近年來隨著計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的迅猛發(fā)展，PLC從控制功能、處理速度、聯(lián)網(wǎng)能力等各方面得到了很大提高。尤其PLC網(wǎng)絡(luò)通訊功能的發(fā)展，使得許多電廠借助計算機通訊網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)了輔助車間的相對集中監(jiān)控及系統(tǒng)的自動運行。華能德州電廠三期工程水系統(tǒng)即采用相對集中的原則進行了規(guī)劃設(shè)計，并已完全投入運行，達到了設(shè)計要求。經(jīng)過2年多的運行，運行比較穩(wěn)定，但也暴露了一些問題和不足。

1   水系統(tǒng)集中監(jiān)控方案

    華德電廠三期擴建工程安裝2臺660MW的燃煤發(fā)電機組。由于各輔助車間的布局比較分散，根據(jù)各系統(tǒng)的相似性和互通性以及安裝位置，將三期輔助車間設(shè)置了水、煤、灰三個集中控制室，水系統(tǒng)集中控制室主要監(jiān)控所有水處理及其輔助設(shè)備。

1.1 控制范圍及控制方式
    三期工程水系統(tǒng)涉及范圍較大，控制設(shè)備較多，但其地理位置又相距較遠，我們結(jié)合水系統(tǒng)設(shè)備的地理分布、在生產(chǎn)過程中的重要性以及國內(nèi)計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用，借鑒國內(nèi)兄弟電廠經(jīng)驗，將水系統(tǒng)控制方案初步設(shè)計為采用PLC+CRT集中監(jiān)控，控制室布置在補給水車間內(nèi)，操作員在此完成補給水處理（包括反滲透）、凈水室、公用水泵房、補水閥門切換間、制氫站、循環(huán)水弱酸處理、循環(huán)水加氯、氣浮處理、生活污水處理、工業(yè)污水處理、雨水泵房、凝結(jié)水處理、汽水取樣和加藥系統(tǒng)等所有水系統(tǒng)設(shè)備的遠方監(jiān)控。
    根據(jù)工藝系統(tǒng)的布置，將各水系統(tǒng)劃歸為四個控制區(qū)：補給水處理控制區(qū)、循環(huán)水弱酸處理控制區(qū)、污水處理控制區(qū)、凝結(jié)水處理和汽水取樣、加藥控制區(qū)。
    補給水處理控制區(qū)包括以下系統(tǒng)：補給水處理（包括反滲透裝置）、補水閥門切換間、凈水室和公用水泵房。
    污水處理控制區(qū)包括以下系統(tǒng)：工業(yè)污水處理、生活污水處理和氣浮處理。
    循環(huán)水處理控制區(qū)包括以下系統(tǒng)：循環(huán)水弱酸處理、循環(huán)水加氯、制氫站和雨水泵房。
    凝結(jié)水處理區(qū)包括以下系統(tǒng)：凝結(jié)水精處理、汽水取樣和化學(xué)加藥系統(tǒng)。
    作為控制中心的補給水處理系統(tǒng)采用獨立的PLC控制，污水處理控制區(qū)采用遠程I/O作為補給水控制系統(tǒng)的一個子站循環(huán)水處理區(qū)和凝結(jié)水處理區(qū)均采用獨立的PLC控制，并均通過網(wǎng)絡(luò)連接的方式接入水系統(tǒng)集中控制室內(nèi)。控制室內(nèi)不再設(shè)常規(guī)控制儀表盤。

1.2 監(jiān)視及控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
    水系統(tǒng)集中控制按PLC（下層）+上位計算機（上層）的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計。需接入上位機系統(tǒng)的下位PLC系統(tǒng)有：循環(huán)水弱酸處理的PLC系統(tǒng)、循環(huán)水加氯的PLC系統(tǒng)、制氫站的PLC系統(tǒng)、凝結(jié)水精處理的PLC系統(tǒng)、汽水取樣和加藥的PLC系統(tǒng)。

