张建奇（1975－）

男，工学硕士，现就职于西安航天自动化股份有限公司电力自动化事业部，任电力电气自动化事业部工程一部部长。





1 系统概述

    中电投山西蒲光电厂（以下简称蒲光电厂）辅助车间网络集中控制系统采用了先进成熟的计算机技术、网络通讯技术、自动控制技术和开放的 软件产品，各辅助车间的控制设备为美国罗克韦尔自动化公司生产的ControLogix PLC，网络结构为双缆冗余星形拓扑工业 以太网络，集成了一个覆盖全厂各辅机控制系统的信息系统， 实现了其与全厂SIS系统、MIS系统的无缝连接及信息交换，实现了蒲光电厂辅机控制系统网络的一体化、信息的资源化、决策的科学化。此项工程的实施，大大提高了该厂的自动化水平，为电厂各辅机控制系统的安全运行奠定了良好的基础。

2 实施方案

    蒲光电厂辅助车间网络集中控制系统包括以下几个辅助网络监控点：水网控制系统、灰网控制系统、煤网控制系统和脱硫控制系统。系统设5台操作员站、2台主交换机和2台服务器。另外，操作员站还可以根据实际的需要方便地扩充。

    该厂辅助车间网络集中控制系统采用集中监控方式，即在主厂房集中控制室里的辅助车间操作员站上能完成对锅炉补给水处理系统、综合水泵房、辅助建筑制冷加热系统、蒲洲水源地系统、生活污水控制系统、凝结水精处理系统、加药及汽水取样系统、制氢站、工业废水处理系统、输煤系统、除灰渣系统的监控。

2.1 网络拓扑结构选择

    网络拓扑结构指的是网络节点的地理分布和网络互连关系上的几何构形。常见的网络拓扑结构主要有：总线形拓扑、星形拓扑、环形拓扑及它们的混合型。

    蒲光电厂网络结构采用双缆冗余星形拓扑结构，可以克服一般星形拓扑结构的缺点，使网络的可靠性大幅度提高，同时系统造价比冗余以太网环要便宜得多。

    具体的实现方法是：

    ●  在机炉单元控制室中，配置两台主光纤交换机；5台操作员站分别插入2块3com PCI 100M以太网卡，2台服务器各插入2块3com PCI 1000M以太网卡，并分别接入不同的光纤主交换机。

    ●  在锅炉补给水控制室，配置两台交换机作为整个水网的主交换机，锅炉补给水的PLC和水网其他子系统的分支交换机分别接入不同的水网主交换机，水网主交换机再接入到辅助网络的主交换机上。

    ●  在除灰车间控制室，配置两台交换机作为整个灰网的主交换机，灰网子系统分别接入到灰网的主交换机上，两台灰网的主交换机再分别接入到两台辅助网络主交换机上。

    ●  在输煤车间控制室，配置两台交换机作为整个煤网的主交换机，煤网子系统分别接入到煤网的主交换机上，两台煤网的主交换机再分别接入到两台辅助网络主交换机上。

    ●  主交换机放置于本系统所提供的机柜中，分支交换机放置于各子系统所提供的控制柜中。

    整个系统的网络拓扑图如图1所示。

     

2.2 操作系统的选择

    操作员站操作系统为Windows2000 Professional，2台服务器操作系统为 Windows2000 SERVER。

2.3 监控软件的选择及组态

2.3.1 监控软件的选择

    辅助车间集中监控网络的监控软件选用Intellution公司最新版本的IFIX3.5, 主厂房集中控制室中的两台服务器选用IFIX3.5 Server版，5台操作员站选用iCLIENT版。

2.3.2监控软件的组态

    主厂房集中控制室中的五台操作员站与两台服务器之间的数据通讯采用标准的客户机解决方案，在2台台服务器上配置了 Windows2000 SERVER (2套) 和IFIX3.5(2套)软件。 采用标准的客户机解决方案后，不仅使数据采集及存储实现了集中化，有效地降低了网络负荷，而且为系统的安装和维护提供了极大的方便。

2.4 系统的高可用性

    本系统采用了三种冗余方式：网络冗余、服务器冗余和IFIX数据采集冗余，示意图如图2所示。

     

3 辅助车间网络集中控制系统功能

3.1 集中监控功能

    系统采用集中监控方式， 即在单元控制室操作员站上能完成对锅炉补给水程控系统、制氢站系统、凝结水系统、除灰渣系统、输煤系统、生活污水处理系统、工业废水处理、综合水泵房系统、循环水泵系统、源水系统的监控。

