控制室及輔助監(jiān)控點同時進行操作，該系統(tǒng)設(shè)置了安全保護功能模塊。

    當某一輔助監(jiān)控點需要操作時，系統(tǒng)通過網(wǎng)絡(luò)遠程授權(quán)某一操作人員在輔助監(jiān)控點進行操作，此時單元控制室對此輔助監(jiān)控點無操作能力，當操作完成后，系統(tǒng)自動收回授權(quán)，輔助監(jiān)控點不能進行操作，單元控制室恢復其控制功能。

    系統(tǒng)通過編程使單元控制室及輔助監(jiān)控點不能同時操作，也可保證4臺操作員站不能對同一系統(tǒng)同時操作，從而在一定程度上，使系統(tǒng)的安全性大大增加。

5 結(jié)束語

    蒲光電廠輔助車間網(wǎng)絡(luò)集中控制系統(tǒng)打破了傳統(tǒng)輔機程控系統(tǒng)設(shè)計思路，在總體網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃、傳輸協(xié)議選擇、應用軟件設(shè)計、安全管理等方面充分考慮其可靠性、先進性及實用性。 由于監(jiān)控點分布、控制方式設(shè)置、運行模式安排等方面規(guī)劃科學、合理，使輔機程控系統(tǒng)的運行和管理上了一個大臺階，減員增效明顯，徹底克服了自動化孤島現(xiàn)象，體現(xiàn)了先進的自動化系統(tǒng)帶來的各種好處。 輔助車間網(wǎng)絡(luò)集中控制系統(tǒng)涉及面廣，工藝系統(tǒng)繁雜，配合廠家較多，在設(shè)計和調(diào)試時存在一定困難，根據(jù)電廠的實施經(jīng)驗，只有選擇對各輔機程控子系統(tǒng)均有實施經(jīng)驗的系統(tǒng)集成商，才能確保該系統(tǒng)的實際運行狀況達到設(shè)計要求及順利投運。