公用系統(tǒng)網(wǎng)絡通信堵塞問題分析與解決

景磊，楊永尚

(華電內(nèi)蒙古能源有限公司 包頭發(fā)電分公司，內(nèi)蒙古 包頭 014013)

0 引言

分散控制系統(tǒng)DCS(DIstributed Control System)網(wǎng)絡是火力發(fā)電廠熱工控制的重要組成部分，它就像人的神經(jīng)中樞，通過它把其他各部分有機地連接在一起，構成一個穩(wěn)定的系統(tǒng)，實現(xiàn)其重要的功能。如果網(wǎng)絡存在問題，整個系統(tǒng)將面臨癱瘓，而DCS網(wǎng)絡中的公用系統(tǒng)網(wǎng)絡又存在一定的特殊性，因為公用系統(tǒng)很少有停機檢修的機會，長時間運行會產(chǎn)生一定的隱患，給機組安全運行帶來不穩(wěn)定因素。因此，有必要對公用系統(tǒng)網(wǎng)絡進行研究，降低其可能存在的堵塞隱患，提高公用系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

1 公用系統(tǒng)網(wǎng)絡現(xiàn)狀

華電內(nèi)蒙古能源有限公司包頭發(fā)電分公司(以下簡稱華電包頭公司)DCS采用Foxboro I/A Series控制系統(tǒng)，全廠DCS共分為#1，#2機組和公用系統(tǒng)3個網(wǎng)段，每個網(wǎng)段之間通過LAN卡相連接，由LAN卡負責單元機組和公用系統(tǒng)之間的通訊，從而實現(xiàn)單元機組操作員站對公用系統(tǒng)的監(jiān)控與操作，#1，#2機組和公用系統(tǒng)網(wǎng)絡配置如圖1所示。

通過對網(wǎng)絡結構的設備分析，目前，網(wǎng)絡上的設備情況如下:

(1)#1，#2機組及公用系統(tǒng)節(jié)點系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸速率為10 Mbit/s。

(2)3個網(wǎng)絡段上的網(wǎng)絡接口卡的數(shù)據(jù)傳輸速率為5 Mbit/s。

(3)公用系統(tǒng)節(jié)點上無操作員站，只有1臺公用系統(tǒng)的工程師站AW0001。

圖1 #1，#2機組及公用系統(tǒng)網(wǎng)絡配置圖

(4)在#1機組節(jié)點上連接有2臺工程師站(AW1001，AW1002)和 5臺操作員站(WP1001，WP1002，WP1003，WP1004，WP1005)。在#2 機組節(jié)點上連接有2臺工程師站(AW2001，AW2002)和5 臺操作員站(WP2001，WP2002，WP2003，WP2004，WP2005)。

(5)在#1機組節(jié)點上連接有20對控制器(CP1001～CP1020)，在#2機組節(jié)點上連接有20對控制器(CP2001～CP2020)，在公用系統(tǒng)節(jié)點上連接有2對控制器(CP0001，CP0002)，以上控制器的傳輸速率為10 Mbit/s。

(6)通過對網(wǎng)絡的負荷進行在線測試，得出以下試驗數(shù)據(jù)，見表1。由表1可以看出，公用系統(tǒng)LAN003的負荷最高，平均發(fā)包個數(shù)在2500以上。

表1 網(wǎng)絡負荷率測試結果

2 公用系統(tǒng)網(wǎng)絡負荷高原因分析

2.1 控制器周期相位不平衡

DCS控制器的周期若與相位不匹配，會使該控制器在某個相位下處理的模塊數(shù)量很多，模塊數(shù)量多會直接導致在本相位下處理的數(shù)據(jù)量多，這會給控制器的安全運行帶來巨大的隱患，還會給網(wǎng)絡上的通信數(shù)據(jù)量帶來尖峰值，從而影響網(wǎng)絡的負荷。

2.2 組態(tài)邏輯只增加不減少

在DCS長期運行的情況下，電廠維護人員不斷更替，控制器的組態(tài)也隨之不斷變化。此時出現(xiàn)的現(xiàn)象是組態(tài)只加不減，有一部分組態(tài)實際上已無效，而控制器在讀取數(shù)據(jù)時仍將所有數(shù)據(jù)點都讀取，因而造成控制器的負荷過高，致使網(wǎng)絡數(shù)據(jù)量增多，最終導致網(wǎng)絡堵塞。

2.3 火電廠廠級監(jiān)控信息系統(tǒng)

