M701F型聯(lián)合循環(huán)機(jī)組SIS 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究

毛 丹

(深圳市廣前電力有限公司，廣東深圳518054)

SIS(Supervisory Information System in plant level，廠級(jí)監(jiān)控信息系統(tǒng))是集過(guò)程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、優(yōu)化控制及生產(chǎn)過(guò)程管理為一體的廠級(jí)自動(dòng)化信息系統(tǒng)，是處于機(jī)組分散控制系統(tǒng)DCS以及相關(guān)輔助程控系統(tǒng)與全廠管理信息系統(tǒng)MIS之間的一套實(shí)時(shí)廠級(jí)監(jiān)控信息系統(tǒng)。

三菱M701F型燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機(jī)組采用9F級(jí)燃?xì)廨啓C(jī)，單元機(jī)組在設(shè)計(jì)工況下的出力為390 MW。針對(duì)M701F型聯(lián)合循環(huán)機(jī)組的特殊性，SIS系統(tǒng)以機(jī)組的性能計(jì)算、廠級(jí)經(jīng)濟(jì)性分析、廠級(jí)負(fù)荷分配以及機(jī)組的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行為主要目的。SIS系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性體現(xiàn)在SIS系統(tǒng)實(shí)時(shí)分析機(jī)組的運(yùn)行參數(shù)，通過(guò)系統(tǒng)強(qiáng)大的數(shù)據(jù)挖掘、數(shù)據(jù)處理與優(yōu)化的功能，對(duì)機(jī)組乃至全廠的運(yùn)行狀況進(jìn)行準(zhǔn)確的分析、診斷與優(yōu)化。

廠級(jí)監(jiān)控信息系統(tǒng)主要由廠級(jí)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)以及網(wǎng)絡(luò)上的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器、應(yīng)用服務(wù)器、客戶機(jī)等硬件組成，其主要目標(biāo)為生產(chǎn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的采集、整理、存儲(chǔ)和分析決策。

1 SIS系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀

根據(jù)日本三菱公司的設(shè)計(jì)方案，在DCS系統(tǒng)中提供了SIS系統(tǒng)的通信接口G/W-SIS。每個(gè)單元機(jī)組及公共系統(tǒng)都有相應(yīng)的G/W-SIS:G/W-SIS-Unit1(P網(wǎng)和Q網(wǎng))、G/W-SIS-Unit2(P網(wǎng)和Q網(wǎng))、G/WSIS-Unit3(P網(wǎng)和 Q網(wǎng))、G/W-SIS-COM(P網(wǎng)和 Q網(wǎng))。該接口采用日本三菱公司提出的MODBUS/TCP協(xié)議。根據(jù)此設(shè)計(jì)方案，SIS系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示。

DCS系統(tǒng)主要由4個(gè)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成，每個(gè)網(wǎng)絡(luò)都由2個(gè)網(wǎng)段構(gòu)成，P網(wǎng)與Q網(wǎng)互為冗余網(wǎng)絡(luò)，從而保證系統(tǒng)通信的可靠性與穩(wěn)定性。

圖1 SIS系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

在TCP/IP以太網(wǎng)中，需在網(wǎng)段結(jié)點(diǎn)間添加路由器，建立相應(yīng)路由表，才能實(shí)現(xiàn)各網(wǎng)段之間通信。DCS系統(tǒng)的4個(gè)網(wǎng)絡(luò)則由ROUTER構(gòu)成整個(gè)DCS系統(tǒng)局域網(wǎng)。三臺(tái)單元機(jī)組通過(guò)各自路由器(10ROUTER、20ROUTER、30ROUTER)接入公共系統(tǒng)(COMMON)，組成統(tǒng)一的 DCS系統(tǒng)。然后在COMMON公用系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中增加 SIS系統(tǒng)接口(01ROUTER)。SIS系統(tǒng)經(jīng)由此01ROUTER接口獲取DCS系統(tǒng)各單元機(jī)組及公用系統(tǒng)實(shí)時(shí)狀態(tài)信息。由圖1可知，與SIS系統(tǒng)相關(guān)的設(shè)備及網(wǎng)絡(luò)拓?fù)溆邢喈?dāng)?shù)囊徊糠质窃贒CS系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)當(dāng)中。

