電廠輔網(wǎng)解決方案的應(yīng)用研究

林禮輝

（廈門龍凈環(huán)保節(jié)能科技有限公司，福建 廈門 361000）

概述

火電廠輔助系統(tǒng)主要有輸煤、化水、除灰渣、脫硫子系統(tǒng)等，對(duì)于200MW及以上的機(jī)組來(lái)說(shuō)，輔助系統(tǒng)大都已采用計(jì)算機(jī)控制，隨著4C技術(shù)（控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、通訊技術(shù)和圖形顯示技術(shù)）和單片機(jī)或者PLC+組態(tài)軟件控制技術(shù)的日益成熟，為各子系統(tǒng)并入輔助網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)集中控制打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。也可根據(jù)用戶的要求，將其它子系統(tǒng)（如循環(huán)水系統(tǒng)、凝結(jié)水系統(tǒng)、電氣二次回路、污水系統(tǒng)、制氫系統(tǒng)、空壓機(jī)系統(tǒng)等）也納為輔助網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的成員。

單片機(jī)或者PLC加上位機(jī)控制技術(shù)解決了獨(dú)立系統(tǒng)運(yùn)行的安全及可靠性，但獨(dú)立且分散的控制系統(tǒng)必然使用較多的運(yùn)行人員，而且也暴露了諸如聯(lián)系不方便，備品備件種類多，難于管理及設(shè)備投資大等缺點(diǎn)。輔助網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)克服了原有獨(dú)立且分散的控制系統(tǒng)的缺點(diǎn)，可最大可能的將運(yùn)行人員減到最少。使控制系統(tǒng)在基本不提高造價(jià)的情況下，使輔助網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的水平達(dá)到基本與主機(jī)DCS控制系統(tǒng)相當(dāng)?shù)乃剑⑹馆o助控制系統(tǒng)創(chuàng)造了與主機(jī)DCS及其他管理系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)的可能性。

1 通訊方案

由于現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的種類繁多，且產(chǎn)品的不斷升級(jí)，往往給用戶和軟件開(kāi)發(fā)商帶來(lái)了巨大的工作負(fù)擔(dān)。通常這樣也不能滿足工作的實(shí)際需要，系統(tǒng)集成商和開(kāi)發(fā)商急切需要一種具有高效性、可靠性、開(kāi)放性、可互操作性的即插即用的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序。做輔網(wǎng)就面臨這樣的要求，要求能把各個(gè)廠家各種設(shè)備集成到一個(gè)設(shè)備上。在這種情況下，不同供應(yīng)廠的設(shè)備和應(yīng)用程序之間的軟件接口就需要標(biāo)準(zhǔn)化，使其間的數(shù)據(jù)交換更加簡(jiǎn)單化。目前常用的幾種通訊方案有以下：

1.1 c/s模式

C/S（Client/Server，客戶機(jī)/服務(wù)器）模式又稱C/S結(jié)構(gòu)，是軟件系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)的一種。上位機(jī)軟件通過(guò)只有通訊協(xié)議和單片機(jī)或者PLC通訊，一般以就地控制的電腦為服務(wù)器，在輔控室安裝客戶端軟件（一般不超過(guò)三臺(tái)），客戶程序通過(guò)IP地址自動(dòng)地尋找服務(wù)器程序，并向其發(fā)出請(qǐng)求，服務(wù)器程序根據(jù)預(yù)定的規(guī)則作出應(yīng)答，送回結(jié)果。這種結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)是工作量少，功能完善，某個(gè)廠家就地控制的所有功能在輔控室能夠完整體現(xiàn)，特別是對(duì)自主開(kāi)發(fā)的單片機(jī)控制的系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，減少很多的工作，早期曾大量使用；缺點(diǎn)是沒(méi)有完全融入輔控軟件，為操作員所不喜。

1.2 OPC接口

OPC（OLE for Process Control， 用于過(guò)程控制的OLE）是一個(gè)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，2002年興起，2004年的時(shí)候廣泛應(yīng)用于各電廠。主要解決了這幾個(gè)問(wèn)題：設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序開(kāi)發(fā)中的異構(gòu)問(wèn)題、現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)中異構(gòu)網(wǎng)段之間數(shù)據(jù)交換、可作為訪問(wèn)專有數(shù)據(jù)庫(kù)的中間件、便于集成不同的數(shù)據(jù)、使控制軟件能夠與硬件分別設(shè)計(jì)。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如下：

