火电机组辅控一体化集中监控网络方案及配置.pdf

- t h 蜩 叫几 ． L l辅助车间集中监控网络总体规划 l 。 1辅助车 间工艺系统概述 良村 电厂辅助 车 间系统包 括锅 炉补 给水 系统 、综合水泵房系统、工业废水系统、供氢 站系统 、凝结水精处理系统 、汽水取样系统 、 化学加药系统、中水深度处理系统 、循环水加 药系统 、制冷换 热站 、空调系统 、气力输灰系 统、干灰分选系统、灰库卸灰系统 、全厂配气 中心、输煤系统 ，共1 6 个辅助车间子系统。 1 ．2 辅助车 间控制方式及控制水平 本 工程全 厂辅助 车 间集 中监控 系统 ，将 水 网控制系统 、煤 网控制系统 、灰网控制系统 组成一个控制 网络 ，并在主厂房集中控制室 内 设 置 全 能值 班 操 作 员 站 ，实 现 全 厂 辅助 车 间 的 集 中监控 。其 中，水 网控制系统、煤网控制系 统 、灰 网控制系统就地集 中监控点主要用于基 建期 问的调试和设备检修期 问的维护，在辅助 车间运行稳定后 ，由辅助车 间全能值班 员完成 水 、煤 、灰系统 的集 中监控 ，就地集中监控 点 无人值班，实现全厂辅助车间集中监控 。 根据工艺系统特点将锅炉补给水系统、综 合水泵房系统、工业废水系统、供氢站系统、 凝结水精处理系统、汽水取样系统 、化学加药 系统、中水深度处理系统、循环水加药系统全 部纳入水 网监控，在锅炉补给水车 间设有水网 临时操作员站， 由于水 网各子系统分布 比较分 散，设有多个远程I O和远程1 0站 ，相互之间采 用光纤通讯 。 煤网设在新建 的输煤综合楼。按物理分散 的原则 ，为节约控制 电缆和安装材料 ，控制系 统还设置几个远程分站 ，远程分站之间采用光 纤通信 。 在炉后综合楼设有灰 网临时操作员站，包 括气力输灰、干灰分选及 空压机系统，鉴于干 灰分选系统灰网较远 ，将 其作 为气力输灰系统 远程1 0，两者通过光纤进行通讯，实现对干灰 分选系统的远程监控。 制冷换热站及空调系统相对独立 ，故将其 直接接入辅控网进行监控。 3 4 ． 2 o 1 2 o 8 N第 4 期 1 ． 3辅助车 间集 中监控 网络构建原则 】 ． 3 ． 1集中监控 网络构建原 则 1 采用1 0 0 M ／1 0 0 0 M和 T C P／I P 协议的 全双工交换式工业 以太网技术，保持 2 5 以下 的网络负荷 ，以解决网络传输冲突 ，提高传输 速率，保证以太网通信的确定性和实时性。 2 应用 数据包优 先级配置 ，通 过优先排 序 ，保证紧急信息及时准确 的传输和处理，保 证 网络 的可靠 性和 安全性 。 3 合理分割 网段，采用冗余拓扑结构，合 理选择工业 以太 网网络产 品，保证 网络的稳定 性 。 4 采用带有过滤功能的交换机和 防火墙 ， 保证 网络 及系统 安全 。 1 ．3 -2 集中监控 网络拓扑结构 基于 网络可靠性、实 时性和经济性因素， 选择 了冗余光纤星形拓扑结构来构建辅 网监控 平台，其他特点为 1 适用于对系统通讯可靠性要求极高，交 换速度 较快 的场合 。 2 实现 了链 路双冗余 ，允许交换机 、光 纤、网线 网卡 3 种故障，直接通过背板交换， 交换速度快；布线复杂，网络设备、网络光 电 缆、网卡均为双份 。 3 光纤 网，抗干扰性能好，故障切换时间 小于5 0 0 ms ，切换时间取决于软件 ，实时数据安 全性 好 。 4 提供就地设备 的网络接 口，可用便携式 设备实现就地设备监控和组态联调。 5 可根据需要选用不同的网络接 口模块 ， 配置灵活 ，其可扩展性优于双环网。 1 ．3 ． 3 集中监控 网络硬件选择原 则 集 中监 控 网络硬件 选择 高质量 的控制 网 络平台必须有稳定可靠 的网络设备作为物理载 体 ，基 于对 网络交换机 、网络服务器和网络传 输媒介的特 点，结合现场工作环境和产品应用 业绩及运行情况 的分析 ，给 出了网络设备的选 取 原则 。 1 网络交换机 。骨干交换机和下层交换机 l | r h 删 几 J ． 发 电设计 火电机组辅控一体化集中监控网络方案及配置匦 脚腿嗍 圈 应选择具有 1 O O M或者 I O 0 0 M高速通信模块 ，冗 余 电源模块和基板，层 间和层 内通讯链路冗余 的工业 以太 网交换机 ，其端 口备用要达到大于 3 0 ％，系统通讯负荷率要小于2 0 ％。 