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張建奇（1975－）

男，工學(xué)碩士，現(xiàn)就職于西安航天自動(dòng)化股份有限公司電力自動(dòng)化事業(yè)部，任電力電氣自動(dòng)化事業(yè)部工程一部部長。





1 系統(tǒng)概述

    中電投山西蒲光電廠（以下簡稱蒲光電廠）輔助車間網(wǎng)絡(luò)集中控制系統(tǒng)采用了先進(jìn)成熟的計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和開放的 軟件產(chǎn)品，各輔助車間的控制設(shè)備為美國羅克韋爾自動(dòng)化公司生產(chǎn)的ControLogix PLC，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)為雙纜冗余星形拓?fù)涔I(yè) 以太網(wǎng)絡(luò)，集成了一個(gè)覆蓋全廠各輔機(jī)控制系統(tǒng)的信息系統(tǒng)， 實(shí)現(xiàn)了其與全廠SIS系統(tǒng)、MIS系統(tǒng)的無縫連接及信息交換，實(shí)現(xiàn)了蒲光電廠輔機(jī)控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的一體化、信息的資源化、決策的科學(xué)化。此項(xiàng)工程的實(shí)施，大大提高了該廠的自動(dòng)化水平，為電廠各輔機(jī)控制系統(tǒng)的安全運(yùn)行奠定了良好的基礎(chǔ)。

2 實(shí)施方案

    蒲光電廠輔助車間網(wǎng)絡(luò)集中控制系統(tǒng)包括以下幾個(gè)輔助網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控點(diǎn)：水網(wǎng)控制系統(tǒng)、灰網(wǎng)控制系統(tǒng)、煤網(wǎng)控制系統(tǒng)和脫硫控制系統(tǒng)。系統(tǒng)設(shè)5臺操作員站、2臺主交換機(jī)和2臺服務(wù)器。另外，操作員站還可以根據(jù)實(shí)際的需要方便地?cái)U(kuò)充。

    該廠輔助車間網(wǎng)絡(luò)集中控制系統(tǒng)采用集中監(jiān)控方式，即在主廠房集中控制室里的輔助車間操作員站上能完成對鍋爐補(bǔ)給水處理系統(tǒng)、綜合水泵房、輔助建筑制冷加熱系統(tǒng)、蒲洲水源地系統(tǒng)、生活污水控制系統(tǒng)、凝結(jié)水精處理系統(tǒng)、加藥及汽水取樣系統(tǒng)、制氫站、工業(yè)廢水處理系統(tǒng)、輸煤系統(tǒng)、除灰渣系統(tǒng)的監(jiān)控。

2.1 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)選擇

    網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)指的是網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的地理分布和網(wǎng)絡(luò)互連關(guān)系上的幾何構(gòu)形。常見的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)主要有：總線形拓?fù)洹⑿切瓮負(fù)洹h(huán)形拓?fù)浼八鼈兊幕旌闲汀?BR>
    蒲光電廠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)采用雙纜冗余星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，可以克服一般星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)，使網(wǎng)絡(luò)的可靠性大幅度提高，同時(shí)系統(tǒng)造價(jià)比冗余以太網(wǎng)環(huán)要便宜得多。

    具體的實(shí)現(xiàn)方法是：

    ●  在機(jī)爐單元控制室中，配置兩臺主光纖交換機(jī)；5臺操作員站分別插入2塊3com PCI 100M以太網(wǎng)卡，2臺服務(wù)器各插入2塊3com PCI 1000M以太網(wǎng)卡，并分別接入不同的光纖主交換機(jī)。

    ●  在鍋爐補(bǔ)給水控制室，配置兩臺交換機(jī)作為整個(gè)水網(wǎng)的主交換機(jī)，鍋爐補(bǔ)給水的PLC和水網(wǎng)其他子系統(tǒng)的分支交換機(jī)分別接入不同的水網(wǎng)主交換機(jī)，水網(wǎng)主交換機(jī)再接入到輔助網(wǎng)絡(luò)的主交換機(jī)上。

    ●  在除灰車間控制室，配置兩臺交換機(jī)作為整個(gè)灰網(wǎng)的主交換機(jī)，灰網(wǎng)子系統(tǒng)分別接入到灰網(wǎng)的主交換機(jī)上，兩臺灰網(wǎng)的主交換機(jī)再分別接入到兩臺輔助網(wǎng)絡(luò)主交換機(jī)上。

    ●  在輸煤車間控制室，配置兩臺交換機(jī)作為整個(gè)煤網(wǎng)的主交換機(jī)，煤網(wǎng)子系統(tǒng)分別接入到煤網(wǎng)的主交換機(jī)上，兩臺煤網(wǎng)的主交換機(jī)再分別接入到兩臺輔助網(wǎng)絡(luò)主交換機(jī)上。