3.2 语音报警功能

    当某辅助车间 PLC控制系统的任一设备出现故障时， 系统自动启动语音报警模块，提醒操作人员进行故障处理。

3.3 管理报表功能

    系统的报表管理模块可以实现对各设备累计运行时间统计、故障次数自动统计、历史数据自动查找、班报、定期纪录、操作记录等等进行统计管理的功能。

 3.4 与SIS系统的接口功能

    在辅助车间网络集中控制系统主交换机上， 已经预留与SIS系统的接口，SIS系统通过其网络接口机将辅助车间网络集中控制系统的实时数据库有选择地转入其数据库中。辅助车间数据送入SIS系统后，可实现发电成本计算及经济性分析、机组运行经济性评估及操作指导、设备检修计划、经济负荷分配、设备寿命和状态分析等高级应用功能。

3.5 系统的安全管理功能

    本系统开发有专门的安全管理功能模块， 可有效防止各种误操作及主厂房集中控制室与各辅助车间同时操作。

4 辅助车间网络集中控制系统特点

4.1 系统性能参数

    单元控制室操作员站：5 台；
    服务器：2台；
    系统总画面：280幅；
    系统总I/O点：10000点；
    系统响应时间：> 1.5ms；
    系统可利用率：> 99％；
    数据库刷新周期：≤1s；
    画面刷新周期：≤1s
    画面及数据对键盘指令响应时间：≤1s；
    从键盘发出操作指令到通道板输出或返回信号从通道板输入至LCD 上显示的总时间2s ；
    控制器工作周期：模拟量控制≤0.25s；开关量控制≤0.1s；
    CPU负荷率：最忙时，控制器 CPU 负荷率≤60% ，操作员站CPU负荷率≤40%；
    存储器：内部存储器占用容量≤50%，外部存储器占用容量≤40%；
    裕量：I/O点裕量为10%，I/O卡槽裕量为15%；
    通讯总线的负荷率：≤40%；
    电源余量：≤40%；
    采样周期：电气模拟量输入采样周期≤50ms，非电气模拟量输入采样周期≤200ms，开关量采样周期≤100ms。

4.2 一体化网络

    系统采用双缆冗余星形拓扑工业以太网络实现操作员站、服务器与 PLC控制系统的连接，控制层为冗余现场总线，各辅机程控子系统实现了无缝连接，并通过主交换机与SIS系统连接，克服了传统的自动化孤岛现象，达到资源共享，为科学决策提供依据。

4.3 系统采用C/S结构

    操作员站以C/S结构访问服务器，并能对所有辅助车间的PLC程控系统进行监视及控制。 操作员站不直接与各辅助车间的PLC程控系统进行通讯，大大降低了整个网络负荷，同时整个系统安装维护更加方便。

4.4 系统的多重冗余

    本系统采用了网络冗余、服务器冗余两种方式。

4.5 系统的安全保护

    系统为每一位用户设置了相应的用户名、密码、控制权限及对应的安全区等，当系统进行操作时，会自动进行确认，提示操作人员输入自己的用户名及密码，系统验证无误后，操作人员在自己的权限内进行各种控制操作。

    为防止单元控制室及辅助监控点同时进行操作，该系统设置了安全保护功能模块。

    当某一辅助监控点需要操作时，系统通过网络远程授权某一操作人员在辅助监控点进行操作，此时单元控制室对此辅助监控点无操作能力，当操作完成后，系统自动收回授权，辅助监控点不能进行操作，单元控制室恢复其控制功能。

    系统通过编程使单元控制室及辅助监控点不能同时操作，也可保证4台操作员站不能对同一系统同时操作，从而在一定程度上，使系统的安全性大大增加。

5 结束语

    蒲光电厂辅助车间网络集中控制系统打破了传统辅机程控系统设计思路，在总体网络规划、传输协议选择、应用软件设计、安全管理等方面充分考虑其可靠性、先进性及实用性。 由于监控点分布、控制方式设置、运行模式安排等方面规划科学、合理，使辅机程控系统的运行和管理上了一个大台阶，减员增效明显，彻底克服了自动化孤岛现象，体现了先进的自动化系统带来的各种好处。 辅助车间网络集中控制系统涉及面广，工艺系统繁杂，配合厂家较多，在设计和调试时存在一定困难，根据电厂的实施经验，只有选择对各辅机程控子系统均有实施经验的系统集成商，才能确保该系统的实际运行状况达到设计要求及顺利投运。