摘 要：介紹國(guó)內(nèi)大中型火力發(fā)電廠輔助車間控制系統(tǒng)的現(xiàn)狀，在分析比較標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)和工業(yè)以太網(wǎng)異同的基礎(chǔ)上，提出了嘉興電廠輔助車間集控系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案，總結(jié)了實(shí)現(xiàn)輔助車間集中監(jiān)控的關(guān)鍵技術(shù)。 關(guān)鍵詞：HMI；交換機(jī)；工業(yè)以太網(wǎng)；輔助車間；集控 目前在國(guó)內(nèi)的大中型火力發(fā)電廠機(jī)組上，主機(jī)已普遍采用DCS控制系統(tǒng)，外圍輔助系統(tǒng)也采用PLC＋上位機(jī)的控制方式進(jìn)行控制，從而大大提高機(jī)組運(yùn)行的效率；采用網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)加強(qiáng)電廠的運(yùn)行與管理工作也逐步在推廣應(yīng)用之中。最近國(guó)內(nèi)外的一些電站控制專家已在考慮應(yīng)用最新網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實(shí)現(xiàn)電站各類控制系統(tǒng)和管理系統(tǒng)的集成，相應(yīng)的軟硬件制造商也逐步推出能適應(yīng)大型網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的控制產(chǎn)品軟件。也就是說(shuō)，在大中型電站控制與管理系統(tǒng)中，采用當(dāng)今先進(jìn)的計(jì)算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)將整個(gè)電站實(shí)現(xiàn)集中監(jiān)控的基礎(chǔ)條件已經(jīng)成熟。實(shí)現(xiàn)輔助車間集中監(jiān)控系統(tǒng)，是實(shí)現(xiàn)全廠集中監(jiān)控的前提和基礎(chǔ)。 1輔助車間控制系統(tǒng)現(xiàn)狀 對(duì)于已投產(chǎn)運(yùn)行的大中型火力發(fā)電廠的輔助車間控制系統(tǒng)，普遍存在以下問(wèn)題： （1）輔助車間控制系統(tǒng)I/O點(diǎn)數(shù)量龐大 以浙江嘉興發(fā)電廠為例：輔助系統(tǒng)總共I/O點(diǎn)數(shù)約為5635點(diǎn)，其中模擬量有980點(diǎn)，數(shù)字2，工業(yè)以太網(wǎng)和標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)的異同量有4655點(diǎn)（輸煤程控除外），如果加上輸煤系統(tǒng)和廢水處理系統(tǒng)，則的輔助系統(tǒng)I/O點(diǎn)數(shù)已超過(guò)7000點(diǎn)。 （2）輔助車間物理位置分散 輔助系統(tǒng)分布在電廠的各個(gè)地方，相互之間距離遠(yuǎn)，分散度大，如嘉興電廠循泵房距離主廠房有1．2 km左右，因此，必須解決遠(yuǎn)距離通信和信號(hào)衰減問(wèn)題。 （3）輔助控制系統(tǒng)類型各異，接口數(shù)量眾多 由于各個(gè)輔助控制系統(tǒng)采用不同的控制設(shè)備，如嘉興電廠化學(xué)車間有Modicon 984－685和SiemensS7－300控制系統(tǒng)，灰控車間有S5－115H系統(tǒng)、吹灰有984－380系統(tǒng)、消防泵采用OMRON系統(tǒng)、電除塵是以80C196單片機(jī)為核心的專用控制系統(tǒng)、巡測(cè)儀是232接口。各個(gè)控制系統(tǒng)的通信接口采用不同的通信協(xié)議，甚至不同的物理接口，要實(shí)現(xiàn)集中監(jiān)控，必須解決網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議的轉(zhuǎn)換問(wèn)題，保證在不同接口、協(xié)議之間，可靠準(zhǔn)確地進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送、交換。同時(shí)，必須提供開放性的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)接工，以便給電廠SIS系統(tǒng)提供實(shí)時(shí)信息。 （4）操作員站的人機(jī)界面各異 由于各個(gè)輔助車間控制系統(tǒng)為不同的廠商供貨，因此其操作員站的人機(jī)界面很有可能是不一致的，如有的采用FIX界面、有的采用INTOUCH界面、有的采用組態(tài)王界面、有的采用自己專用界面等。因此，實(shí)現(xiàn)輔助車間集中控制必須采用設(shè)計(jì)統(tǒng)一的人機(jī)界面，采用統(tǒng)一的風(fēng)格及操作方式。 2工業(yè)以太網(wǎng)和標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)的異同 為提高輔助車間集控系統(tǒng)的可靠性，加強(qiáng)控制網(wǎng)絡(luò)的開放性和標(biāo)準(zhǔn)化，輔助車間集控系統(tǒng)采用了工業(yè)以太網(wǎng)。下面比較一下工業(yè)以太網(wǎng)和標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)的異同。 工業(yè)以太網(wǎng)和標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)采用相同的通信原理，都符合IEEE802．3S標(biāo)準(zhǔn)，具有相同的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；工業(yè)以太網(wǎng)和標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)兼容，凡是能在工業(yè)以太網(wǎng)環(huán)境下運(yùn)行的應(yīng)用，都可以在標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)下運(yùn)行。 但工業(yè)以太網(wǎng)需要在極端條件下穩(wěn)定工作，因此： （1）工業(yè)以太網(wǎng)都是經(jīng)過(guò)加固設(shè)計(jì)的，比如采用了工業(yè)級(jí)的芯片，工業(yè)級(jí)的接插件和連接器，一般不采用散熱風(fēng)扇。 （2）工業(yè)以太網(wǎng)HUB和SWITCHHUB一般內(nèi)置冗余網(wǎng)絡(luò)管理器，支持冗余或并聯(lián)電源。 （3）工業(yè)以太網(wǎng)具有毫秒級(jí)的快速生成樹算法，而標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)的快速生成樹算法一般需要十幾到幾十秒時(shí)間，因此工業(yè)以太網(wǎng)的冗余網(wǎng)絡(luò)切換可以做到無(wú)擾動(dòng)。 （4）工業(yè)以太網(wǎng)設(shè)備具有較寬的運(yùn)行溫度范圍，如0～60℃。 （5）具有即插即用的快速安裝技術(shù)等。 總之，工業(yè)以太網(wǎng)和標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)的異同可以比之與工業(yè)控制計(jì)算機(jī)和商用計(jì)算機(jī)的異同，工業(yè)以太網(wǎng)是專門為工業(yè)環(huán)境和應(yīng)用設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)。 3輔助車間集控系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案 由于各個(gè)控制系統(tǒng)的通信接口采用不同的通信協(xié)議，甚至不同的物理接口，要實(shí)現(xiàn)集中監(jiān)控，必須解決網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議的轉(zhuǎn)換問(wèn)題，保證在不同接口、協(xié)議之間，可靠準(zhǔn)確地進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送、交換。嘉興電廠輔助車間集控系統(tǒng)采用多模光纜、工業(yè)級(jí)交換機(jī)建立工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)，采用統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)和軟件平臺(tái)，來(lái)互連各個(gè)不同的輔助控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)外圍輔助系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)集中控制。