本論文對華能沁北電廠輔助車間控制網的方案、功能及實施等進行了詳細描述，著重闡述了QUANTUM PLC在整個輔助車間控制網中的作用，同時對其他電廠的相關技術人員有一定的參考作用。 　　 系統(tǒng)概述 　　 華能沁北電廠一期（2X600MW）輔助車間控制網（以下簡稱沁北電廠輔控網）是對各個輔助系統(tǒng)進行集中監(jiān)視和控制的系統(tǒng)，包括了以下的子控制系統(tǒng)： 　　■化學水處理系統(tǒng)（包括鍋爐補給水系統(tǒng)，超濾反滲透系統(tǒng)） 　　■飛灰輸送系統(tǒng) 　　■除渣系統(tǒng) 　　■凝結水精處理系統(tǒng) 　　■電除塵系統(tǒng) 　　■燃油泵房系統(tǒng) 　　■綜合水泵房系統(tǒng)（包括空壓機系統(tǒng)，采暖加熱站） 　　■工業(yè)污廢水系統(tǒng)（包括生活污水處理系統(tǒng)） 　　■輸煤程控系統(tǒng)（包括煤水處理系統(tǒng)） 　　 輔助車間的監(jiān)控系統(tǒng)分兩層，第一層即現(xiàn)場控制層，該層是生產控制的執(zhí)行層，包括化學水處理系統(tǒng)、除灰渣、電除塵、燃油泵房、綜合水泵房、采暖加熱站、工業(yè)污廢水等各輔助車間控制系統(tǒng)的QUANTUM PLC和就地控制室上位工控機通過MB+網構成的各輔助車間完整的監(jiān)視與控制系統(tǒng)。第二層即輔控網監(jiān)控層，是全廠輔機控網系統(tǒng)的核心層，采用光纖、光纖收發(fā)器、交換機、服務器及工控機，構成上一層完整的監(jiān)視控制系統(tǒng)。輔控網監(jiān)控層與現(xiàn)場控制層之間采用冗余星型網連接，使得整個系統(tǒng)具有極高的可靠性。 　　 系統(tǒng)工藝描述 　　 在華能沁北輔控網中，2臺服務器負責獲取I/O信息，生成數(shù)據(jù)庫。操作員站提供標準的HMI畫面供運行人員操作，同時還要具備系統(tǒng)報警顯示查詢、報表制作、趨勢顯示、系統(tǒng)狀態(tài)診斷、控制系統(tǒng)組態(tài)、數(shù)據(jù)庫的管理和維護、上位機畫面的編輯和修改等等功能。同時輔控網對系統(tǒng)的相關參數(shù)有嚴格的要求： 　　■QUANTUM PLC CPU模件的負荷率必須小于40%； 　　■通訊網絡的負荷率必須不大于25%； 　　■I/O點裕量為10%，I/O卡槽裕量為15%； 　　■內部存儲器占用容量≤50%，外部存儲器占用容量≤40%； 　　■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； 　　■整套控制系統(tǒng)的可用率為99.9%； 　　■每幅畫面上實時數(shù)據(jù)更新時間不大于1秒； 　　■運行人員通過鍵盤、鼠標等手段發(fā)出的任何操作指令均能在1秒內被執(zhí)行； 　　■LCD每幅畫面上調出畫面時間≤2秒； 　　因此，系統(tǒng)的難點和重點在于輔控網系統(tǒng)的網絡設計。一個優(yōu)秀的網絡設計要滿足以下幾個方面的要求： 　　■可擴展性：系統(tǒng)的規(guī)劃必須考慮到將來發(fā)展的需要； 　　■高可用性：系統(tǒng)必須設計為冗余，既可以是CPU冗余，也可以是網絡鏈路冗余或服務器冗余，還可以是以上幾個冗余的結合； 　　■靈活性：設計良好的網絡能夠最大限度地降低添加、變更或拆除設備帶來的影響； 　　■故障的可追蹤性：當系統(tǒng)發(fā)生故障時，設計優(yōu)良的網絡使得維護人員可以方便準確地確定故障點以及排除故障的方法。 　　 在以上的幾個對網絡的基本要求中，高可用性是一個優(yōu)秀網絡設計人員的首選，是重中之重。在沁北輔控網中，現(xiàn)場控制層通過將系統(tǒng)設計為CPU冗余，同時本地站與遠程I/O站采用雙纜結構通訊，現(xiàn)場上位機通過兩塊網卡實現(xiàn)網絡鏈路冗余以實現(xiàn)系統(tǒng)的高可用性；輔控網監(jiān)控層通過服務器冗余和交換機冗余保證了系統(tǒng)的高可用性。 　　 