摘 要：介紹國內(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)計方案，總結(jié)了實現(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；工業(yè)以太網(wǎng)；輔助車間；集控 目前在國內(nèi)的大中型火力發(fā)電廠機組上，主機已普遍采用DCS控制系統(tǒng)，外圍輔助系統(tǒng)也采用PLC＋上位機的控制方式進行控制，從而大大提高機組運行的效率；采用網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)加強電廠的運行與管理工作也逐步在推廣應(yīng)用之中。最近國內(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，在大中型電站控制與管理系統(tǒng)中，采用當(dāng)今先進的計算機及網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)將整個電站實現(xiàn)集中監(jiān)控的基礎(chǔ)條件已經(jīng)成熟。實現(xiàn)輔助車間集中監(jiān)控系統(tǒng)，是實現(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 對于已投產(chǎn)運行的大中型火力發(fā)電廠的輔助車間控制系統(tǒng)，普遍存在以下問題： （1）輔助車間控制系統(tǒng)I/O點數(shù)量龐大 以浙江嘉興發(fā)電廠為例：輔助系統(tǒng)總共I/O點數(shù)約為5635點，其中模擬量有980點，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（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點數(shù)已超過7000點。 （2）輔助車間物理位置分散 輔助系統(tǒng)分布在電廠的各個地方，相互之間距離遠，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，必須解決遠距離通信和信號衰減問題。 （3）輔助控制系統(tǒng)類型各異，接口數(shù)量眾多 由于各個輔助控制系統(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單片機為核心的專用控制系統(tǒng)、巡測儀是232接口。各個控制系統(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)換問題，保證在不同接口、協(xié)議之間，可靠準(zhǔn)確地進行數(shù)據(jù)傳送、交換。同時，必須提供開放性的實時數(shù)據(jù)接工，以便給電廠SIS系統(tǒng)提供實時信息。 （4）操作員站的人機界面各異 由于各個輔助車間控制系統(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，實現(xiàn)輔助車間集中控制必須采用設(shè)計統(tǒng)一的人機界面，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)拓撲結(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)境下運行的應(yīng)用，都可以在標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)下運行。 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)過加固設(shè)計的，比如采用了工業(yè)級的芯片，工業(yè)級的接插件和連接器，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間，因此工業(yè)以太網(wǎng)的冗余網(wǎng)絡(luò)切換可以做到無擾動。 （4）工業(yè)以太網(wǎng)設(shè)備具有較寬的運行溫度范圍，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)控制計算機和商用計算機的異同，工業(yè)以太網(wǎng)是專門為工業(yè)環(huán)境和應(yīng)用設(shè)計的標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)。 3輔助車間集控系統(tǒng)總體設(shè)計方案 由于各個控制系統(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)換問題，保證在不同接口、協(xié)議之間，可靠準(zhǔn)確地進行數(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)級交換機建立工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)，采用統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)平臺和軟件平臺，來互連各個不同的輔助控制系統(tǒng)，實現(xiàn)外圍輔助系統(tǒng)實現(xiàn)集中控制。下面簡單介紹整個輔助車間集控系統(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)通過在S7－300的機架上插入工業(yè)以太網(wǎng)模塊CP343－ITCP和車間SWITCHHUB相連，通過車間SWITCHHUB上連到光纖交換機，加藥車間備用監(jiān)視計算機通過車間SWITCHHUB采集數(shù)據(jù)，當(dāng)然也可通過MPI接口采集數(shù)據(jù)。 （2）化學(xué)補給水控制系統(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)可靠性和易于維護性，采用3個MB＋網(wǎng)橋。化水控制系統(tǒng)通過MB＋網(wǎng)橋和車間SWITCHHUB相連，通過車間SWITCHHUB上連到光纖交換機，化水車間備用監(jiān)視計算機通過車間SWITCHHUB采集數(shù)據(jù)，進行就地監(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SWITCHHUB，采用MB＋網(wǎng)橋把Modbus協(xié)議轉(zhuǎn)換成ETHERNET協(xié)議；通過在S5－115H的機架中插入工業(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)，只能用計算機作網(wǎng)關(guān)。灰控車間通過車間SWITCHHUB上連到光纖交換機，車間備用監(jiān)視計算機通過車間SWITCH－HUB采集數(shù)據(jù)，進行就地監(jiān)視。 （4）循環(huán)泵房、燃油泵房、綜合泵房共用CPU模塊，通過遠程I/O網(wǎng)絡(luò)連在一起，實現(xiàn)分布式控制。CPU模塊、遠程I/O模塊、以太網(wǎng)模塊冗余配置。循泵房車間通過車間SWITCHHUB上連到光纖交換機，車間備用監(jiān)視計算機通過車間SWITCH－HUB采集數(shù)據(jù)，進行就地監(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號機組兩個MB＋網(wǎng)橋。1、2號機組發(fā)電機溫度巡測儀用兩個232串口轉(zhuǎn)換器，把232串口轉(zhuǎn)換成以太網(wǎng)協(xié)議。然后通過車間SWITCHHUB上連到光纖交換機。 （6）輔助車間集控系統(tǒng)操作員站放置于集控室，通過工業(yè)以太網(wǎng)與各控制系統(tǒng)連接。3臺操作員站互相冗余運行，任一臺故障，不影響運行人員對整個系統(tǒng)的監(jiān)視，整個網(wǎng)絡(luò)照常工作。 4實現(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，以及存在著強電磁場等特點，在實現(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、高速實時、開放性好等特點。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)在同一時間不能同時發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。而全雙工的以太網(wǎng)可以同時接收和發(fā)送。同時，全雙工、據(jù)；便于無限擴展網(wǎng)絡(luò)距離；隔離故障，故障不會傳播到整個網(wǎng)絡(luò)；便于系統(tǒng)擴展等優(yōu)點。 （2）工業(yè)交換以太網(wǎng)是完全工業(yè)級的網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品，牢靠的重負荷設(shè)計，其性能指標(biāo)遠遠超過普通的OA網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品。交換機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，整個網(wǎng)絡(luò)分成了多個不同的網(wǎng)段，連接到網(wǎng)絡(luò)上的各臺計算機和PLC均分屬于不同的種突域，從而保證了數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶崟r性。整個網(wǎng)絡(luò)具有單點容錯功能，當(dāng)環(huán)形光纜任一點斷開或某一節(jié)點故障時，整個網(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，容易獲得技術(shù)支持，備品問題也容易解決。 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、距離遠和信號易受干擾的問題。盡可能采用屏蔽雙絞線作為操作員站和光纖交換機、網(wǎng)橋和SWITCHHUB的通信電纜，其它通信電纜采用專用電纜，以確保通信信號的可靠性，減少誤碼率。 5結(jié)束語 用PLC＋工業(yè)以太網(wǎng)＋HMI組態(tài)軟件實現(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)能否實現(xiàn)設(shè)計目標(biāo)，除了自身的技術(shù)以外，很大程度上取決于輔助系統(tǒng)本身的自動投入情況。因此應(yīng)保證執(zhí)行機構(gòu)質(zhì)量、限位開關(guān)動作靈活可靠、變送器準(zhǔn)確無誤；另外，由于控制中心遠離現(xiàn)場，所以自動控制流程所涉及的一次設(shè)備應(yīng)是可控的，不能有手動閥之類的設(shè)備，這樣才能很好地投入自動、在控制中心對各輔助系統(tǒng)進行有效的監(jiān)控。 參考文獻 ［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