河北国华定洲电厂一期辅助车间网络集中监控的实施.doc

河北国华定洲电厂辅助车间网络集中监控的实施 田松 河北电力勘测设计研究院摘要：本文介绍了河北国华定洲发电厂2X600MW火电机组辅助车间网络的实施方案，全厂网络光纤的敷设，软件优化提高网络可靠性，工业网以太网和全以太网两种联网方式的探讨及在设计过程中需注意的几个问题。关键词：软件优化，以太网，工业网，PLC，光纤敷设1 概述随着电力市场的进一步开放、电力改革的不断深化和厂网分开、竞价上网的逐步实施如何提高生产效率、降低发电生产成本、提高控制水平是每个现代化电厂急需解决的问题,由于热工自动化技术的发展主厂房的生产人员已大大压缩，辅助车间生产人员占用多、劳动效率低的问题逐渐突出，成为电厂提高控制水平、减员增效的重点。河北国华定洲发电厂2X600MW火电机组的设计具有较高的控制水平, 辅助车间部分在控制点分别按（水处理、除灰、输煤）三个控制点进一步优化设计，将辅助车间监控点进一步减少和集中,采用成熟可靠的可编程控制器结合飞速发展的以太网控制技术建立全厂BOP辅机集中监控网络,实现在单元控制室对全厂辅助车间的监视和控制，不仅提高了控制水平并且实现了减员增效、降低劳动强度的目的。2工程概况和简介河北国华定洲电厂位于河北定洲，一期装机容量2X600MW，预计第一台机组2003年4月发电，三大主机锅炉、汽轮机、发电机均采用国产上海锅炉厂、汽机厂和发电机厂的产品。DCS和IT为西门子产品。辅助车间采用AB公司的CONTROLLOGIX系列PLC。3 辅助车间工艺系统及网络组成和结构本工程辅助车间包括锅炉补给水及反渗透系统、综合水泵房系统、制氢站系统、循环水加药系统、废水处理系统、净化站系统、除灰渣系统、输煤系统,列表如下。工艺及程控系统名称通讯距离就地操作站I/O点数锅炉补给水及反渗透系统 距集控室400米有1288点工业废水集中处理距水点控制室200米有369点循环水加药及次氯酸钠系统距水点控制室250米有200点制氢站距水点控制室320米有100点综合水泵房距水点控制室100米无100点除灰系统 距集控室200米有1788点输煤系统 距集控室400米有1388点在业主的支持下PLC型号实现了全厂统一，各辅助车间均采用AB公司的controllogix系列PLC，这样就为全厂辅助车间连网造创造了十分有利的条件，同时减少了备品备件的数量。本工程辅助车间集中监控网的设计采用”网络分层，控制集中”的原则:（一） 网络分层：网络拓扑结构（见附图1）分为两层：工业网层和以太网层，两层网络各司其职，即彼此独立又相互联结。1) 第一层工业网层：在水处理控制系统、除灰控制系统、输煤控制系统分别建立工业控制网络，在水处理室、除灰控制室、输煤控制室设立相对集中监控点，这满足了规划院和火规中关于辅助车间的相关要求。 a) 水处理集中监控：包括锅炉补给水及反渗透系统、综合水泵房系统（远程I/O）、制氢站系统、循环水加药系统、废水处理系统、净化站系统，各系统间通过control net(5M)网络协议在工业网控制层连成冗余统一的工业网络。在水处理集中控制室内设两台操作站计算机，操作站计算机各通过冗余CNBR-1746专用通讯卡连接水处理工业网络，监视和控制系统内的所有工艺设备，设置一台数据库服务器通过冗余CNBR-1746专用通讯卡连接工业网络，负责水处理网络的数据集中、数据备份、在系统内某个程控系统故障时起到恢复数据、减轻通讯负荷的作用。b) 除灰集中监控：除灰系统同水处理系统，现场采用AB的PLC网络，通过control net(5M)工业网络连接，设在除灰控制室的两台操作站和一台数据库服务器通过冗余CNBR-1746专用通讯卡分别连接除灰工业网络，监视和控制系统内的所有工艺设备，实现除灰系统的就地集中监控。