采用PLC搭建火電廠輔控網(wǎng)的構(gòu)想及安全分析

張福祥，白會(huì)平，梁春利，任元太

（大唐連城發(fā)電公司，甘肅 永登 730332）

1 引言

300MW機(jī)組及以上容量的現(xiàn)代火力發(fā)電廠，公用的輔助設(shè)施。位置分散，系統(tǒng)多樣復(fù)雜，相對(duì)獨(dú)立控制，自成體系。如何利用快速發(fā)展的計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實(shí)現(xiàn)全廠輔助車(chē)間的集中控制，成為發(fā)電企業(yè)提高運(yùn)行管理的有效手段，也必將成為有效地提高企業(yè)各項(xiàng)指標(biāo)的推動(dòng)力。隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和控制技術(shù)的發(fā)展，充分發(fā)揮現(xiàn)有裝置的功能，實(shí)現(xiàn)資源共享，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和企業(yè)管理水平。使用開(kāi)放性、標(biāo)準(zhǔn)化的工業(yè)以太網(wǎng)功能將不同廠家的控制系統(tǒng)相互連接已經(jīng)成為技術(shù)發(fā)展的必然所在，也是輔控網(wǎng)建設(shè)所依托的重要技術(shù)平臺(tái)。

將現(xiàn)有輔助車(chē)間相對(duì)分散和獨(dú)立運(yùn)行的控制系統(tǒng)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)連接起來(lái)，將控制層的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和信息集中管理綜合使用，在機(jī)組單元控制室集中監(jiān)控全廠輔助車(chē)間生產(chǎn)過(guò)程和設(shè)備，采用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)功能和PLC相結(jié)合的方式，將獨(dú)立的“水網(wǎng)”、“灰網(wǎng)”、“煤網(wǎng)”以及其它相關(guān)獨(dú)立系統(tǒng)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)聯(lián)成一個(gè)綜合控制網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)在單元控制室集中監(jiān)測(cè)、遠(yuǎn)方操作和運(yùn)行管理。并能有效地實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)安全、共享和傳輸，為生產(chǎn)管理和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)分析提供強(qiáng)大的數(shù)據(jù)源，有效推動(dòng)企業(yè)的綜合管理水平和人力資源的優(yōu)化使用。

2 輔控網(wǎng)絡(luò)改造建設(shè)及設(shè)計(jì)構(gòu)想

一般早期投產(chǎn)的和大部分在役火電機(jī)組的水網(wǎng)、灰網(wǎng)、輸煤網(wǎng)獨(dú)立運(yùn)行，形成三個(gè)獨(dú)立的運(yùn)行節(jié)點(diǎn)。水網(wǎng)包括鍋爐補(bǔ)給水系統(tǒng)、凝結(jié)水精處理系統(tǒng)、工業(yè)化學(xué)廢水處理系統(tǒng)、生活廢水處理系統(tǒng)、凈化站系統(tǒng)、汽水取樣及加藥系統(tǒng)、制氫控制系統(tǒng)；灰網(wǎng)包括除灰系統(tǒng)、除渣系統(tǒng)（含機(jī)組排水槽）、燃油泵房控制系統(tǒng)；輸煤網(wǎng)包括所有皮帶起、停和過(guò)程的集中控制。翻車(chē)機(jī)、斗輪機(jī)系統(tǒng)獨(dú)立控制，就地設(shè)有監(jiān)視站，爐膛吹灰控制系統(tǒng)一般單獨(dú)運(yùn)行。各系統(tǒng)在就地控制室獨(dú)立設(shè)操作站，均能實(shí)現(xiàn)所屬設(shè)備的控制和監(jiān)視。

而要提高電廠的管理效率，實(shí)現(xiàn)管理的信息化、自動(dòng)化、智能化，就必須實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)信息的共享和集中管理。發(fā)電廠運(yùn)行管理也必將逐步消除“自動(dòng)化孤島”，以實(shí)現(xiàn)異種系統(tǒng)互聯(lián)和集中監(jiān)控。數(shù)據(jù)共享控制網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)是在水系統(tǒng)控制網(wǎng)絡(luò)、灰渣系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)、輸煤系統(tǒng)控制網(wǎng)絡(luò)等3個(gè)主要控制點(diǎn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行改造建設(shè)，將全廠的輔網(wǎng)控制系統(tǒng)所有子站分別集中在全廠輸煤控制系統(tǒng)、水網(wǎng)控制系統(tǒng)、除灰渣網(wǎng)控制系統(tǒng)等3個(gè)集中控制點(diǎn)，集中監(jiān)控點(diǎn)設(shè)在主機(jī)組單元控制室，為保證系統(tǒng)的安全可靠，輔助網(wǎng)控制系統(tǒng)還將設(shè)有3大系統(tǒng)監(jiān)視站，在3個(gè)主要的控制點(diǎn)設(shè)有操作員站外作為后備使用，其它站點(diǎn)均不設(shè)操作站，最后通過(guò)以太網(wǎng)將以上網(wǎng)絡(luò)聯(lián)網(wǎng)，進(jìn)入全廠輔控上層網(wǎng)進(jìn)行集中監(jiān)控及管理。除水、煤、灰渣等3大網(wǎng)絡(luò)鈉入輔助控制網(wǎng)之外，還可納入其它部分獨(dú)立控制系統(tǒng)，如：電除塵控制系統(tǒng)、鍋爐爐膛吹灰控制系統(tǒng)。而對(duì)于采用獨(dú)立控制或PLC控制的脫硫系統(tǒng)也可納入輔控網(wǎng)進(jìn)行控制。