下面簡(jiǎn)單介紹整個(gè)輔助車間集控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，輔助車間集控系統(tǒng)架構(gòu)具體的系統(tǒng)配置圖見圖1。 （1）加藥和取樣控制系統(tǒng)通過(guò)在S7－300的機(jī)架上插入工業(yè)以太網(wǎng)模塊CP343－ITCP和車間SWITCHHUB相連，通過(guò)車間SWITCHHUB上連到光纖交換機(jī)，加藥車間備用監(jiān)視計(jì)算機(jī)通過(guò)車間SWITCHHUB采集數(shù)據(jù)，當(dāng)然也可通過(guò)MPI接口采集數(shù)據(jù)。 （2）化學(xué)補(bǔ)給水控制系統(tǒng)、凝結(jié)水精處理控制系統(tǒng)、反滲透控制系統(tǒng)和消防泵控制都在化水車間，因此共用1臺(tái)SWITCHHUB，采用MB＋網(wǎng)橋把Modbus協(xié)議轉(zhuǎn)換成ETHERNET協(xié)議，為增加系統(tǒng)可靠性和易于維護(hù)性，采用3個(gè)MB＋網(wǎng)橋?；刂葡到y(tǒng)通過(guò)MB＋網(wǎng)橋和車間SWITCHHUB相連，通過(guò)車間SWITCHHUB上連到光纖交換機(jī)，化水車間備用監(jiān)視計(jì)算機(jī)通過(guò)車間SWITCHHUB采集數(shù)據(jù)，進(jìn)行就地監(jiān)視。 （3）除灰控制系統(tǒng)、除渣控制系統(tǒng)、電除塵控制都在灰控車間，因此共用1臺(tái)SWITCHHUB，采用MB＋網(wǎng)橋把Modbus協(xié)議轉(zhuǎn)換成ETHERNET協(xié)議；通過(guò)在S5－115H的機(jī)架中插入工業(yè)以太網(wǎng)模塊CP1430TCP把S5協(xié)議轉(zhuǎn)換成ETHERNET協(xié)議； 由于電除塵控制系統(tǒng)為專用系統(tǒng)，只能用計(jì)算機(jī)作網(wǎng)關(guān)。灰控車間通過(guò)車間SWITCHHUB上連到光纖交換機(jī)，車間備用監(jiān)視計(jì)算機(jī)通過(guò)車間SWITCH－HUB采集數(shù)據(jù)，進(jìn)行就地監(jiān)視。 （4）循環(huán)泵房、燃油泵房、綜合泵房共用CPU模塊，通過(guò)遠(yuǎn)程I/O網(wǎng)絡(luò)連在一起，實(shí)現(xiàn)分布式控制。CPU模塊、遠(yuǎn)程I/O模塊、以太網(wǎng)模塊冗余配置。循泵房車間通過(guò)車間SWITCHHUB上連到光纖交換機(jī)，車間備用監(jiān)視計(jì)算機(jī)通過(guò)車間SWITCH－HUB采集數(shù)據(jù)，進(jìn)行就地監(jiān)視。 （5）吹灰程控系統(tǒng)采用MB＋網(wǎng)橋把Modbus協(xié)議轉(zhuǎn)換成以太網(wǎng)協(xié)議，1、2號(hào)機(jī)組兩個(gè)MB＋網(wǎng)橋。1、2號(hào)機(jī)組發(fā)電機(jī)溫度巡測(cè)儀用兩個(gè)232串口轉(zhuǎn)換器，把232串口轉(zhuǎn)換成以太網(wǎng)協(xié)議。然后通過(guò)車間SWITCHHUB上連到光纖交換機(jī)。 （6）輔助車間集控系統(tǒng)操作員站放置于集控室，通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)與各控制系統(tǒng)連接。3臺(tái)操作員站互相冗余運(yùn)行，任一臺(tái)故障，不影響運(yùn)行人員對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的監(jiān)視，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)照常工作。 4實(shí)現(xiàn)輔助車間集中監(jiān)控的關(guān)鍵技術(shù) 由于發(fā)電廠輔助車間控制系統(tǒng)I/O點(diǎn)數(shù)量龐大、輔助車間物理位置分散、輔助控制系統(tǒng)類型各異，接口數(shù)量眾多，以及存在著強(qiáng)電磁場(chǎng)等特點(diǎn)，在實(shí)現(xiàn)輔助車間監(jiān)控系統(tǒng)的工程中，必須重視以下關(guān)鍵技術(shù)和工程選型問(wèn)題。 4．