從日本三菱所提供的SIS系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案可看出，SIS系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)是在DCS系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的基礎(chǔ)上建立的，是在原DCS系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，在每單元機(jī)組增加SIS網(wǎng)關(guān)G/W-SIS。其中，SIS網(wǎng)關(guān)的作用是將CARD協(xié)議轉(zhuǎn)化為SIS系統(tǒng)所能接受的MODBUS-TCP/IP協(xié)議。即多功能過(guò)程處理站(MPS)將機(jī)組狀態(tài)信息由日本三菱自主的CARD通信協(xié)議承載傳送至SIS網(wǎng)關(guān)。SIS網(wǎng)關(guān)將CARD協(xié)議轉(zhuǎn)換為MODBUS協(xié)議，再傳送至SIS系統(tǒng)，完成DCS系統(tǒng)與SIS系統(tǒng)數(shù)據(jù)交換。SIS系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程見(jiàn)圖2。

圖2 SIS系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程

(1)在DCS系統(tǒng)中，存在多種通信協(xié)議，其中包括 STEP-3、CARD、MODBUS-RS232C。

1)STEP-3:

①M(fèi)PS盤(pán)間通信;

②MPS與CPFM;

③GWC與Gateway。

2)CARD:

①EMS、ACS與 MPS;

②OPS與MPS;

③EMS、ACS和OPS之間。

3)MODBUS-RS232C:

Gateway與 PLC(在RS232C上)。

比如:操作員站上的畫(huà)面、邏輯上的狀態(tài)點(diǎn)及操作，都是OPS直接與MPS通過(guò)CARD協(xié)議通信。則在公共段的 01OPS1、01OPS2、…、01OPS10分別與01MPS、10MPS、20MPS、30MPS 發(fā)生通信。DCS 系統(tǒng)的信息傳遞如圖3所示。

圖3 DCS系統(tǒng)的信息傳遞

EMS、ACS、OPS通過(guò)CARD通信協(xié)議與MPS之間傳遞 AI、DI、AO、DO、Alarm 和 Event，完成機(jī)組控制及監(jiān)視功能。在圖3中可以看出，信息交匯點(diǎn)處有HUB與ROUTER。

(2)在SIS系統(tǒng)通信中，亦存在著多種通信協(xié)議:STEP-3、MODBUS-TCP/IP。

1)STEP-3:

MPS與 G/W-SIS。

2)MODBUS-TCP/IP:

SIS與 G/W-SIS。

SIS系統(tǒng)的信息傳遞如圖4所示。

圖4 SIS系統(tǒng)的信息傳遞

以1#單元機(jī)組為例，SIS系統(tǒng)信息傳遞過(guò)程如下:10MPS將機(jī)組信息以STEP-3通信協(xié)議發(fā)送至SIS網(wǎng)關(guān)(01G/W-SIS);然后經(jīng)SIS網(wǎng)關(guān)協(xié)議轉(zhuǎn)換為承載于MODBUS-TCP/IP通信協(xié)議的機(jī)組信息通過(guò)單元路由器(10ROUTER)進(jìn)入公共網(wǎng)段;再通過(guò)SIS系統(tǒng)接口(01ROUTER)傳送至SIS系統(tǒng)。其信息的交匯點(diǎn)為HUB和ROUTER。顯然，DCS系統(tǒng)及SIS系統(tǒng)兩者共同存在的設(shè)備結(jié)構(gòu)為MPS、HUB、ROUTER。

2 SIS系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)存在的問(wèn)題

DCS系統(tǒng)至SIS系統(tǒng)所存在的信息點(diǎn)數(shù)大概為2萬(wàn)多個(gè)(包括 AI、AO、DI及中繼點(diǎn))，在 DCS系統(tǒng)及SIS系統(tǒng)信息交匯點(diǎn)處HUB、ROUTER存在DCS系統(tǒng)與SIS系統(tǒng)兩種不同功能的信息流。且SIS系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)內(nèi)嵌DCS系統(tǒng)中，無(wú)法將SIS系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與DCS系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)區(qū)分。

10ROUTER、20ROUTER、30ROUTER 及相關(guān)的通信線路，承受著DCS系統(tǒng)及SIS系統(tǒng)相關(guān)的信息流，增加網(wǎng)絡(luò)負(fù)載及通信協(xié)議復(fù)雜化，從而影響數(shù)據(jù)通信的穩(wěn)定性、流暢性，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)流堵塞，無(wú)法進(jìn)行正常數(shù)據(jù)通信。