    要實現(xiàn)水系統(tǒng)集中控制的目標，集中控制網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計和實施方案是實現(xiàn)水系統(tǒng)集中控制的核心部分，一者要求該網(wǎng)絡(luò)能夠敷設(shè)通訊的距離較遠、實時性強；二者要求該網(wǎng)絡(luò)可靠性強且便于不同系統(tǒng)的連網(wǎng)；第三為便于系統(tǒng)連接，PLC的選型、上位機軟件應(yīng)盡量統(tǒng)一，同時應(yīng)考慮分布式數(shù)據(jù)庫的應(yīng)用。
    通過收資論證，我們確定采用兩級網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)來構(gòu)成整個集中監(jiān)控系統(tǒng)，各控制區(qū)的PLC系統(tǒng)連接在工業(yè)控制主干網(wǎng)上面，上位機系統(tǒng)通過工業(yè)控制主干網(wǎng)實現(xiàn)對各個PLC系統(tǒng)進行訪問，具體結(jié)構(gòu)見附圖-1。補給水處理系統(tǒng)、循環(huán)水弱酸處理系統(tǒng)PLC選用A-B公司的PLC-5系列產(chǎn)品，并選用CONTROLNET網(wǎng)絡(luò)為主干網(wǎng)，為保證控制系統(tǒng)的可靠性， PLC的CPU模件、電源模件、通訊接口模件均應(yīng)冗余配置。其他控制系統(tǒng)均采用A-B公司的PLC，且必須具有與CONTROLNET網(wǎng)絡(luò)通訊連接的能力。
    系統(tǒng)配置4臺上位機，上位機監(jiān)控軟件采用Intellution iFix，并基于簡體中文版WINdows NT 4.0及以上版本環(huán)境下運行，使系統(tǒng)具有較好的運行實時性，又有良好的開放性。

1.2.1第一級網(wǎng)絡(luò)-工業(yè)控制主干網(wǎng)絡(luò)
    主干網(wǎng)絡(luò)采用冗余CONTROLNET網(wǎng)絡(luò)，它是A-B公司近幾年推出的開放型現(xiàn)代化高速工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)。CONTROLNET屬于IEC標準子集之二，是主要用于PLC與計算機之間的通信網(wǎng)絡(luò)，也可在邏輯控制或過程控制系統(tǒng)中用于連接串行、并行的I/O設(shè)備、人機界面等。數(shù)據(jù)傳輸速率可達到5Mbps，其介質(zhì)采用同軸電纜或光纖，其主要特點為：

    l CONTROLNET采用了并行時間域多路存取（CTDMA）技術(shù)，一是提高了網(wǎng)絡(luò)帶寬的有效使用率。數(shù)據(jù)一旦發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)上，多個節(jié)點能夠同時接受，當更多設(shè)備連接到網(wǎng)絡(luò)時也不會增加網(wǎng)絡(luò)的通訊量。二是數(shù)據(jù)可同時到達各節(jié)點，保證各節(jié)點的精確同步化。
    l CONTROLNET設(shè)計了通信調(diào)度的時間分片方法，即滿足了對時間有嚴格要求的控制數(shù)據(jù)的傳輸要求，又滿足了信息量大、對時間沒有苛求的數(shù)據(jù)與程序的傳輸。
    l CONTROLNET通信采用虛擬令牌訪問機制。網(wǎng)絡(luò)上不存在專門起令牌作用的幀，令牌隱含在普通數(shù)據(jù)幀中。完全避免了介質(zhì)訪問沖突的發(fā)生。
    各下位PLC和上位機均連接于CONTROLNET，通過CONTROLNET實現(xiàn)各系統(tǒng)之間及與上位機的數(shù)據(jù)共享和數(shù)據(jù)交換。