系統(tǒng)的組成及施耐德解決方案 　　 沁北電廠輔控網的子控制系統(tǒng)中的化學水處理系統(tǒng)、輸煤程控系統(tǒng)、除灰程控系統(tǒng)、凝結水精處理系統(tǒng)、綜合水泵房系統(tǒng)（包括空壓機系統(tǒng)，采暖加熱站），燃油泵房系統(tǒng)，工業(yè)污水處理系統(tǒng)（包括生活污水處理系統(tǒng)）系統(tǒng)均采用Modicon QUANTUM PLC。每個控制站均包括有Modicon QUANTUM CPU、電源、本地I/O模塊、遠程I/O通訊模塊，以及現(xiàn)場輔助監(jiān)控工作站等。 　　 沁北電廠輔控網網絡采用冗余星型結構。兩臺服務器、兩臺網絡中心交換機布置在集控樓的機房內，3臺監(jiān)控工作站及工程師站均布置于中央控制室。服務器、監(jiān)控工作站及工程師站通過冗余通道與中心交換機連接。網絡中心交換機通過冗余光纖分別與各輔助輔助車間控制系統(tǒng)的交換機連接，構成網絡的主干。網絡中心配置2臺德國赫斯曼公司的Mice 3000工業(yè)級交換機，用來連接服務器、操作員站、工程師站和各子控制系統(tǒng)的二級交換機。兩臺Dell PowerEdge 1600SC 高性能服務器通過以太網直接與各子控制系統(tǒng)的QUANTUM PLC通訊，從PLC中采集實時數(shù)據(jù)，存儲于服務器中，承擔輔控網系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集、存儲、處理和服務工作，并配置3臺研華IPC 610工業(yè)控制機主機及21寸工業(yè)級液晶顯示器作為操作員站，任意一臺操作員站可承擔工程師站功能。為在系統(tǒng)調試、啟動初期以及生產巡檢時方便運行操作，各輔助車間程控系統(tǒng)還設有各自的監(jiān)控上位機。各輔助車間程控QUANTUM PLC系統(tǒng)與其車間監(jiān)控上位機的組網方式采用Modicon的MB+網。 [align=center] 圖1： 沁北輔控網的網絡拓撲圖[/align] 輔控網的網絡拓撲（如圖1）： 　　 現(xiàn)場程控控制系統(tǒng)采用QUANTUM PLC和上位機的兩級控制結構方式，利用PLC對現(xiàn)場的設備進行數(shù)據(jù)采集和控制，一般情況下由中央控制室的輔控網操作員站完成對各個子系統(tǒng)的監(jiān)控與操作，現(xiàn)場各系統(tǒng)調試或輔控網絡故障時由現(xiàn)場輔助監(jiān)控工作臨時接替監(jiān)控功能。 控制系統(tǒng)由上位機和QUANTUM PLC構成，上位機和PLC之間通過MB+進行通訊?？刂浦鳈C型號為140CPU43412或140CPU53414。CPU采用雙機熱備。在本地站與遠程I/O分站均采用雙纜冗余結構通訊，以提高整個系統(tǒng)的可靠性?？刂葡到y(tǒng)的PLC配置如圖2所示。 [align=center] 圖2： 現(xiàn)場控制層的網絡拓撲圖[/align] 所有現(xiàn)場傳感器信號及控制信號（輸入/輸出）均通過OMRON繼電器隔離后再與QUANTUM PLC的I/O模塊連接?？刂乒駜入娫礊镈C24V，現(xiàn)場和控制室傳送信號采用AC220V。 　　 以前的輔控網設計中,子網系統(tǒng)中的上位機和PLC之間一般采用以太網通訊,即上位機和PLC系統(tǒng)中的以太網通訊模塊連接在位于子網控制室的交換機上,以完成對PLC系統(tǒng)CPU的訪問.而輔控網的服務器也是通過光纖訪問子系統(tǒng)的以太網模塊.這樣,系統(tǒng)很容易造成擁塞。 　　 沁北電廠輔控網創(chuàng)造性地采用了雙層的通訊模式.即子系統(tǒng)的本地上位機通過安裝在上位機內的SA85卡連接到CPU的MB+ 口上組成現(xiàn)場控制層的MB+網, 而輔控網核心的服務器通過100M光纖以太網訪問現(xiàn)場QUANTUM PLC的CPU。 　　 MB+網是Modbus plus網絡的簡稱，它是由Modicon公司開發(fā)的為工業(yè)控制應用的令牌總線型以太網。同時，MB+網又是一個本地網絡，它允許主計算機、可編程控制器和其他數(shù)據(jù)源以對等方式進行通信，適用于工業(yè)控制領域。網絡總線采用單/ 雙電纜布局，可連接至多64 個可尋址節(jié)點，傳輸速率達1Mbps。