發電廠輔控網絡故障診斷研究＊

林賢良，金曉輝

（1.浙能長興發電有限公司，浙江長興313100；2.浙江省火電建設公司，浙江杭州310016）

發電廠輔控網絡故障診斷研究＊

林賢良1，金曉輝2

（1.浙能長興發電有限公司，浙江長興313100；2.浙江省火電建設公司，浙江杭州310016）

對火電廠的輔控網絡系統的故障診斷和報警系統進行了研究.通過應用故障診斷和報警系統，及時的消除了輔網的故障隱患，保證了輔控網絡的平穩運行.

輔控網絡；PLC控制系統；故障診斷

火電廠輔網系統一般可以分為三個系統：水處理控制系統、灰渣處理控制系統、輸煤處理控制系統，近年來，基于工業以太網的輔控網絡系統（輔網）廣泛地應用火力發電廠，提高了火電廠的自動化水平，而且達到了減員增效的目的.但運行維護人員的減少，使得每一位人員需要監控的設備相應增加，有可能不能及時發現隱蔽的故障點，從而導致事故擴大化.火力發電廠輔網故障診斷與報警系統的提出，有針對性地解決了這個問題.

1 輔網的故障分析

目前火電廠輔網系統，一般采用PLC與上位機組成控制系統，通過工業以太網實現分散控制、集中監控的功能.故障診斷與報警系統提出的目的，是在當輔網系統出現故障時，迅速診斷出以下故障并及時報警.主要的故障診斷類型有：①CPU故障：PLC CPU的故障診斷及報警；②通訊模塊故障：各通訊模塊的故障診斷及報警；③過程通道故障：PLC的遠程站、I/O模塊以及IO通道的故障診斷及報警；④網絡故障：以太網絡通訊設備的在線診斷及故障報警；⑤電源故障：所有控制電源的失電報警；⑥人機接口故障：所有監控站點的故障診斷及報警；⑦輔控系統其它設備故障報警.

2 故障診斷與報警系統的硬件設計

輔網故障診斷與報警系統充分利用輔網的龐大實時數據庫以及PLC自帶的強大自診斷功能，通過OPC技術，使用高級編程語言（VC）完成算法構建及故障研判，最終完成對輔網的故障診斷與報警.同時，它配備過程工業歷史數據庫，實現歷史數據的永久保存與發布.

2.1 系統配置

輔網故障診斷與報警系統采用C/S結構，依托于原輔網的體系結構.系統配置工業級以太網交換機，組成典型單環單結點超級冗余環結構；配置實時數據庫軟件，監視輔網系統控制設備實時狀態；配置故障分析軟件，正確研判系統故障信息；配置歷史數據庫軟件，保存歷史數據，并完成網絡發布.

2.2 網絡結構

輔網故障診斷與報警系統采用典型的單環單結點超級冗余環結構.該拓撲結構允許網絡中出現一個鏈路故障.當某一條鏈路發生故障時，交換機的冗余機制能夠瞬間激活備用鏈路，并在最多500毫秒的時間內恢復全網的通信.相較于常見的星型拓撲結構，該拓撲結構將故障點分散，不因為網絡鏈路中出現任一節點斷路而影響網絡的正常運行.

輔網故障診斷與報警系統網絡包含以下主要節點：PLC（可編程邏輯控制器）、工業以太網交換機、實時數據服務器、歷史數據服務器、監視站.

2.2.1 可編程邏輯控制器

PLC（可編程邏輯控制器）可靠性高、故障率低、抗干擾能力強，能在惡劣的生產環境里正常地工作，因此廣泛地應用于電廠輔助控制系統.目前大部分品牌PLC控制器的診斷寄存器均提供了關于自身的若干狀態信息，包括診斷狀態寄存器、診斷參數寄存器等.當設備出現故障時，這些診斷寄存器能指明錯誤位置并提供錯誤代碼.因此，可以利用診斷寄存器開發故障診斷與報警系統.但由于不同品牌PLC具有不同的故障狀態及參數寄存器，且提供不同的通訊協議與接口，因此輔網故障診斷與報警系統必須根據不同品牌PLC配置相應的接口.雖然PLC能夠提供一部份自診斷功能，但仍然不能滿足輔網故障診斷與報警的需要.因此，輔網故障診斷與報警利用故障分析軟件來彌補這方面的不足.