輔助控制網(wǎng)的建設(shè)可采用PLC＋計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)方式將常規(guī)的水、煤、灰3個(gè)主要網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)通過(guò)以太網(wǎng)搭建綜合輔助控制網(wǎng)，通過(guò)輔助控制網(wǎng)實(shí)現(xiàn)各個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)所屬設(shè)備的控制和監(jiān)視；輸煤、水網(wǎng)和灰、渣網(wǎng)就地站點(diǎn)正常運(yùn)行過(guò)程中只做監(jiān)視和輔控網(wǎng)后備方式（在輔助控制網(wǎng)有異常和其他方式變化時(shí)使用），正常運(yùn)行過(guò)程中各就地獨(dú)立站點(diǎn)控制功能將被閉鎖。根據(jù)實(shí)際情況將全廠電視監(jiān)控系統(tǒng)統(tǒng)一配置，各獨(dú)立系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)，并將全廠的閉路監(jiān)視系統(tǒng)納為一體，在機(jī)組主控室集中監(jiān)視，保證輔控運(yùn)行人員能夠及時(shí)了解現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備運(yùn)行情況；完善必要的輔控網(wǎng)報(bào)警系統(tǒng)，要有硬報(bào)警或帶有聲音報(bào)警功能的軟報(bào)警；同時(shí)保證輔控網(wǎng)與SIS系統(tǒng)的以太網(wǎng)接口并與SIS系統(tǒng)單向連接。由于輔助車(chē)間位置分散在全廠的各個(gè)角落，距離比較遠(yuǎn)，而且每個(gè)輔助系統(tǒng)都基本上自成體系。輔控網(wǎng)的總體設(shè)計(jì)思想是根據(jù)輔助車(chē)間工藝系統(tǒng)的功能及地理位置將其合并成輔助監(jiān)控點(diǎn)，在輔助監(jiān)控點(diǎn)設(shè)置冗余的操作員站，用于調(diào)試及現(xiàn)場(chǎng)故障的緊急事故處理。除輔助監(jiān)控點(diǎn)外的其它輔助車(chē)間不設(shè)操作員站，只設(shè)置供事故處理和調(diào)試時(shí)使用的終端。

3 輔助控制網(wǎng)的網(wǎng)路層次和安全分析

3.1 構(gòu)建后的輔助控制網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?/h3>

構(gòu)建后的輔助控制網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D如圖1所示。

（1）控制網(wǎng)絡(luò)

輔助車(chē)間監(jiān)控網(wǎng)采用冗余光纖千兆星型以太網(wǎng)絡(luò)，室外主干網(wǎng)采用鎧裝單模光纜，室外子網(wǎng)采用鎧裝多模光纜；網(wǎng)絡(luò)設(shè)備（交換機(jī)和服務(wù)器）和網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)均采用冗余配置，以保證可靠性。網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)采用星形拓?fù)?，便于工程?shí)施和故障隔離，減小網(wǎng)絡(luò)故障造成的影響?？刂凭W(wǎng)絡(luò)中的關(guān)鍵設(shè)備（如交換機(jī)、服務(wù)器）均須選用性能可靠的產(chǎn)品工業(yè)級(jí)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備；再配置上功能完善的組態(tài)軟件和數(shù)據(jù)庫(kù)軟件，形成一個(gè)配置先進(jìn)可靠、功能完善的集中控制網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，在輔控網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)上，組建和實(shí)現(xiàn)輔助車(chē)間系統(tǒng)集中控制網(wǎng)絡(luò)，從而實(shí)現(xiàn)在輔控網(wǎng)絡(luò)的單元控制室對(duì)各子控制系統(tǒng)的集中監(jiān)控（包括水網(wǎng)、煤網(wǎng)、灰網(wǎng)等系統(tǒng)）。各個(gè)輔助車(chē)間控制系統(tǒng)統(tǒng)一規(guī)劃，盡量采用統(tǒng)一的PLC及交換機(jī)產(chǎn)品。一方面保證了整個(gè)網(wǎng)絡(luò)連接方便，提高了系統(tǒng)可靠性，也有利于備件的管理。在輔控網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上可以提供與廠級(jí)監(jiān)控系統(tǒng)SIS、MIS系統(tǒng)的接口，SIS系統(tǒng)可以通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器直接訪問(wèn)過(guò)程數(shù)據(jù)，為SIS系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)全廠網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)控、生產(chǎn)管理、分析計(jì)算等功能提供可靠的保障。