c) 输煤集中监控：输煤系统同水处理系统，现场采用AB的PLC网络，通过control net(5M)工业网络连接，设在输煤控制室的两台操作站和一台数据库服务器分别通过冗余CNBR-1746专用通讯卡连接输煤工业网络，监视和控制系统内的所有工艺设备，实现输煤系统的就地集中监控。水、煤、灰各监控点都采用成熟可靠的确定性PLC工业控制网络，信息的传递具有实时性强的优点，信息可以在规定的时间片内完成指定工作，不会有滞后、延时现象。另外，使用特定的网络完成特定功能，可把工业控制系统和上层信息网络隔离开，可以保证网络系统的结构相对安全，保证水、煤、灰监控点的监视和操作在第二层网络出现任何情况时都稳定可靠。2) 第二层以太网层：通过在单元集中控制室冗余配置的100M以太网光纤交换机采用双光纤冗余分别连接设在水处理、除灰、输煤控制室的交换机，水处理、除灰、输煤各控制室的操作站和数据库服务器分别通过冗余设置的网卡连接各自控制室的交换机组成辅助车间的上层星型以太网络。水处理、除灰、输煤各控制室的操作站和数据库服务器作为连接各自工业网络的网关，起到了连接和隔离工业网与上层以太网的作用。辅助车间集中监控网络采用的这种星型以太网结构实现了网络间的数据高速传输，提高了网络的可扩展性和灵活性同时又实现了彼此相对独立的工艺系统间的相对隔离。 （二）控制集中：单元控制室作为辅助车间网络的集中监控中心，两台操作员站和一台数据库服务器分别通过各自的冗余设置的网卡连接单元控制室的交换机，形成辅助车间的在单元控制室的监控中心。两台操作员站监视和操作所有水处理、除灰和输煤等辅助车间设备，数据库服务器用来集中水处理、除灰、输煤的数据库并集中提供给SIS(厂级监控系统)，总之，水处理、输煤、除灰的就地工业网控制与星型以太网络相结合既实现了各自控制室的操作手段又实现了在单元控制室集中监视和控制，使系统的网络层次清晰，所有网络设备各司其职，在运行过程中不会产生互相干扰或信息流冲突的现象，这种网络结构使得整个网络在硬件参数一定的情况之下，相对增加了网络信息的传输速度，提高了网络的可靠性,兼容性和灵活。4 辅助车间全厂光纤的敷设辅助车间由于遍布全厂，分布范围广，距离长，各个车间之间距离最远可达到几百米，因此一般采用光纤连接的方式。在本工程中水处理控制室，除灰控制室，输煤控制室到集控楼单元控制室都采用光纤连接，我在全厂的光纤敷设设计遵循了以下几点供大家参考：（1） 光纤电缆在室内布线时走线槽；（2） 主厂房内的光缆尽量走电缆桥架，当没有桥架时走穿管。以现有的桥架敷设为主，以地沟敷设和穿管敷设为辅，光缆直接敷设在桥架上。（3） 改变方向很容易损坏电缆，尽量减少电缆的弯曲，如需拐弯时注意弯曲角度，其曲率半径不能小于300mm；（4） 光纤电缆的室外裸露部分要加铁管保护，铁管要固定牢固；（5） 光纤电缆埋地时，要加铁管保护；（6） 主厂房外光缆敷设时，敷设在全厂电气电缆沟中，光缆套上PVC管后直接敷设在电缆沟内。在没有电缆沟的情况下可走管架，穿管采用镀锌管，镀锌管需密封，光缆穿在镀锌管中。（7） 水、煤、灰集中监控网络中各级交换机至网络设备的冗余光缆在布线时二根光缆分别沿不同的路径敷设，如仅有一条电缆通道，则二根光缆必须在管架或缆沟中分两侧敷设。5 辅助车间的设计的过程中需注意的问题辅助车间由于涉及到的厂家多，水平和经验良莠不齐，各个厂家都有自己的软件编制习惯，要实现连网和在控制室的集中监控就有必要进行统一的要求，因此在辅助车间各个车间必须全盘考虑并且必须制定统一的辅助车间网路网络规划，各个辅助车间厂家均应遵循统一的规划实行，为各个系统的连网、画面统一和数据的汇总创造条件，例如：1) IP地址应有统一的规划，各辅助车间操作站、服务器及网络设备的IP地址应按辅助车间网络规划IP地址进行统一划分。