IPC系統(tǒng)軟件作為OPC Server，其它控制系統(tǒng)的軟件作為OPC Client。雙方數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送是通過(guò)網(wǎng)卡在局域網(wǎng)上實(shí)現(xiàn)的。有了OPC后，由于有了統(tǒng)一的接口標(biāo)準(zhǔn)，硬件廠商只需提供一套符合OPC技術(shù)的程序，軟件開(kāi)發(fā)人員也只需編寫一個(gè)接口，而用戶可以方便地進(jìn)行設(shè)備的選型和功能的擴(kuò)充，只要它們提供了OPC支持，所有的數(shù)據(jù)交換都通過(guò)OPC接口進(jìn)行，而不論連接的控制系統(tǒng)或設(shè)備是哪個(gè)具體廠商提供。

1.3 Modbus RTU

這是串口通訊協(xié)議，通訊數(shù)據(jù)較少，速度慢。在OPC和Modbus tcp/ip出來(lái)前比較常用。

1.4 Modbus TCP/IP

應(yīng)用層報(bào)文傳輸協(xié)議（OSI模型第7層），通過(guò)以太網(wǎng)通訊。通訊數(shù)據(jù)量大，速度快，配置簡(jiǎn)單，只要在同一個(gè)網(wǎng)段內(nèi)，網(wǎng)絡(luò)正常，通訊基本不會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題。

上面4種方案是這幾年輔控網(wǎng)最常用的通訊方式，各有優(yōu)缺點(diǎn)。C/S模式省工作量，但做出來(lái)的監(jiān)控畫面不統(tǒng)一；OPC通訊速度快但相對(duì)不是很穩(wěn)定，而且配置比較麻煩；Modbus RTU通訊穩(wěn)定，速度較慢；Mobus TCP/IP通訊速度快，較穩(wěn)定，是這兩年用的比較多的一種。

1.5 集成后的技術(shù)特點(diǎn)

其基本思想是分散控制、集中操作、分級(jí)管理、配置靈活、組態(tài)方便。集成后的系統(tǒng)要求高可靠性，開(kāi)放性，系統(tǒng)穩(wěn)定，操作簡(jiǎn)單方便和集中控制。

2 網(wǎng)絡(luò)方案

輔助系統(tǒng)都很分散，有些輔助系統(tǒng)相距可達(dá)數(shù)公里。通訊信號(hào)的遠(yuǎn)距離傳送極易受到干擾和衰減，要使整個(gè)網(wǎng)絡(luò)能正常、可靠、高效的工作，采用適宜的網(wǎng)絡(luò)配置、拓樸結(jié)構(gòu)及系統(tǒng)組態(tài)平臺(tái)，將是技術(shù)關(guān)鍵所在。

數(shù)字量通訊格式為客戶端發(fā)數(shù)據(jù)請(qǐng)求：

服務(wù)端響應(yīng)：

模擬量的通訊格式為客戶端發(fā)數(shù)據(jù)請(qǐng)求：

服務(wù)端響應(yīng)：

針對(duì)新建電廠及老電廠的不同情況，我們從網(wǎng)絡(luò)拓樸結(jié)構(gòu)、硬件配置和軟件選擇、一次元件選型、機(jī)柜設(shè)計(jì)、用戶界面設(shè)計(jì)等方面設(shè)計(jì)了新建電廠及老電廠改造采用輔助網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的多種方式，并按用戶的經(jīng)濟(jì)承受能力設(shè)計(jì)了多種硬件及網(wǎng)絡(luò)的配置，為用戶提供多種可行的方案。