圖1 構(gòu)建后的輔助控制網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

（2）輔控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)可靠性

輔控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)具有多種冗余、容錯(cuò)措施，控制系統(tǒng)電源冗余、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備冗余配置、使系統(tǒng)具有很高的可靠性，保證控制系統(tǒng)長(zhǎng)期穩(wěn)定地運(yùn)行。采用真正的冗余網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，保證系統(tǒng)的安全性。冗余交換機(jī)、冗余網(wǎng)絡(luò)通訊介質(zhì)，冗余PLC系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)接口板NOE，PLC系統(tǒng)及遠(yuǎn)程I/O站采用冗余電源模塊。網(wǎng)絡(luò)電纜的敷設(shè)，使用專(zhuān)用的電纜線槽，必要時(shí)要在主要系統(tǒng)（如化水系統(tǒng)）設(shè)置服務(wù)器，主要是數(shù)據(jù)量比較大，每個(gè)輔助車(chē)間的PLC接受上位機(jī)、水網(wǎng)操作員站及輔控網(wǎng)服務(wù)器的三重?cái)?shù)據(jù)存取，負(fù)荷量可能很大，為了降低就地PLC以及整個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的負(fù)荷量，保證整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的可靠性及控制系統(tǒng)的速度，水網(wǎng)控制系統(tǒng)可設(shè)計(jì)兩臺(tái)服務(wù)器作為與全廠輔控網(wǎng)的通訊接口設(shè)備，輔控網(wǎng)的操作員站以客戶端的形式從水網(wǎng)服務(wù)器上存取數(shù)據(jù)。

3.2 構(gòu)建后的輔助控制網(wǎng)絡(luò)安全分析

全廠輔網(wǎng)采用上位機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和可編程控制器（PLC）相結(jié)合的方式，將“水”網(wǎng)、“灰”網(wǎng)、“煤”網(wǎng)連成一個(gè)監(jiān)視網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)在單元控制室集中監(jiān)測(cè)、遠(yuǎn)方操作和運(yùn)行管理；一旦控制網(wǎng)故障或數(shù)據(jù)遭到侵害，會(huì)造成很大的損失，并直接影響生產(chǎn)過(guò)程的安全，故必須要保證以下環(huán)節(jié)的安全。

（1）網(wǎng)絡(luò)安全方面

網(wǎng)絡(luò)各級(jí)軟件必須設(shè)置不同的訪問(wèn)權(quán)限、訪問(wèn)方式等，通過(guò)口令進(jìn)行訪問(wèn)認(rèn)證，對(duì)不同的人員設(shè)置不同的訪問(wèn)密碼和訪問(wèn)權(quán)限，同時(shí)對(duì)操作員站上的操作進(jìn)行記錄和打印。主要網(wǎng)絡(luò)設(shè)備要冗余配置，雙網(wǎng)熱備控制，網(wǎng)絡(luò)有專(zhuān)人進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行維護(hù)和管理，定期檢查和測(cè)試系統(tǒng)。

（2）實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)安全方面

系統(tǒng)配置冗余的操作員站，要從硬件上保證系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)的可靠性，同時(shí)通過(guò)設(shè)置軟件訪問(wèn)權(quán)限、訪問(wèn)方式避免非法操作；安裝殺毒軟件并定期升級(jí)，避免病毒對(duì)控制網(wǎng)絡(luò)的破壞，尤其要保證控制系統(tǒng)所使用的任何存儲(chǔ)設(shè)備必須為專(zhuān)用，從管理方法和手段上杜絕人為造成的病毒侵害。