1.2.2第二級網(wǎng)絡(luò)-TCP/IP以太網(wǎng)
    為實現(xiàn)上位機之間的數(shù)據(jù)庫共享以及各種資源共享（文件、打印機等），選用了兩臺基于TCP/IP的100M網(wǎng)絡(luò)交換機實現(xiàn)上位機之間的通訊。每臺上位機上配備兩塊以太網(wǎng)卡，分別與兩臺網(wǎng)絡(luò)交換機連接，實現(xiàn)互為熱備用的功能。同時網(wǎng)絡(luò)交換機還可提供與DCS的通訊接口。

1.2.3分布式數(shù)據(jù)庫的設(shè)計概念：
    根據(jù)初步統(tǒng)計，系統(tǒng)集中后系統(tǒng)I/O點要達到3200點左右。根據(jù)經(jīng)驗，上位機系統(tǒng)軟件所需要的中間點數(shù)（標簽名）約為實際I/O點的2.0-2.5倍。由此可見標簽量可達到10000點，如每臺上位機均裝有所有系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫，勢必會導(dǎo)致一級控制網(wǎng)絡(luò)的負荷量很大，從而影響整個控制系統(tǒng)的響應(yīng)速度，無法滿足數(shù)據(jù)刷新的要求。為解決以上問題，將數(shù)據(jù)庫進行了分開配置，將#1和#2上位機作為補給水處理控制區(qū)和污水處理控制區(qū)的上位機，兩臺上位機裝有一致的FIX數(shù)據(jù)庫，它們之間的關(guān)系是互為備用且可獨立操作，對可執(zhí)行的操作同步反應(yīng)。#3和#4上位機作為循環(huán)水控制區(qū)、凝結(jié)水精處理、汽水取樣和加藥等的上位機，兩者數(shù)據(jù)庫一致并互為備用。
    通過冗余的二級網(wǎng)絡(luò)（以太網(wǎng)TCP/IP）來實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫之間的通訊，從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫的集中。對于操作員來講，這四臺上位機功能會完全一致。同時100兆高速太網(wǎng)交換機等硬件保證了上位機之間調(diào)用分布式數(shù)據(jù)庫的速度，在此情況下的數(shù)據(jù)庫調(diào)用絕對不會影響整個通訊網(wǎng)絡(luò)的負荷率。

2、系統(tǒng)出現(xiàn)的問題和不足：

    經(jīng)過各方人員的共同努力，整個網(wǎng)絡(luò)均投入運行，基本達到設(shè)計要求。但在調(diào)試和試生產(chǎn)過程中也暴露了一些問題和不足。

2.1  網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計不盡合理
    各系統(tǒng)控制主干網(wǎng)均采用CONTROLNET網(wǎng)絡(luò)，上位機與下位機的通訊也采用CONTROLNET網(wǎng)絡(luò)，使得整個水系統(tǒng)控制網(wǎng)絡(luò)相當龐大，系統(tǒng)標簽量達到10000點。這樣使得整個網(wǎng)絡(luò)通訊量相當大，網(wǎng)絡(luò)負荷率較高，尤其上位機反應(yīng)時間感覺較慢。并且由于各系統(tǒng)都通過同一網(wǎng)絡(luò)進行通訊，如某通訊點出現(xiàn)故障將影響整個網(wǎng)絡(luò)，因此網(wǎng)絡(luò)的可靠性不高。
    當然這樣的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)主要是受當時PLC網(wǎng)絡(luò)通訊功能的限制。目前隨著各品牌PLC網(wǎng)絡(luò)通訊能力的發(fā)展，尤其ETHERNET以其通訊量大，造價低得到各品牌廠家的重視，各系統(tǒng)控制主干網(wǎng)已普遍采用ETHERNET，即各PLC內(nèi)部采用各自的控制網(wǎng)（如：A-B的DH+、CONTROLNET；SIEMENS的PROFIBUS；MODICON的MODBUS、MODBUS+等），各控制系統(tǒng)之間及與上位機之間通訊均采用ETHERNET。這樣使得各系統(tǒng)PLC的控制網(wǎng)絡(luò)相對獨立，可靠性較高；同時與其它系統(tǒng)或上位機的數(shù)據(jù)交換不通過控制網(wǎng)絡(luò)使得控制網(wǎng)絡(luò)的負荷率降低，通訊速度得到提高。
    華德電廠三期工程兩臺機組作為新近投產(chǎn)機組不可能進行大的改造，并且系統(tǒng)運行基本正常。不過為提高系統(tǒng)的可靠性，也對網(wǎng)絡(luò)進行了一定的優(yōu)化，目前已將控制網(wǎng)絡(luò)分為兩部分，即補給水處理控制區(qū)和污水處理控制區(qū)為#1網(wǎng)絡(luò)，循環(huán)水處理控制區(qū)和凝結(jié)水處理控制區(qū)作為#2網(wǎng)絡(luò)。#1和#2上位機連接到#1網(wǎng)絡(luò)，#3和#4上位機連接到#2網(wǎng)絡(luò)，上位機之間通過網(wǎng)絡(luò)交換機進行數(shù)據(jù)交換。使系統(tǒng)可靠型得到了一定提高，控制網(wǎng)絡(luò)負荷率得到了降低。