2.2.2 工業以太網交換機

輔網故障診斷與報警系統使用赫斯曼工業以太網交換機.該交換機具有冗余電源輸入、無風扇設計、高可靠性等特性，平均無故障工作時間（MTBF）長，支持冗余拓撲結構，最大鏈路切換時間小于500ms，保證網絡安全可靠.

2.2.3 實時數據服務器.

實時數據服務器同時運行故障分析軟件與IFIX實時監控軟件.輔網故障診斷與報警系統使用故障分析軟件進行故障研判，使用IFIX軟件監控系統實時狀態.故障分析軟件讀取IFIX的實時數據庫，并將研判結果返回給IFIX，然后在畫面上予以顯示.

IFIX的實時數據庫通過OPC方式，將數據庫內所有數據實時地傳送至歷史數據庫中保存.

2.2.4 歷史數據服務器

輔網故障診斷與報警系統使用Proficy Historian？數據庫軟件.該軟件是一個企業級實時歷史數據庫，能以極高速完成現場實時數據的采集、歸檔和發布.它具有針對過程數據的高性能“專用”引擎（＞20，000事件/秒的數據存儲和回取速率）以及毫秒級的數據采集速度，并且能達到1ms精度的事件分辨率.它具有極強的數據壓縮能力，最高可達100倍的數據壓縮比，且死區壓縮和斜率壓縮兩級壓縮比可以自由設定.它還具有安全存儲功能，提供存儲歸檔文件的備份，恢復等.

3 故障診斷與報警系統的軟件設計

3.1 數據采集與通訊

輔網故障診斷與報警系統利用應用廣泛的OPC通訊技術完成數據采集工作.OPC（OLE for Process Control）是一套基于Windows操作平臺，為工業應用程序之間提供高效的信息集成和交互功能的組件對象模型接口標準.它使系統能夠以服務器/客戶端標準方式從服務器獲取數據并將其傳遞給任何客戶端.

3.2 監視畫面分類

輔網故障診斷與報警系統的監視畫面涵蓋面廣泛，以某電廠實施的輔網故障診斷與報警系統為例，其監視畫面按下表進行分類（見表1）.

表1 故障診斷與報警系統——監視畫面分類表

續表1

3.3 監視畫面開發

輔網故障診斷與報警系統的監視畫面涵蓋各個子系統，每一系統的所有故障點狀態均能在畫面上實時運態體現.通過IFIX的過程化實時窗口操作界面，運行維護人員能及時發現系統的運行狀態，及時處理輔網故障.圖1所示為某電廠實施的輔網故障診斷與報警系統一期輸灰PLC控制系統的故障監視總畫面，點擊畫面中各子站點可分別進入相應的診斷界面.

3.4 報表開發

得益于高效的歷史數據庫，輔網故障診斷與報警系統能夠提供各種類型功能報表.常用報表比如：班運行報表、日運行報表、月運行報表等.功能報表比如：系統綜合分析報表、故障分布報表、故障趨勢報表、重點監視報表等.圖2所示為某電廠輔網故障診斷與報警系統關于工業以太網系統綜合分析報表.

3.5 信息發布

輔網故障診斷與報警系統響應Microsoft IIS機制，提供基于IE的信息發布系統，通過它可以將輔網的實時運行狀態、歷史數據，以及各類報表及時發布到電廠廠網.電廠各級相關人員可以根據自己權限通過IE瀏覽到輔控網絡系統的實時運行狀態和運行趨勢.

輔網故障診斷與報警系統采用模塊化程序設計方法及智能報警技術，不僅具有常規的歷史參數記錄、報警事件記錄、畫面顯示、統計報表等功能，而且能快速、準確查找瞬間出現故障點以及發生后即恢復的故障，極大地方便了技術人員對輔網系統進行故障設備更換、檢修，減少了系統故障處理的時間，避免了事故擴大化，提高了系統運行的可靠性和生產效率，充分發揮輔網系統應有的優越性.

［1］李向東.電氣控制與PLC［M］.北京：機械工業出版社，2005.

［2］徐德鴻，馬皓.電力電子裝置故障自動診斷［M］.北京：科學出版社，2001.

TK323

A

1009－1734（2011）S0－0028－04

2011－09－10

林賢良，工程師，從事電廠熱控研究.