    ●  主交換機(jī)放置于本系統(tǒng)所提供的機(jī)柜中，分支交換機(jī)放置于各子系統(tǒng)所提供的控制柜中。

    整個(gè)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D如圖1所示。

     

2.2 操作系統(tǒng)的選擇

    操作員站操作系統(tǒng)為Windows2000 Professional，2臺服務(wù)器操作系統(tǒng)為 Windows2000 SERVER。

2.3 監(jiān)控軟件的選擇及組態(tài)

2.3.1 監(jiān)控軟件的選擇

    輔助車間集中監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)控軟件選用Intellution公司最新版本的IFIX3.5, 主廠房集中控制室中的兩臺服務(wù)器選用IFIX3.5 Server版，5臺操作員站選用iCLIENT版。

2.3.2監(jiān)控軟件的組態(tài)

    主廠房集中控制室中的五臺操作員站與兩臺服務(wù)器之間的數(shù)據(jù)通訊采用標(biāo)準(zhǔn)的客戶機(jī)解決方案，在2臺臺服務(wù)器上配置了 Windows2000 SERVER (2套) 和IFIX3.5(2套)軟件。 采用標(biāo)準(zhǔn)的客戶機(jī)解決方案后，不僅使數(shù)據(jù)采集及存儲實(shí)現(xiàn)了集中化，有效地降低了網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷，而且為系統(tǒng)的安裝和維護(hù)提供了極大的方便。

2.4 系統(tǒng)的高可用性

    本系統(tǒng)采用了三種冗余方式：網(wǎng)絡(luò)冗余、服務(wù)器冗余和IFIX數(shù)據(jù)采集冗余，示意圖如圖2所示。

     

3 輔助車間網(wǎng)絡(luò)集中控制系統(tǒng)功能

3.1 集中監(jiān)控功能

    系統(tǒng)采用集中監(jiān)控方式， 即在單元控制室操作員站上能完成對鍋爐補(bǔ)給水程控系統(tǒng)、制氫站系統(tǒng)、凝結(jié)水系統(tǒng)、除灰渣系統(tǒng)、輸煤系統(tǒng)、生活污水處理系統(tǒng)、工業(yè)廢水處理、綜合水泵房系統(tǒng)、循環(huán)水泵系統(tǒng)、源水系統(tǒng)的監(jiān)控。

3.2 語音報(bào)警功能

    當(dāng)某輔助車間 PLC控制系統(tǒng)的任一設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)， 系統(tǒng)自動(dòng)啟動(dòng)語音報(bào)警模塊，提醒操作人員進(jìn)行故障處理。

3.3 管理報(bào)表功能

    系統(tǒng)的報(bào)表管理模塊可以實(shí)現(xiàn)對各設(shè)備累計(jì)運(yùn)行時(shí)間統(tǒng)計(jì)、故障次數(shù)自動(dòng)統(tǒng)計(jì)、歷史數(shù)據(jù)自動(dòng)查找、班報(bào)、定期紀(jì)錄、操作記錄等等進(jìn)行統(tǒng)計(jì)管理的功能。

 3.4 與SIS系統(tǒng)的接口功能

    在輔助車間網(wǎng)絡(luò)集中控制系統(tǒng)主交換機(jī)上， 已經(jīng)預(yù)留與SIS系統(tǒng)的接口，SIS系統(tǒng)通過其網(wǎng)絡(luò)接口機(jī)將輔助車間網(wǎng)絡(luò)集中控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫有選擇地轉(zhuǎn)入其數(shù)據(jù)庫中。輔助車間數(shù)據(jù)送入SIS系統(tǒng)后，可實(shí)現(xiàn)發(fā)電成本計(jì)算及經(jīng)濟(jì)性分析、機(jī)組運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性評估及操作指導(dǎo)、設(shè)備檢修計(jì)劃、經(jīng)濟(jì)負(fù)荷分配、設(shè)備壽命和狀態(tài)分析等高級應(yīng)用功能。

3.5 系統(tǒng)的安全管理功能

    本系統(tǒng)開發(fā)有專門的安全管理功能模塊， 可有效防止各種誤操作及主廠房集中控制室與各輔助車間同時(shí)操作。

4 輔助車間網(wǎng)絡(luò)集中控制系統(tǒng)特點(diǎn)

4.1 系統(tǒng)性能參數(shù)