在新建電廠采用輔助網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)時(shí)，設(shè)計(jì)中采取了更多的措施，以切實(shí)保證系統(tǒng)的可靠性。如網(wǎng)絡(luò)采用雙環(huán)網(wǎng)配置，PLC采用雙機(jī)熱備運(yùn)行等。在調(diào)試及檢修時(shí)，可在現(xiàn)場(chǎng)機(jī)柜上預(yù)留接口，以方便現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試及檢修。在軟件上盡可能的采用了當(dāng)今的計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)的最新發(fā)展成果，使得整套輔助網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)比以往分散獨(dú)立的輔助控制系統(tǒng)有更高的安全可靠性。

為保證系統(tǒng)的安全可靠性，我們采用上下互為備用的方式，即在原輔助系統(tǒng)的控制室中保留一套上位機(jī)，一旦集中的輔助網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)故障時(shí)，在原來(lái)的分散控制室內(nèi)仍可操作，為防止出現(xiàn)上下同時(shí)操作的情況，在上位機(jī)界面上做了閉鎖，即上下同時(shí)只允許一處操作。

2.1 網(wǎng)絡(luò)基本架構(gòu)

以單片機(jī)或PLC柜為控制單元，基本以光纖組成通訊網(wǎng)絡(luò)；以雙網(wǎng)和冗余服務(wù)器組成數(shù)據(jù)采集單元，保證系統(tǒng)的安全可靠性；操作員站為監(jiān)控單元；以鼠標(biāo)為基本操作；有高檔的網(wǎng)絡(luò)控制硬件及PLC硬件供選擇；以完善的功能保證系統(tǒng)運(yùn)行的靈活性。這樣組成的網(wǎng)絡(luò)能夠達(dá)到以下要求：具有統(tǒng)一數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)各種曲線、圖表、報(bào)警的記錄和查詢；具有統(tǒng)一數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)各種曲線、圖表、報(bào)警的記錄和查詢；其基本思想是分散控制、集中操作、分級(jí)管理、配置靈活、組態(tài)方便具有可擴(kuò)展性；具備了動(dòng)態(tài)修改能力；在速度、儲(chǔ)存容量等方面充分滿足運(yùn)行需要。見(jiàn)圖1。

圖1 電廠輔控網(wǎng)絡(luò)集控系統(tǒng)圖

2.2 監(jiān)控功能

合理地進(jìn)行上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)，統(tǒng)一上位機(jī)監(jiān)控界面，使各輔助系統(tǒng)具有統(tǒng)一的風(fēng)格，統(tǒng)一的操作方式，并能合理、靈活地進(jìn)行切換和調(diào)用，主要功能：各系統(tǒng)內(nèi)部畫面、各輔助系統(tǒng)之間能靈活、快速地切換；實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)顯示，包括實(shí)時(shí)狀態(tài)顯示和實(shí)時(shí)參數(shù)顯示；模擬量的棒狀圖顯示、表盤顯示和數(shù)字量顯示；主控室操作員站和原來(lái)控制室中的上位機(jī)操作閉鎖，并互為備用；實(shí)時(shí)趨勢(shì)顯示和歷史趨勢(shì)顯示；實(shí)時(shí)報(bào)警、語(yǔ)音報(bào)警、彈出式畫面報(bào)警、報(bào)警確認(rèn)功能；操作員操作記錄功能；報(bào)警歷史記錄、打印功能；趨勢(shì)打印和報(bào)表打印功能；安全（即口令）。

2.3 系統(tǒng)特色

滿足用戶對(duì)環(huán)保、節(jié)能、高效生產(chǎn)所需的系統(tǒng)化解決方案；可實(shí)現(xiàn)全廠輔助控制系統(tǒng)的聯(lián)網(wǎng)及集中控制；可與主機(jī)DCS系統(tǒng)和SIS系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)；對(duì)改造機(jī)組可在不影響運(yùn)行的條件下，實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)的聯(lián)網(wǎng)升級(jí)改造；可實(shí)現(xiàn)最大限度的減員增效；減少備品備件種類及數(shù)量，從而減少資金積壓；對(duì)新建機(jī)組可減少資金投入，減少培訓(xùn)投入等。

[1]電力工業(yè)部華東電力設(shè)計(jì)院.火力發(fā)電廠設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程[M].北京：水利電力出版社.

[2]大唐國(guó)際發(fā)電股份有限公司.火力發(fā)電廠輔控運(yùn)行[M].北京：中國(guó)電力出版社.