（3）操作安全

通過(guò)設(shè)置軟件訪問(wèn)權(quán)限及訪問(wèn)方式，使得系統(tǒng)避免非法操作。即系統(tǒng)投運(yùn)后，一般情況下，監(jiān)控在輔助車(chē)間集中控制室進(jìn)行；當(dāng)某一輔助監(jiān)控點(diǎn)需要操作時(shí)，系統(tǒng)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程授權(quán)在輔助監(jiān)控點(diǎn)進(jìn)行操作，此時(shí)輔助車(chē)間控制室對(duì)此輔助監(jiān)控點(diǎn)無(wú)操作能力；當(dāng)操作完成后，系統(tǒng)自動(dòng)收回授權(quán)，輔助監(jiān)控點(diǎn)不能進(jìn)行操作，輔網(wǎng)控制室恢復(fù)其控制功能。同時(shí)要在操作按鈕上設(shè)置必要的閉鎖方式，重要系統(tǒng)的方式以不同的顏色區(qū)分，提醒運(yùn)行人員提高操作監(jiān)護(hù)等級(jí)。

（4）供電安全

輔網(wǎng)系統(tǒng)可接受外部輸入的2路交流電源，同時(shí)系統(tǒng)配置有交、直流切換器和冗余的直流電源保證系統(tǒng)的供電可靠性，重要裝置要配備UPS電源，并要保證電源切換開(kāi)關(guān)的可靠性。

3.3 輔助車(chē)間網(wǎng)絡(luò)控制功能要求

輔助車(chē)間監(jiān)控系統(tǒng)能對(duì)電廠輔助車(chē)間工藝系統(tǒng)與設(shè)備的工藝系統(tǒng)的順序控制發(fā)出起停指令與手操、單操；實(shí)現(xiàn)各工藝系統(tǒng)的順序控制、模擬量控制、設(shè)備的聯(lián)鎖保護(hù)功能、系統(tǒng)報(bào)警和數(shù)據(jù)記錄；輔助車(chē)間監(jiān)控系統(tǒng)易于組態(tài)，易于使用，易于擴(kuò)展；輔助車(chē)間監(jiān)控系統(tǒng)具有診斷功能，具有高度的可靠性。輔助車(chē)間公用網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)任一分系統(tǒng)發(fā)生故障，均不影響整個(gè)系統(tǒng)的正常工作；輔助車(chē)間監(jiān)控系統(tǒng)的參數(shù)、報(bào)警和自診斷功能均高度集中在CRT上顯示和在打印機(jī)上打??；輔控網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)集中輔助車(chē)間所有的控制數(shù)據(jù)，為統(tǒng)一編碼，統(tǒng)一分配，統(tǒng)一組態(tài)的綜合實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)，有利于系統(tǒng)的備份、恢復(fù)和數(shù)據(jù)安全管理，減少數(shù)據(jù)接口和傳輸途徑，提高了系統(tǒng)防止人為因素和病毒的干擾；并可提供給SIS系統(tǒng)、MIS系統(tǒng)使用；為SIS和MIS系統(tǒng)提供輔機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行和控制的實(shí)時(shí)及歷史數(shù)據(jù)，可集中監(jiān)控輔控網(wǎng)絡(luò)中的所有控制子系統(tǒng)。各輔助車(chē)間控制系統(tǒng)（化水、除灰、輸煤等）的畫(huà)面和數(shù)據(jù)庫(kù)按照整個(gè)輔助車(chē)間集中監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃來(lái)完成，各自系統(tǒng)畫(huà)面和數(shù)據(jù)庫(kù)的具有良好移植性，便于控制系統(tǒng)設(shè)備的維護(hù)和備件的管理，更有利于培訓(xùn)全能輔控值班人員。

4 結(jié)束語(yǔ)

輔助車(chē)間實(shí)現(xiàn)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)化和集中控制，提高了輔助車(chē)間運(yùn)行與管理水平，同時(shí)提高了電廠運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)性，更有利于各項(xiàng)經(jīng)濟(jì)、技術(shù)指標(biāo)的統(tǒng)計(jì)和分析，有利于推動(dòng)企業(yè)的節(jié)能減排和耗差分析工作，更有利于人力資源的整合，人員技能的全面提高。所有當(dāng)值運(yùn)行人員在控制室可以方便地了解和協(xié)調(diào)處理機(jī)組和全廠主輔設(shè)備的運(yùn)行時(shí)實(shí)狀況。在全廠信息系統(tǒng)上，各級(jí)生產(chǎn)管理和技術(shù)人員也能全面地監(jiān)視、了解全廠輔助車(chē)間的運(yùn)行狀況，為全面提升電廠綜合自動(dòng)化水平奠定基礎(chǔ)。也必將有利于系統(tǒng)備件和費(fèi)用的有效管理和電廠運(yùn)行人員、維護(hù)人員的綜合培訓(xùn)。

［1］大唐國(guó)際輔助控制網(wǎng)調(diào)研報(bào)告，大唐國(guó)際發(fā)電股份有限公司，2007，7.