現(xiàn)代火力發(fā)電企業(yè)均建有廠級監(jiān)控信息系統(tǒng)SIS(Supervisory Information System)，集過程實時監(jiān)測、優(yōu)化控制及生產(chǎn)過程管理為一體，是處于火電廠DCS及相關輔助程控系統(tǒng)與全廠管理信息系統(tǒng)(MIS)之間的1套實時廠級監(jiān)控信息系統(tǒng)。SIS以機組的性能計算、廠級經(jīng)濟性分析、廠級負荷分配以及機組的經(jīng)濟運行為主要目的。SIS的實時性體現(xiàn)在實時分析機組的運行參數(shù)，通過系統(tǒng)強大的數(shù)據(jù)挖掘、數(shù)據(jù)處理與優(yōu)化功能，對機組乃至全廠的運行狀況進行準確的分析、診斷與優(yōu)化。然而其基礎是DCS數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，由于不停地從DCS中讀取生產(chǎn)實時數(shù)據(jù)，在網(wǎng)絡中接近動態(tài)數(shù)據(jù)服務器，大量的數(shù)據(jù)會使DCS網(wǎng)絡堵塞變得頻繁。

2.4 #1，#2機組同時調(diào)用公用系統(tǒng)實時數(shù)據(jù)

由于華電包頭公司沒有專用公用系統(tǒng)操作員站，只能通過#1，#2機組操作員站由網(wǎng)絡接口卡LAN003調(diào)用公用系統(tǒng)實時數(shù)據(jù)。若多臺操作員站同時調(diào)用公用系統(tǒng)畫面，勢必會導致公用系統(tǒng)網(wǎng)絡通訊堵塞且每臺機組的操作員站都開5個以上的畫面窗口進行操作，每個系統(tǒng)畫面流程圖都有很多公共報警點，大大增加了公用系統(tǒng)網(wǎng)絡負荷，也會導致通信堵塞的發(fā)生。

3 對策及實施

3.1 調(diào)整控制器周期相位

調(diào)整控制器周期相位的目的是使控制器在各個處理周期內(nèi)處理數(shù)據(jù)均衡，為解決控制器周期相位不平衡的問題，應采取以下措施:首先，檢查所有控制器的周期與相位并做好記錄;其次，對所有分配不均衡的控制器進行周期與相位的調(diào)整，使之達到均衡。調(diào)整前、后對比如圖2所示。調(diào)整后，控制器每個周期的處理能力相對平均地維持在50%左右，其中2相位最明顯，由80%降低為52%，4相位由30%升高到49%。

圖2 控制器周期相位調(diào)整前、后對比圖

3.2 刪除多余組態(tài)邏輯

為解決組態(tài)只增不減的問題:首先，制訂相關制度，嚴格控制組態(tài)的增加;其次，逐個檢查控制器的邏輯，將基建遺留的試驗組態(tài)刪除，以降低控制器的負荷率。實施前、后對比情況見表2。

表2 控制器負荷率對比 %

3.3 修改SIS讀取DCS數(shù)據(jù)采樣周期

為解決SIS讀取DCS數(shù)據(jù)通信量大的問題，修改數(shù)據(jù)傳輸程序中的采樣周期，在不影響SIS取數(shù)據(jù)要求的前提下，將原周期1 s改為2 s。

3.4 減少 #1，#2機組同時調(diào)用公用系統(tǒng)數(shù)據(jù)

為解決#1，#2機組同時調(diào)用公用系統(tǒng)數(shù)據(jù)問題，將#1，#2機組操作員站操作畫面由原來的5幅改為3幅，從而減少對公用系統(tǒng)數(shù)據(jù)的調(diào)用量。

4 實施后效果

為了檢查以上措施實施后的效果，在連續(xù)10 d中的固定時間段(09:00，14:00，20:00)在線測試網(wǎng)絡負荷，測試結果的平均值見表3。實施后公用系統(tǒng)網(wǎng)絡通信負荷如圖3所示(負荷單位為包)。

表3 實施措施后平均網(wǎng)絡負荷率

圖3 措施實施前、后網(wǎng)絡負荷對比圖

5 結論

通過對公用系統(tǒng)網(wǎng)絡負荷的分析，提出了對策并實施，通信負荷由2547包以上降為1943包，提高了公用系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理占用時間，增加了公用系統(tǒng)的可靠性，提高了系統(tǒng)的運行能力，從而保證了機組的安全運行。

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