輔控系統(tǒng)在DCS上的一體化監(jiān)控應用

周振輝

(云南大唐國際紅河發(fā)電有限責任公司,云南 開遠 661600)

輔控系統(tǒng)在DCS上的一體化監(jiān)控應用

周振輝

(云南大唐國際紅河發(fā)電有限責任公司,云南 開遠 661600)

基于DCS系統(tǒng)光纖現(xiàn)場總線模式,利用日立H5000M分散控制系統(tǒng)軟硬件平臺,建立輔控網(wǎng)新的過程管理級,將隸屬于輔控網(wǎng)的各個系統(tǒng)、不同系列的PLC模件集中進行數(shù)據(jù)采集、處理、運算,實現(xiàn)對現(xiàn)場輔控設備在DCS主控系統(tǒng)上可靠的、一體化的過程監(jiān)視控制,對火電廠的輔控系統(tǒng)集控設計與改造起到一定的借鑒作用。

火電廠;輔控網(wǎng);監(jiān)控一體化;改造

1 前言

火電廠輔控系統(tǒng)的集中化控制,在新建項目和電廠的輔控系統(tǒng)改造中已經(jīng)被廣泛采用。有兩種方案：一是直接利用DCS控制系統(tǒng)實現(xiàn)輔控網(wǎng);二是在原有控制系統(tǒng)的基礎上進行改造。而在對輔控網(wǎng)的改造中,改造方案的選擇往往是在以前控制系統(tǒng)的基礎上,簡單地把輔控各系統(tǒng)通過網(wǎng)絡連接起來,完成集中監(jiān)視控制。這種方案看似完成了輔控網(wǎng)的改造,其實只是完成了操作上集中,而功能上并沒有達到分散控制系統(tǒng)的要求。

文中基于基于DCS系統(tǒng)現(xiàn)場總線模式,利用日立H5000M分散控制系統(tǒng)軟件平臺,建立輔控網(wǎng)的過程管理級,將隸屬于輔控網(wǎng)的各個系統(tǒng)及不同系列的PLC模件集中進行數(shù)據(jù)采集、處理、運算,實現(xiàn)對現(xiàn)場設備的過程控制,完成輔控網(wǎng)的改造,實現(xiàn)DCS系統(tǒng)的所有功能。

2 輔控網(wǎng)控制優(yōu)化方案

采用日立HIACS-5000M分散控制系統(tǒng)平臺,由機組級FDDI冗余光纖環(huán)網(wǎng)和連接在網(wǎng)上的操作員站、歷史站、工程師站、過程控制站組成過程管理級。過程控制站通過交換機和昆騰系列通訊模件NOE 77101為應用層通訊報文傳輸接口或具有MODBUS TCP協(xié)議的PLC連接,通過MODBUS TCP協(xié)議實現(xiàn)PLC和DCS之間的數(shù)據(jù)通訊,形成過程控制級。優(yōu)化后的網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)如圖1所示。

輔控網(wǎng)各系統(tǒng)采用星型網(wǎng)絡拓撲連接,該結(jié)構(gòu)容易實現(xiàn),易于節(jié)點擴展和維護,采用100/1 000 Mb自適應光電一體交換機,網(wǎng)絡傳輸速度快,單個節(jié)點故障不會影響整體,但中心交換機故障,會使整個網(wǎng)絡癱瘓,為了提高輔控網(wǎng)該控制系統(tǒng)網(wǎng)絡傳輸?shù)目煽啃?減少故障點,采用了雙星型網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)并行運行。

圖1 優(yōu)化后網(wǎng)絡拓撲圖

根據(jù)140NOE77101網(wǎng)絡模塊的特性,它具有10/100 Mb電口及100 Mb MT-RJ光纖接口,原系統(tǒng)采用10/100 Mb電口再經(jīng)光電轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為光信號,優(yōu)化后使用MT-RJ光纖接口,直接通過光纖與集控室主交換機連接,減少光電轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié),增加系統(tǒng)的可靠性。

整合優(yōu)化后的輔控網(wǎng)系統(tǒng),硬件上取消了基于IndustrialSQL server的數(shù)據(jù)庫服務器,軟件上取消了PLC中基于InTouch9.0的監(jiān)控系統(tǒng)和Modicon Concept XL V2.6的組態(tài)軟件及控制邏輯,所有控制邏輯和操作畫面利用日立H5000M分散控制系統(tǒng)實現(xiàn),控制邏輯運行在日立R600C控制器,實現(xiàn)了火電廠主控DCS的一體化監(jiān)控。