2) 数据库中的测点名称、编号和基本块的标记名的命名严格遵守系统编码标准，中间块的标记名的命名根据各自系统进行统一的划分，3) 画面文件的命名、时间表中事件文件的命名、标签组文件的命名以及历史记录分配文件的命名规则也应遵循相同的规则。4) 监控画面的分辨率大小和字体模式及画面的颜色应作统一规定。6 软件的优化配置实现辅助车间无人值班后网络的可靠性就变得非常重要，除保证硬件的冗余可靠外通过软件设置也可提高系统的可靠性。辅助车间集中监控网络的软件设计遵循“数据分流、危险分散”的原则。水处理、输煤、除灰各个监控点的数据库服务器分别采集自己工业控制网络内各子系统的实时数据，并将数据汇总集中。辅助车间集中监控操作员站则作为水、煤、灰监控点数据库服务器的客户端，当辅机集中监控操作员站需要数据或发送控制指令时，则通过100M冗余光纤以太网和各点（水、灰、煤）的数据库服务器进行信息交换，通过数据库服务器从而将数据和指令传到PLC；相反如果辅机集中监控操作员站从辅机集中数据库服务器请求数据，那么数据的流向就会从PLC经过水、煤、灰点数据库服务器和辅机集中数据库服务器这样的两层转折，使集中监控的实时性打了很大折扣同时安全性也会大大降低。辅机集中数据库服务器也作为水、煤、灰监控点的数据库服务器的客户端进行数据集中，并作为SIS系统的数据服务器端，起到了连接辅助车间网络和SIS，数据集中和减小水、煤、灰监控点数据库服务器端的通信压力的作用。水、煤、灰监控点的数据库设置以水点举例：水处理车间两台操作站全部安装水点全局数据库，并将其中一台作为水点数据库服务器的备份节点联入到全厂辅机集中监控网络中，这样，当水点数据库服务器出现故障时，辅机集中监控操作站的数据流向会自动从水点数据库服务器变向数据库备份节点操作站，从而保证辅机集中监控操作的可靠和稳定性；当水点数据库服务器故障处理恢复后，通过软件自动监测，数据库备份节点操作站又自动变回为水点服务器的备份节点，恢复到正常运行状态。除灰、输煤数据库服务器及操作站作同样设置，通过软件的设置增加数据备份通道优化数据流向从而增加了系统运行的可靠性（见附图2）。水、煤、灰监控点操作员站安装各点全局数据库后，如果辅机集中监控以太网络出现故障（如病毒的侵害）所有辅机集中监控操作站、服务器、水点数据库服务器和操作站断开网络连接，水、煤、灰监控点仍可通过各自操作站就地操作（因为操作站有各自点全局数据库）将保证水、煤、灰监控点系统的正常安全运行。采用分布式网络数据库，合理分配集中数据库和部分数据库，当任何一台操作员站或服务器故障时不影响数据库对数据的调用,并在操作员站恢复后可通过数据库恢复数据，达到安全、可靠、网络负荷合理分配的目的。7 辅助车间网络两种网络连接方式的探讨在方案确定时讨论了两种联网方案：一种是上面介绍的在工程中实际实施的工业网以太网方案，另一种是全以太网方案（见附图3）。两种方案各有优缺点：第一种方案控制网层使用沿用多年的“确定性”专用工业网络，优点在于网络的可靠性和实时性可以得到保证，缺点在于其专用性和较低的速率；第二种方案控制网层也使用以太网协议，PLC直接接至交换机，优点在于网络的灵活性和兼容性，可实现基于PLC硬件的客户机/服务器的软件架构和操作方式，缺点在于（1）生产PLC公司推出以太网通讯卡的时间不常，并且尚未推出100M的网卡，使用网卡和交换机的程控网络应用业绩较少；（2）如果发生病毒的侵害将使网络瘫痪并且没有备用手段，可靠性不高；