輔助車間控制網絡系統在電廠中的應用

許寶晶 任毅

摘 ?要：在當今能源（特別是煤礦資源等不可再生資源）緊缺的情況下，隨著現在網絡技術的發展以及電廠對于輔機系統（輸煤、化水、除灰渣等系統）效率、運行成本等等的要求越來越高，大多數電廠都會選擇架設輔助車間控制網絡系統，將整個輔機系統的信息都集中起來，進行集中監控和數據分析，實時監控整個系統的運行情況，以便能更加及時的調整運行方案，達到經濟、高效運行的目的。

關鍵詞：輔助車間控制網絡;電廠;VLAN

目前輔助車間網絡系統多以以太網為主，其中多以星形結構為主，采用C/S架構;星形結構可以最大程度上減少單點故障對整個系統的影響，適合規模比較大的網絡采用，目前的Internent就是采用星形結構的網絡。輔助車間網絡系統的控制采用集中控制方式，設置一個輔助車間網絡系統集中控制點（單元控制室內）。運行人員在單元控制室內通過操作員站實現輔助車間網絡系統內各子系統內設備的啟/停運行的控制、正常運行的監視和調整以及設備運行異常與事故工況的處理，以達到輔助車間網絡系統的管理、控制一體化，為電廠減員增效和提高整體效益創造條件。能夠在單元控制室內的集中監控點完成對所有輔機系統工藝設備的正常運行過程的集中監視和控制，并實現人員通過SIS系統（廠級實時監控信息系統）可以查閱輔控系統與SIS的連接并讀取整個輔助車間網絡系統的所有有用數據，從而實現電廠可以系統、集中的監控輔助車間（系統）各工藝子系統的實時運行狀況，獲取歷史數據，用于經濟性計算分析。

在一個典型的網絡中至少應該包含服務器和交換機，這兩種設備一起構成了網絡的核心。

一、服務器的功能

服務器一般需要完成的功能有：實時數據服務器功能：服務器直接與各子系統的PLC控制器交換數據，同時緩存數據為眾多客戶端提供數據，減小控制器的負荷，使得網絡中客戶端的數量依賴于服務器的性能，增加客戶端不會影響控制器的運行，從而也更不會影響現場設備的正常運行。

二、交換機的功能

在小規模網絡中類似與集線器（HUB），負責提供各網絡設備間的數據轉發功能。然而由于以太網的沖突檢測機制，網絡上會有大量的廣播信息。當廣播信息多到一定程度后，會形成網絡風暴，造成整個網絡的癱瘓。也正式因為這個原因使得以太網的傳輸效率實際上在36%以下，這個數據沒有明確的概念，但是從網絡上的資料上來說，多數人認定36%是以太網的一個警戒應用率，超過這個數值，發生網絡風暴的可能性會很大。因此我們需要在設計時合理規劃網絡容量的同時，也需要通過劃分廣播域來限定廣播信息的范圍，來提高網絡利用率。

目前常用的是通過IP地址和綁定計算機端口來劃分

VLAN。通過IP地址來劃分VLAN，我們在輔助車間網絡中一般采用端口綁定的方式來劃分VLAN。通過對可網管交換機的管理，系統管理員可以方便的將任意一臺網絡設備劃分到任意一個網絡中，也可以共享到所有網絡中，方便的控制客戶端的訪問范圍，使得網絡也更加的安全。

輔助車間網絡系統的網絡負荷率是評價網絡性能優劣的主要指標，下面我們通過計算的方式來對一個有7個子系統、5臺客戶端的輔網系統的性能進行一個大概的評估。

A、本輔網系統共包括7個子系統，具體的系統點數配置如下：子系統1的點數配置為：開關量：3000點，模擬量：100點;子系統2的點數配置為：開關量：4000點，模擬量：1500點;子系統3的點數配置為：開關量：1000點，模擬量：200點;子系統4的點數配置為：開關量：1300點，模擬量：100點;子系統5的點數配置為：開關量：280點，模擬量：180點;子系統6的點數配置為：開關量：2700點，模擬量：300點;子系統7的點數配置為：開關量：4400點，模擬量：300點。

B、假設輔網與所有子系統PLC通訊都采用MODBUS協議進行通訊，而采用MODBUS協議通訊時的通訊數據是按數據位來傳送，因此上層網絡設備（服務器）的與就地各子系統的通訊負荷計算方法為：

■X100%=W1

那么，本網絡系統的W1計算公式如下：

W1=（■+■+■+■+■+■+■）X 100% = 0.0596%

C、對服務器來說，其通訊負荷除了與就地各子系統的理論通訊負荷外還包括客戶端系統與其通訊所造成的負荷，由于服務器與客戶端之間的通訊是以IFIX為平臺的，而在IFIX中每一個點都包含了16個需通訊的數據變量（例如A_*和F_*），而這些變量中的每一個都是以模擬量的形式來傳送的，也就是說每個變量又包含了16位的數據，因此在通訊時，每臺客戶端系統與服務器通訊時對網絡所造成的負荷W2的計算公式為：

■X100%W2

那么，本網絡系統的W2計算公式如下：

W2=[ ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ]

X 100% = 5.26592%

綜上所述，由于輔網系統共包含5臺客戶端，所以當所有所據點同時通訊時輔網系統中的整個網絡負荷值W=W1+ 5 X

W2=26.3892% 。在網絡系統中，當網絡負荷大于36%時網絡就會癱瘓，而負荷在20%左右時整個網絡才會工作正常，但是本系統中，W的值只有26.3892%在合理范圍內，而且，該計算方法得出的W值是最大值，因為對于IFIX上位軟件而言，只有當當前畫面打開時，該畫面上的數據點才會進行通訊，也才會對網絡造成通訊負荷，而單獨一幅畫面上的點數也只占總數據點數的十幾分之一，那么在用戶打開一幅畫面進行監控時的通訊負荷也就相應的只占26.3892%的十幾分之一，并且用戶不可能同時打開所有的畫面，因此在實際應用中整個網絡的負荷肯定會比上述計算出的最大通訊負荷值W要小很多。并且一個輔網系統配置5臺客戶端也是目前我所做過的最高配置，一般所配置的客戶端都小于5臺，那么，通訊負荷也會小于上述計算中得出的值。由此可見，輔網系統按照此種設計方案是完全滿足正常生產需要的。

另外，輔助車間網絡因為網絡上的設備類型比較多，因此在設計網絡的時候還要注意網絡上的設備類型，比如雙星型網絡中需要接入單網設備，就需要交換機支持生成樹協議，或者3COM交換機的彈性鏈路功能等，還要注意控制系統是否采用了雙路冗余功能，是否采用了雙機熱備功能，種種因素都決定了服務器和交換機的設置，只有將這些因素都考慮到了，作出的輔助車間網絡才是一個高性能的網絡，也才能達到設置輔助車間網絡的初衷。

參考文獻：

[1] 林全新，周圍. 《計算機網絡工程》[M].人民郵電出版社，2003

[2] 王達.網絡組建（第二版）[M].電子工業出版社，2007

[3] 陳在平，岳有軍.工業控制網絡與現場總線技術[M].北京：機械工業出版社，2006