SIS系統(tǒng)原則上不能影響DCS系統(tǒng)的正常工作，由于SIS系統(tǒng)與DCS系統(tǒng)在網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，通信部分混為一體，必將對(duì)設(shè)備維護(hù)、檢修帶來(lái)不便，發(fā)生通信設(shè)備或通信線路故障，影響SIS系統(tǒng)及DCS系統(tǒng)通信。

3 SIS系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)

3.1 SIS系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)

鑒于上述SIS系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)存在潛在問(wèn)題，為使SIS系統(tǒng)具有最大限度的簡(jiǎn)單性、獨(dú)立性及保證SIS系統(tǒng)和DCS系統(tǒng)數(shù)據(jù)通信的流暢性、穩(wěn)定性，可優(yōu)化增加相應(yīng)的通信設(shè)備及通信鏈路，改進(jìn)原有的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。改進(jìn)后的DCS系統(tǒng)與SIS系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖5所示。其特點(diǎn)表現(xiàn)在兩個(gè)方面:(1)新增通信設(shè)備HUB-SIS，10/20/30ROUTER-SIS;(2)新增通信鏈路G/W-SIS與ROUTER-SIS以太網(wǎng)鏈路，ROUTER-SIS與HUB-SIS光纖鏈路。

圖5 改進(jìn)后DCS系統(tǒng)與SIS系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

對(duì)比圖5與圖1可知，在實(shí)現(xiàn)SIS網(wǎng)關(guān)后，不再使用DCS系統(tǒng)通信鏈路傳遞SIS系統(tǒng)信息，SIS系統(tǒng)與DCS系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湎鄬?duì)獨(dú)立。

3.2 SIS系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)優(yōu)化內(nèi)容

(1)修改單元SIS網(wǎng)關(guān)地址(只需修改單元機(jī)組)。將原單元SIS網(wǎng)關(guān)地址為DCS系統(tǒng)單元路由器入口地址更改為新添加的SIS系統(tǒng)路由器入口地址，如:192.168.11.211(01ROUTER)修改為192.168.11.221(01ROUTER-SIS)。

(2)添加 10ROUTER-SIS P/Q、20ROUTER-SIS P/Q、30ROUTER-SIS P/Q共 6臺(tái) CISCO2800路由器，并配置相應(yīng)的路由配置和防火墻策略。

(3)添加HUB-SIS以太網(wǎng)交換機(jī)并配置相關(guān)策略(注意G/W-SIS目標(biāo)地址都為廣播地址)。

(4)添加 6×2以太網(wǎng)光纖收發(fā)器，建立10ROUTER-SIS、20ROUTER-SIS、30ROUTER-SIS 至HUB-SIS的多模光纖鏈路。

4 結(jié)論

SIS系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)優(yōu)化后，DCS系統(tǒng)與SIS系統(tǒng)不再共用同一ROUTER及相關(guān)通信鏈路。SIS系統(tǒng)經(jīng)由ROUTER-SIS路由至01ROUTER(SIS接口)，減少了DCS系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)負(fù)載，使SIS系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)具有最大限度地獨(dú)立性，減少與DCS系統(tǒng)的相關(guān)性。網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)優(yōu)化后的優(yōu)點(diǎn):

(1)最大限度地實(shí)現(xiàn)SIS系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的獨(dú)立性;

(2)有效地減少DCS系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)負(fù)載;

(3)SIS系統(tǒng)與DCS系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單化;

(4)SIS系統(tǒng)與DCS系統(tǒng)傳輸通信協(xié)議單一化;

(5)根據(jù)SIS系統(tǒng)與DCS系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的獨(dú)立性，建立安全有效的路由策略及防火墻策略，保證SIS系統(tǒng)與DCS系統(tǒng)之間通信的安全可靠;

(6)便于SIS系統(tǒng)和DCS系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)維護(hù)及故障判斷。

［1］ 諸粵珊，毛丹.M701F型聯(lián)合循環(huán)機(jī)組SIS應(yīng)用研究［J］.燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)，2011，(2):15-19.

［2］ 苗廣祥，陳向陽(yáng)，牛玉廣，等.廠級(jí)監(jiān)控信息系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)與數(shù)據(jù)安全問(wèn)題［J］.中國(guó)電力，2007，(4):61-64.

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