2.2 PLC遠程I/O站設(shè)置不合理
    污水處理控制區(qū)采用遠程I/O作為補給水控制系統(tǒng)的一個子站，與CPU的所有數(shù)據(jù)交換（包括中間標簽量）均通過CONTROLNET，使得網(wǎng)絡(luò)通訊數(shù)據(jù)量增加不少，加重了控制網(wǎng)絡(luò)的負荷率。
    由于污水處理與補給水處理從工藝流程來說相對獨立，相互之間沒有連鎖關(guān)系和數(shù)據(jù)交換，且該系統(tǒng)具有一定規(guī)模，因此采用獨立的PLC比較合理，不宜設(shè)置遠程I/O站。
    一般設(shè)置I/O站的原則為：通訊距離較遠，與主系統(tǒng)存在一定連鎖或工藝關(guān)聯(lián)，數(shù)據(jù)通訊量不大（根據(jù)整個系統(tǒng)規(guī)模，一般不超過5%）。

2.3 PLC的選型沒有統(tǒng)一
    為保證各系統(tǒng)PLC的通訊能力，在設(shè)計招標階段就注重了PLC的統(tǒng)一選型，但到了合同執(zhí)行階段發(fā)現(xiàn)雖然要求了PLC品牌的統(tǒng)一，但由于整個網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)確定較晚，一些系統(tǒng)沒有對具體的通訊接口進行要求，因此出現(xiàn)了一些問題。
    如凝結(jié)水精處理系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)廠家所配PLC為AB  PLC-5/60，符合合同要求，但系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)為DH+，沒有CONTROLNET接口。為此經(jīng)與網(wǎng)絡(luò)承包商研究，不得不另外在凝結(jié)水精處理控制室增加一個CONTROLNET網(wǎng)關(guān)，將DH+與CONTROLNET進行轉(zhuǎn)換，網(wǎng)關(guān)作為CONTRLONET網(wǎng)絡(luò)的一個節(jié)點，以實現(xiàn)與CONTROLNET的通訊。
    同樣汽水取樣、化學(xué)加藥控制系統(tǒng)所配PLC為AB  SLC-5/04，但系統(tǒng)只配備了一塊CONTROLNET SCANNER，僅能用于I/O擴展，不能用于聯(lián)網(wǎng)。因此另行增加了一塊CONTROLNET RS232C接口模件，實現(xiàn)了與CONTROLNET網(wǎng)絡(luò)的連接。
    總之由于PLC網(wǎng)絡(luò)接口的不統(tǒng)一，致使網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜，并增加了一定投資費用。

3  結(jié)束語

    網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)置是否合理直接關(guān)系到控制系統(tǒng)的正常穩(wěn)定運行。一個系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的設(shè)置應(yīng)進行充分論證，及早確立。相信隨著PLC網(wǎng)絡(luò)能力的強化和控制功能的增強，控制網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的設(shè)置必會更加合理、完善。