    單元控制室操作員站：5 臺；
    服務(wù)器：2臺；
    系統(tǒng)總畫面：280幅；
    系統(tǒng)總I/O點(diǎn)：10000點(diǎn)；
    系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間：> 1.5ms；
    系統(tǒng)可利用率：> 99％；
    數(shù)據(jù)庫刷新周期：≤1s；
    畫面刷新周期：≤1s
    畫面及數(shù)據(jù)對鍵盤指令響應(yīng)時(shí)間：≤1s；
    從鍵盤發(fā)出操作指令到通道板輸出或返回信號從通道板輸入至LCD 上顯示的總時(shí)間2s ；
    控制器工作周期：模擬量控制≤0.25s；開關(guān)量控制≤0.1s；
    CPU負(fù)荷率：最忙時(shí)，控制器 CPU 負(fù)荷率≤60% ，操作員站CPU負(fù)荷率≤40%；
    存儲器：內(nèi)部存儲器占用容量≤50%，外部存儲器占用容量≤40%；
    裕量：I/O點(diǎn)裕量為10%，I/O卡槽裕量為15%；
    通訊總線的負(fù)荷率：≤40%；
    電源余量：≤40%；
    采樣周期：電氣模擬量輸入采樣周期≤50ms，非電氣模擬量輸入采樣周期≤200ms，開關(guān)量采樣周期≤100ms。

4.2 一體化網(wǎng)絡(luò)

    系統(tǒng)采用雙纜冗余星形拓?fù)涔I(yè)以太網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)操作員站、服務(wù)器與 PLC控制系統(tǒng)的連接，控制層為冗余現(xiàn)場總線，各輔機(jī)程控子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了無縫連接，并通過主交換機(jī)與SIS系統(tǒng)連接，克服了傳統(tǒng)的自動(dòng)化孤島現(xiàn)象，達(dá)到資源共享，為科學(xué)決策提供依據(jù)。

4.3 系統(tǒng)采用C/S結(jié)構(gòu)

    操作員站以C/S結(jié)構(gòu)訪問服務(wù)器，并能對所有輔助車間的PLC程控系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)視及控制。 操作員站不直接與各輔助車間的PLC程控系統(tǒng)進(jìn)行通訊，大大降低了整個(gè)網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷，同時(shí)整個(gè)系統(tǒng)安裝維護(hù)更加方便。

4.4 系統(tǒng)的多重冗余

    本系統(tǒng)采用了網(wǎng)絡(luò)冗余、服務(wù)器冗余兩種方式。

4.5 系統(tǒng)的安全保護(hù)

    系統(tǒng)為每一位用戶設(shè)置了相應(yīng)的用戶名、密碼、控制權(quán)限及對應(yīng)的安全區(qū)等，當(dāng)系統(tǒng)進(jìn)行操作時(shí)，會(huì)自動(dòng)進(jìn)行確認(rèn)，提示操作人員輸入自己的用戶名及密碼，系統(tǒng)驗(yàn)證無誤后，操作人員在自己的權(quán)限內(nèi)進(jìn)行各種控制操作。

    為防止單元控制室及輔助監(jiān)控點(diǎn)同時(shí)進(jìn)行操作，該系統(tǒng)設(shè)置了安全保護(hù)功能模塊。

    當(dāng)某一輔助監(jiān)控點(diǎn)需要操作時(shí)，系統(tǒng)通過網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程授權(quán)某一操作人員在輔助監(jiān)控點(diǎn)進(jìn)行操作，此時(shí)單元控制室對此輔助監(jiān)控點(diǎn)無操作能力，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，單元控制室恢復(fù)其控制功能。

    系統(tǒng)通過編程使單元控制室及輔助監(jiān)控點(diǎn)不能同時(shí)操作，也可保證4臺操作員站不能對同一系統(tǒng)同時(shí)操作，從而在一定程度上，使系統(tǒng)的安全性大大增加。

5 結(jié)束語

    蒲光電廠輔助車間網(wǎng)絡(luò)集中控制系統(tǒng)打破了傳統(tǒng)輔機(jī)程控系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路，在總體網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃、傳輸協(xié)議選擇、應(yīng)用軟件設(shè)計(jì)、安全管理等方面充分考慮其可靠性、先進(jìn)性及實(shí)用性。 由于監(jiān)控點(diǎn)分布、控制方式設(shè)置、運(yùn)行模式安排等方面規(guī)劃科學(xué)、合理，使輔機(jī)程控系統(tǒng)的運(yùn)行和管理上了一個(gè)大臺階，減員增效明顯，徹底克服了自動(dòng)化孤島現(xiàn)象，體現(xiàn)了先進(jìn)的自動(dòng)化系統(tǒng)帶來的各種好處。 輔助車間網(wǎng)絡(luò)集中控制系統(tǒng)涉及面廣，工藝系統(tǒng)繁雜，配合廠家較多，在設(shè)計(jì)和調(diào)試時(shí)存在一定困難，根據(jù)電廠的實(shí)施經(jīng)驗(yàn)，只有選擇對各輔機(jī)程控子系統(tǒng)均有實(shí)施經(jīng)驗(yàn)的系統(tǒng)集成商，才能確保該系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行狀況達(dá)到設(shè)計(jì)要求及順利投運(yùn)。