張建奇（1975－）

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





1 系統概述

    中電投山西蒲光電廠（以下簡稱蒲光電廠）輔助車間網絡集中控制系統采用了先進成熟的計算機技術、網絡通訊技術、自動控制技術和開放的 軟件產品，各輔助車間的控制設備為美國羅克韋爾自動化公司生產的ControLogix PLC，網絡結構為雙纜冗余星形拓撲工業 以太網絡，集成了一個覆蓋全廠各輔機控制系統的信息系統， 實現了其與全廠SIS系統、MIS系統的無縫連接及信息交換，實現了蒲光電廠輔機控制系統網絡的一體化、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的安全運行奠定了良好的基礎。

2 實施方案

    蒲光電廠輔助車間網絡集中控制系統包括以下幾個輔助網絡監控點：水網控制系統、灰網控制系統、煤網控制系統和脫硫控制系統。系統設5臺操作員站、2臺主交換機和2臺服務器。另外，操作員站還可以根據實際的需要方便地擴充。

    該廠輔助車間網絡集中控制系統采用集中監控方式，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、綜合水泵房、輔助建筑制冷加熱系統、蒲洲水源地系統、生活污水控制系統、凝結水精處理系統、加藥及汽水取樣系統、制氫站、工業廢水處理系統、輸煤系統、除灰渣系統的監控。

2.1 網絡拓撲結構選擇

    網絡拓撲結構指的是網絡節點的地理分布和網絡互連關系上的幾何構形。常見的網絡拓撲結構主要有：總線形拓撲、星形拓撲、環形拓撲及它們的混合型。

    蒲光電廠網絡結構采用雙纜冗余星形拓撲結構，可以克服一般星形拓撲結構的缺點，使網絡的可靠性大幅度提高，同時系統造價比冗余以太網環要便宜得多。

    具體的實現方法是：

    ●  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以太網卡，2臺服務器各插入2塊3com PCI 1000M以太網卡，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的主交換機，鍋爐補給水的PLC和水網其他子系統的分支交換機分別接入不同的水網主交換機，水網主交換機再接入到輔助網絡的主交換機上。

    ●  在除灰車間控制室，配置兩臺交換機作為整個灰網的主交換機，灰網子系統分別接入到灰網的主交換機上，兩臺灰網的主交換機再分別接入到兩臺輔助網絡主交換機上。

    ●  在輸煤車間控制室，配置兩臺交換機作為整個煤網的主交換機，煤網子系統分別接入到煤網的主交換機上，兩臺煤網的主交換機再分別接入到兩臺輔助網絡主交換機上。

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

    整個系統的網絡拓撲圖如圖1所示。

     

2.2 操作系統的選擇

    操作員站操作系統為Windows2000 Professional，2臺服務器操作系統為 Windows2000 SERVER。

2.3 監控軟件的選擇及組態

2.3.1 監控軟件的選擇

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

2.3.2監控軟件的組態

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

2.4 系統的高可用性

    本系統采用了三種冗余方式：網絡冗余、服務器冗余和IFIX數據采集冗余，示意圖如圖2所示。

     

3 輔助車間網絡集中控制系統功能

3.1 集中監控功能

    系統采用集中監控方式， 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、制氫站系統、凝結水系統、除灰渣系統、輸煤系統、生活污水處理系統、工業廢水處理、綜合水泵房系統、循環水泵系統、源水系統的監控。

3.2 語音報警功能

    當某輔助車間 PLC控制系統的任一設備出現故障時， 系統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

    系統的報表管理模塊可以實現對各設備累計運行時間統計、故障次數自動統計、歷史數據自動查找、班報、定期紀錄、操作記錄等等進行統計管理的功能。

 3.4 與SIS系統的接口功能

    在輔助車間網絡集中控制系統主交換機上， 已經預留與SIS系統的接口，SIS系統通過其網絡接口機將輔助車間網絡集中控制系統的實時數據庫有選擇地轉入其數據庫中。輔助車間數據送入SIS系統后，可實現發電成本計算及經濟性分析、機組運行經濟性評估及操作指導、設備檢修計劃、經濟負荷分配、設備壽命和狀態分析等高級應用功能。

3.5 系統的安全管理功能

    本系統開發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 輔助車間網絡集中控制系統特點

4.1 系統性能參數

    單元控制室操作員站：5 臺；
    服務器：2臺；
    系統總畫面：280幅；
    系統總I/O點：10000點；
    系統響應時間：> 1.5ms；
    系統可利用率：> 99％；
    數據庫刷新周期：≤1s；
    畫面刷新周期：≤1s
    畫面及數據對鍵盤指令響應時間：≤1s；
    從鍵盤發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，開關量采樣周期≤100ms。

4.2 一體化網絡

    系統采用雙纜冗余星形拓撲工業以太網絡實現操作員站、服務器與 PLC控制系統的連接，控制層為冗余現場總線，各輔機程控子系統實現了無縫連接，并通過主交換機與SIS系統連接，克服了傳統的自動化孤島現象，達到資源共享，為科學決策提供依據。

4.3 系統采用C/S結構

    操作員站以C/S結構訪問服務器，并能對所有輔助車間的PLC程控系統進行監視及控制。 操作員站不直接與各輔助車間的PLC程控系統進行通訊，大大降低了整個網絡負荷，同時整個系統安裝維護更加方便。

4.4 系統的多重冗余

    本系統采用了網絡冗余、服務器冗余兩種方式。

4.5 系統的安全保護

    系統為每一位用戶設置了相應的用戶名、密碼、控制權限及對應的安全區等，當系統進行操作時，會自動進行確認，提示操作人員輸入自己的用戶名及密碼，系統驗證無誤后，操作人員在自己的權限內進行各種控制操作。

    為防止單元控制室及輔助監控點同時進行操作，該系統設置了安全保護功能模塊。

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

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

5 結束語

    蒲光電廠輔助車間網絡集中控制系統打破了傳統輔機程控系統設計思路，在總體網絡規劃、傳輸協議選擇、應用軟件設計、安全管理等方面充分考慮其可靠性、先進性及實用性。 由于監控點分布、控制方式設置、運行模式安排等方面規劃科學、合理，使輔機程控系統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象，體現了先進的自動化系統帶來的各種好處。 輔助車間網絡集中控制系統涉及面廣，工藝系統繁雜，配合廠家較多，在設計和調試時存在一定困難，根據電廠的實施經驗，只有選擇對各輔機程控子系統均有實施經驗的系統集成商，才能確保該系統的實際運行狀況達到設計要求及順利投運。