電廠輔網解決方案的應用研究

林禮輝

（廈門龍凈環保節能科技有限公司，福建 廈門 361000）

概述

火電廠輔助系統主要有輸煤、化水、除灰渣、脫硫子系統等，對于200MW及以上的機組來說，輔助系統大都已采用計算機控制，隨著4C技術（控制技術、計算機技術、通訊技術和圖形顯示技術）和單片機或者PLC+組態軟件控制技術的日益成熟，為各子系統并入輔助網絡控制系統實現集中控制打下了堅實的基礎。也可根據用戶的要求，將其它子系統（如循環水系統、凝結水系統、電氣二次回路、污水系統、制氫系統、空壓機系統等）也納為輔助網絡控制系統的成員。

單片機或者PLC加上位機控制技術解決了獨立系統運行的安全及可靠性，但獨立且分散的控制系統必然使用較多的運行人員，而且也暴露了諸如聯系不方便，備品備件種類多，難于管理及設備投資大等缺點。輔助網絡控制系統克服了原有獨立且分散的控制系統的缺點，可最大可能的將運行人員減到最少。使控制系統在基本不提高造價的情況下，使輔助網絡控制系統的水平達到基本與主機DCS控制系統相當的水平，并使輔助控制系統創造了與主機DCS及其他管理系統聯網的可能性。

1 通訊方案

由于現場設備的種類繁多，且產品的不斷升級，往往給用戶和軟件開發商帶來了巨大的工作負擔。通常這樣也不能滿足工作的實際需要，系統集成商和開發商急切需要一種具有高效性、可靠性、開放性、可互操作性的即插即用的設備驅動程序。做輔網就面臨這樣的要求，要求能把各個廠家各種設備集成到一個設備上。在這種情況下，不同供應廠的設備和應用程序之間的軟件接口就需要標準化，使其間的數據交換更加簡單化。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/服務器）模式又稱C/S結構，是軟件系統體系結構的一種。上位機軟件通過只有通訊協議和單片機或者PLC通訊，一般以就地控制的電腦為服務器，在輔控室安裝客戶端軟件（一般不超過三臺），客戶程序通過IP地址自動地尋找服務器程序，并向其發出請求，服務器程序根據預定的規則作出應答，送回結果。這種結構優點是工作量少，功能完善，某個廠家就地控制的所有功能在輔控室能夠完整體現，特別是對自主開發的單片機控制的系統來說，減少很多的工作，早期曾大量使用；缺點是沒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， 用于過程控制的OLE）是一個工業標準，2002年興起，2004年的時候廣泛應用于各電廠。主要解決了這幾個問題：設備驅動程序開發中的異構問題、現場總線系統中異構網段之間數據交換、可作為訪問專有數據庫的中間件、便于集成不同的數據、使控制軟件能夠與硬件分別設計。系統結構圖如下：

IPC系統軟件作為OPC Server，其它控制系統的軟件作為OPC Client。雙方數據的接收和發送是通過網卡在局域網上實現的。有了OPC后，由于有了統一的接口標準，硬件廠商只需提供一套符合OPC技術的程序，軟件開發人員也只需編寫一個接口，而用戶可以方便地進行設備的選型和功能的擴充，只要它們提供了OPC支持，所有的數據交換都通過OPC接口進行，而不論連接的控制系統或設備是哪個具體廠商提供。

1.3 Modbus RTU

這是串口通訊協議，通訊數據較少，速度慢。在OPC和Modbus tcp/ip出來前比較常用。

1.4 Modbus TCP/IP

應用層報文傳輸協議（OSI模型第7層），通過以太網通訊。通訊數據量大，速度快，配置簡單，只要在同一個網段內，網絡正常，通訊基本不會出現問題。

上面4種方案是這幾年輔控網最常用的通訊方式，各有優缺點。C/S模式省工作量，但做出來的監控畫面不統一；OPC通訊速度快但相對不是很穩定，而且配置比較麻煩；Modbus RTU通訊穩定，速度較慢；Mobus TCP/IP通訊速度快，較穩定，是這兩年用的比較多的一種。