ＭＢ＋網具有高速、對等通信結構簡單、安裝費用低等特點。將現(xiàn)場控制層的網絡結構設計成為MB+網，具有以下的優(yōu)點： 　　■網絡系統(tǒng)規(guī)劃設計簡單明了，易于安裝，費用低廉。 　　■網絡中各PLC系統(tǒng)是對等的MB+網絡從站，是提供被監(jiān)控參數(shù)的站點；各監(jiān)控計算機是對等的MB+網絡主站，是網絡通信中令牌的占用者、控制者。各監(jiān)控計算機可對MB+網絡中的任意QUANTUM PLC系統(tǒng)所控制的生產過程實現(xiàn)監(jiān)控。 　　■因其對等性，網絡系統(tǒng)中各監(jiān)控系統(tǒng)對各PLC系統(tǒng)實現(xiàn)監(jiān)控的任意性，使得各監(jiān)控系統(tǒng)計算機實際可互為備用，且網絡設備易于擴展、更換。 　　■網絡系統(tǒng)通信速率高，控制實時性能力強，不會導致控制滯后。 　　 MB+網不僅硬件配置方便、軟件編程簡單，而且SA85卡和QUANTUM PLC上的MB+網的接口還提供了錯誤指示燈，根據(jù)燈閃爍的頻率和和次數(shù)的不同還可以方便地判斷出問題的根源，這樣就保證了維護人員在較短的時間內發(fā)現(xiàn)故障、解決問題。從現(xiàn)場的綜合使用情況來看，由QUANTUM PLC和上位機組成的現(xiàn)場MB+網不僅調試方便、維護簡單而且可靠性高。 　　 輔控網監(jiān)控層是基于TCP/IP的以太網技術。該層中通過各個子網系統(tǒng)的交換機或冗余機架上的NOE模塊上的光纖接口連接到輔控網的核心交換機上組成快速百兆以太網。當運行人員發(fā)出操作指令時，系統(tǒng)通過服務器上的數(shù)據(jù)庫迅速定位到相應子網系統(tǒng)的CPU上，通過QUANTUM PLC中的程序控制現(xiàn)場相應設備的啟動和停止。 　　 總之，在沁北輔控網中，通過把現(xiàn)場監(jiān)控層和輔控網控制層中的上位機和QUANTUM PLC設置為不同的通訊方式，使得輔控網的擁塞和碰撞大大地減少，這樣就減輕了輔控網控制層的負擔，完全避免了以往輔控網系統(tǒng)中現(xiàn)場監(jiān)控層和輔控網控制層的擁塞和網絡碰撞,同時由于現(xiàn)場分系統(tǒng)的上位機完全隔離,不能互相訪問也大大增強了各個子系統(tǒng)的安全性。由于輔控網和就地控制網之間采用了不同的通訊方式,最大限度的保證了系統(tǒng)可靠性：即如果就地監(jiān)控網絡系統(tǒng)崩潰，輔網完全可以進行監(jiān)控，反之，輔網崩潰，就地監(jiān)控上位機也可以正常工作。 　　 應用總結 　　 作為華能沁北輔控網的現(xiàn)場控制設備，施耐德QUANTUM PLC以其優(yōu)越的性能在數(shù)據(jù)采集和控制方面發(fā)揮著積極的作用。其中CPU 53414更是單機支持超過300個回路和高達65000點I/O，背板總線速率更是高達80M。同時QUANTUM系統(tǒng)提供了IEC要求的全部五種編程方式：LD、FBD、SFC、ST和IL，完全滿足了現(xiàn)場用戶的各種需求。現(xiàn)場控制層的MB+總線型網絡和核心控制層的以太網網絡避免了傳統(tǒng)輔控網結構的網絡擁塞、減輕了系統(tǒng)的負擔、隔離了各個輔控網的子系統(tǒng)，使得系統(tǒng)的安全性和可靠性大大提升。 　　 本項目合同額為335萬，經輔控網整合后，所有輔機子系統(tǒng)現(xiàn)場達到無人職守，每個值僅有監(jiān)控主值2人，現(xiàn)場巡檢3人，電廠用五班制，加上管理人員，不到30名工作人員就可以監(jiān)控所有的系統(tǒng)。而過去每個子系統(tǒng)至少每值需要1-2人或是更多人值班、巡檢，每值至少20人以上，工作人員達100多人以上?？偣部晒?jié)省人員70-90人，每人每年5萬元，企業(yè)每年可直接減少開支近400萬元。由于安全性以及管理決策便利間接帶來的經濟效益更是巨大的。同時輔控網系統(tǒng)從根本上改變了傳統(tǒng)電廠輔機系統(tǒng)的運行模式，為電力系統(tǒng)的自動化打開了一個新的領域。