1工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)的選型 輔助車間集中監(jiān)控系統(tǒng)的控制網(wǎng)絡(luò)必須能滿足安全可靠、高速實(shí)時(shí)、開放性好等特點(diǎn)。本監(jiān)控系統(tǒng)選用了交換式全雙工工業(yè)以太網(wǎng)，主要基于以下考慮： （1）常規(guī)的共享以太網(wǎng)只以半雙工模式工作，網(wǎng)絡(luò)在同一時(shí)間不能同時(shí)發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。而全雙工的以太網(wǎng)可以同時(shí)接收和發(fā)送。同時(shí)，全雙工、據(jù)；便于無(wú)限擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)距離；隔離故障，故障不會(huì)傳播到整個(gè)網(wǎng)絡(luò)；便于系統(tǒng)擴(kuò)展等優(yōu)點(diǎn)。 （2）工業(yè)交換以太網(wǎng)是完全工業(yè)級(jí)的網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品，牢靠的重負(fù)荷設(shè)計(jì)，其性能指標(biāo)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)普通的OA網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品。交換機(jī)采用雙電源冗余輸入，光纖環(huán)網(wǎng)具有線路冗余功能。 本集控系統(tǒng)主干網(wǎng)為100M全雙工交換式光纖環(huán)網(wǎng)。由于全部采用了交換機(jī)，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)分成了多個(gè)不同的網(wǎng)段，連接到網(wǎng)絡(luò)上的各臺(tái)計(jì)算機(jī)和PLC均分屬于不同的種突域，從而保證了數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性。整個(gè)網(wǎng)絡(luò)具有單點(diǎn)容錯(cuò)功能，當(dāng)環(huán)形光纜任一點(diǎn)斷開或某一節(jié)點(diǎn)故障時(shí)，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)照樣能正常通信。另外以太網(wǎng)符合當(dāng)今技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)，容易獲得技術(shù)支持，備品問(wèn)題也容易解決。 4．2網(wǎng)絡(luò)抗干擾技術(shù) 輔助系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)采用LUCENT金屬鎧裝室外多模直埋光纜組成監(jiān)控系統(tǒng)的主干通信網(wǎng)可解決輔助系統(tǒng)物理位置分散、距離遠(yuǎn)和信號(hào)易受干擾的問(wèn)題。盡可能采用屏蔽雙絞線作為操作員站和光纖交換機(jī)、網(wǎng)橋和SWITCHHUB的通信電纜，其它通信電纜采用專用電纜，以確保通信信號(hào)的可靠性，減少誤碼率。 5結(jié)束語(yǔ) 用PLC＋工業(yè)以太網(wǎng)＋HMI組態(tài)軟件實(shí)現(xiàn)輔助系統(tǒng)集中監(jiān)控，比較靈活、方便，成本較低；輔助車間集控系統(tǒng)能否實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)目標(biāo)，除了自身的技術(shù)以外，很大程度上取決于輔助系統(tǒng)本身的自動(dòng)投入情況。因此應(yīng)保證執(zhí)行機(jī)構(gòu)質(zhì)量、限位開關(guān)動(dòng)作靈活可靠、變送器準(zhǔn)確無(wú)誤；另外，由于控制中心遠(yuǎn)離現(xiàn)場(chǎng)，所以自動(dòng)控制流程所涉及的一次設(shè)備應(yīng)是可控的，不能有手動(dòng)閥之類的設(shè)備，這樣才能很好地投入自動(dòng)、在控制中心對(duì)各輔助系統(tǒng)進(jìn)行有效的監(jiān)控。 參考文獻(xiàn) ［1］邱公偉．可編程控制器網(wǎng)絡(luò)通信及應(yīng)用［M］．北京：清華大學(xué)出版社，2000