1.5 集成后的技術特點

其基本思想是分散控制、集中操作、分級管理、配置靈活、組態方便。集成后的系統要求高可靠性，開放性，系統穩定，操作簡單方便和集中控制。

2 網絡方案

輔助系統都很分散，有些輔助系統相距可達數公里。通訊信號的遠距離傳送極易受到干擾和衰減，要使整個網絡能正常、可靠、高效的工作，采用適宜的網絡配置、拓樸結構及系統組態平臺，將是技術關鍵所在。

數字量通訊格式為客戶端發數據請求：

服務端響應：

模擬量的通訊格式為客戶端發數據請求：

服務端響應：

針對新建電廠及老電廠的不同情況，我們從網絡拓樸結構、硬件配置和軟件選擇、一次元件選型、機柜設計、用戶界面設計等方面設計了新建電廠及老電廠改造采用輔助網絡控制系統的多種方式，并按用戶的經濟承受能力設計了多種硬件及網絡的配置，為用戶提供多種可行的方案。

在新建電廠采用輔助網絡控制系統時，設計中采取了更多的措施，以切實保證系統的可靠性。如網絡采用雙環網配置，PLC采用雙機熱備運行等。在調試及檢修時，可在現場機柜上預留接口，以方便現場調試及檢修。在軟件上盡可能的采用了當今的計算機軟件技術的最新發展成果，使得整套輔助網絡控制系統比以往分散獨立的輔助控制系統有更高的安全可靠性。

為保證系統的安全可靠性，我們采用上下互為備用的方式，即在原輔助系統的控制室中保留一套上位機，一旦集中的輔助網絡控制系統出現網絡故障時，在原來的分散控制室內仍可操作，為防止出現上下同時操作的情況，在上位機界面上做了閉鎖，即上下同時只允許一處操作。

2.1 網絡基本架構

以單片機或PLC柜為控制單元，基本以光纖組成通訊網絡；以雙網和冗余服務器組成數據采集單元，保證系統的安全可靠性；操作員站為監控單元；以鼠標為基本操作；有高檔的網絡控制硬件及PLC硬件供選擇；以完善的功能保證系統運行的靈活性。這樣組成的網絡能夠達到以下要求：具有統一數據結構，實現各種曲線、圖表、報警的記錄和查詢；具有統一數據結構，實現各種曲線、圖表、報警的記錄和查詢；其基本思想是分散控制、集中操作、分級管理、配置靈活、組態方便具有可擴展性；具備了動態修改能力；在速度、儲存容量等方面充分滿足運行需要。見圖1。

圖1 電廠輔控網絡集控系統圖

2.2 監控功能

合理地進行上位機軟件設計，統一上位機監控界面，使各輔助系統具有統一的風格，統一的操作方式，并能合理、靈活地進行切換和調用，主要功能：各系統內部畫面、各輔助系統之間能靈活、快速地切換；實時動態顯示，包括實時狀態顯示和實時參數顯示；模擬量的棒狀圖顯示、表盤顯示和數字量顯示；主控室操作員站和原來控制室中的上位機操作閉鎖，并互為備用；實時趨勢顯示和歷史趨勢顯示；實時報警、語音報警、彈出式畫面報警、報警確認功能；操作員操作記錄功能；報警歷史記錄、打印功能；趨勢打印和報表打印功能；安全（即口令）。

2.3 系統特色

滿足用戶對環保、節能、高效生產所需的系統化解決方案；可實現全廠輔助控制系統的聯網及集中控制；可與主機DCS系統和SIS系統聯網；對改造機組可在不影響運行的條件下，實現控制系統的聯網升級改造；可實現最大限度的減員增效；減少備品備件種類及數量，從而減少資金積壓；對新建機組可減少資金投入，減少培訓投入等。

[1]電力工業部華東電力設計院.火力發電廠設計技術規程[M].北京：水利電力出版社.

[2]大唐國際發電股份有限公司.火力發電廠輔控運行[M].北京：中國電力出版社.