3 輔控網(wǎng)的通訊原理及配置

3.1 Modbus通信原理

Modbus是為 PLC設計的一種通信協(xié)議, Modbus傳輸協(xié)議定義了控制器可以識別和使用的信息結(jié)構(gòu),而不須考慮通信網(wǎng)絡的拓撲結(jié)構(gòu),是一種開放協(xié)議,廣泛應用于電子控制器的一種通用語言,已成為通用工業(yè)標準,從功能上講, Modbus包括24種命令,每一功能都有相應的功能碼,最基本的功能主要包括AI、AO、DI、DO的數(shù)據(jù)傳送,其Modbus數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)主要包括輸入離散量、線圈、輸入寄存器、保存寄存器4個基本單元。

3.2 Modbus通訊配置

系統(tǒng)改造后就地PLC控制器內(nèi)沒有控制邏輯,只作為一個數(shù)據(jù)接口站,負責數(shù)據(jù)和指令的采集與轉(zhuǎn)發(fā),因此在PLC控制器中只需配置本機IP地址和數(shù)據(jù)個數(shù)及起始地址。

在DCS側(cè),為保證DPU和網(wǎng)絡的負荷率滿足要求,根據(jù)輔控網(wǎng)子系統(tǒng)的I/O規(guī)模大小,每個控制器分配不同數(shù)量子系統(tǒng),分別以 PLC1、PLC2…PLCn來區(qū)別,對于每個PLC控制器,需要分別配置通訊初始化邏輯、通訊故障判斷邏輯、故障數(shù)據(jù)源切換邏輯、Modbus通訊協(xié)議。

1)Modbus初始化邏輯主要作用是在DPU啟動完成后,自動啟動Modbus TCP通訊,使數(shù)據(jù)通訊連接正常。由于控制器和PLC采用雙網(wǎng)冗余的通訊模式,在做初始化邏輯組態(tài)時,需要分別啟動Modbus1和Modbus2。

2)通訊故障判斷邏輯,是在MB服務器接收協(xié)議數(shù)據(jù)單元請求后,對功能碼、輸入輸出量、起始地址、執(zhí)行傳輸數(shù)據(jù)、MB服務器返回響應數(shù)據(jù)過程中的異常碼和通訊時間的判斷,以確定通訊數(shù)據(jù)異常或通訊連接故障。如圖4所示。

圖2 Modbus通訊故障判斷邏輯

3)故障數(shù)據(jù)源切換邏輯,是在通訊故障判斷邏輯發(fā)出故障信號后,自動切換到備用通訊鏈路,實現(xiàn)通訊數(shù)據(jù)的無擾動切換,確保控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)正常。

圖3 DCS數(shù)據(jù)選擇邏輯

Modbus的配置如圖六所示,根據(jù)Modbus的主從關系,DPU設置為服務器,DI、AI為只讀模式,只需要配置傳送起始地址和傳送長度,不需要配置讀寫模式。DO、AO可選擇讀寫模式及傳送功能號。

4 結(jié)束語

在輔控網(wǎng)控制方式已經(jīng)得到火電廠認可和廣泛應用后,輔控網(wǎng)系統(tǒng)的可靠性正在逐步得到重視。本文應用的PLC控制系統(tǒng)和日立H5000M控制系統(tǒng)的改造整合成功案例,提供了一種火電廠輔控網(wǎng)控制系統(tǒng)向低成本、高可靠性、一體化和大集控的參考方案。

[1] GB/T 19582-2008.基于Modbus協(xié)議的工業(yè)自動化網(wǎng)絡規(guī)范 [S].2008,9.

[2] 北京日立控制技術(shù)有限公司.日立H5000M系統(tǒng)說明書[Z].

Research and Application of Integrated Monitoring and Auxiliary Control System Based on DCS

ZHOU Zhenhui
(Yunnan Datang International Honghe Power Generation Co.,Ltd.,Kaiyuan,Yunnan 661600)

the DCS system model based on distributed optical fiber field bus,software and hardware platform of control system using HITACHI H5000M,establish the auxiliary control network level process management,will belong to the auxiliary control network PLC module in each system,different series of centralized data acquisition,processing,operation,process monitoring integrated control of the site the auxiliary control device is reliable in the DCS main control system,thermal power plant,the auxiliary control system design of centralized control and transformation play a certain reference role.

thermal power plant;auxiliary control network integration;monitoring;transformation

TK3

B

1006-7345(2014)01-0103-03

2013-09-24

周振輝 (1972),男,工程師,云南大唐國際紅河發(fā)電有限責任公司,主要從事熱工自動控制工作 (e-mail)zzh9988 @163.com。