2 网络服务器选用具有 电源冗余、双机热 备、故障切换等功能，持续运行率达9 9 ．9 ％的 工业级网络服务器。 3 网络传输介质 。采用5 类双绞线和光纤2 种通讯介质 ，以保证网络的可靠性和安全性 。 1 ．3 ．4 集 中监控 网络通讯速 度配置原则 网络 传输 速度 是决 定辅 网性 能的关 键 因 素， 1 O O M* IJ 1 O 0 0 M都可 以满足 辅助 车间集 中 监控 网络平台的要求 。鉴于影响 目前辅 网系统 的主要因素，为了提高网络系统 的传输性能和 实时性 ，减少网络拥堵 ，该工程设计推荐 中、 下级 网络数据量较小采用 1 O 0 Mb i t ／ s 工业 以太 网、骨干 网传输数据量较大采用 1 0 0 0 Mb i t ／ s I 业 以太 网及相 应 网络设 备 。 1 ． 4集 中监控 网络控制设备选 配原 则 为解 决各辅助车 间的控制系统的软件和硬 件不统一造成的不兼容问题 ，良村 电厂统一各 辅助车 间的控制系统 、监控和组态软件严格统 一 的原则 。 2辅助车间控制系统及网络设备配置 依据上述原则，确定 了良村工程辅助车间 集中监控网络系统结构方案。具体如下 2 ． 1服务器配置和操作员站配置 为了提 高控制 系统可 靠性 ，辅控 网选用 了具有高容错功能的S t r a t u s f t s e r v e r 4 5 0 0 容错服 务器 ，采用完全硬件容错方式 ，替代 了传统的 双机热备方案 。高性能容错服务器通过 以太网 与各控 制系统 的P L C通讯，从P L C中采集实时 数据 ，存储于服务器 中，承担各系统 的数据采 集 、存储、处理等工作 。 容错服务器 、两 台操 作站、1 台工程师站 和两 台网络中心交换机布置在主厂房控制室和 锅 炉 电子设备 问内；3 台操作站 1 台兼工程师 站 、两 台交换机布置于水网控制室f 位 于锅炉 补给水车间 ；2 台操作站 1 台兼工程师站1 、两 台服务器布置于灰 网控制室 位于除灰综合楼1 2 台操作站 1 台兼工程师站 布置于煤 网控制室 位于输煤控制楼 ，另外 ，为方便调试工业废 水集 中处理系统、化学加药及汽水取样系统等 分别设有就地操作员站 。服务器、监控操作站 及工程师站通过冗余通道与 中心交换机连接， 辅控 网络 中心交换机通过冗余光纤分别与各车 问控 制系统的交换机连接，构成 网络 的主干， 见 图 1 。 辅控网网络拓扑图见图1 。 J * 蚍 { i P l l I f I I l I i I i f I _ l j * ■ ] _ - I t 。 『 I _ * l - ’ J l 厂 一 ～ 一 一 ～ J一～ l 日 日 日囤 日 日囤 l i I I l f l J i I 一l 嚣 翟 圈 ／／ 訇 兰 。 童 i j 图1辅控网网络拓扑图 2 0 1 2 年 0 8 月第 4 期 ．3 5 ● |h 删 n上 三 卿 唧- 嘲 嘲 发电 设计 火 电 机 组 辅 控 体 化 集 中 皿I V - 控 网 络 方 案 及 配 置 网络系统配置工业控制计算机及2 4 寸工业 级液晶显示器作为操作员站 ，任意一 台操作员 站可承担工程师站功能，配置 由单色激光打印 机和彩色A4 激光画面打印机 。服务器数据库容 量保证辅控 网实时数据在线保存足够 时问以方 便查询，并可 自动写入光盘 。每台操作 员站 、 工程师站、容错服务器上均配置2 块I O 0 0 M工业 级网络通讯适配卡。 2 ． 2交换机配置 良村 电厂辅控 网主干 网网络 拓扑 采用 以 太 网全交换星型网状拓扑，主干 网采用冗余结 构，保证 网络在发生不 同故障点 线路、交换机 等 的情况下仍然能够正常工作；为了降低网络 的负荷 ，提高以太 网的通信速度 ，主干 网采用 通信速率达1 O 0 0 M ／s 的工业交换机 ，可 以尽量 避免冲突的发生，提高系统的高可用性。 为实现上述要求 ，良村辅助车间集 中监控 系统中，采用两台西门子XR 3 4 2 1 2 M 高性能模 块化交换机 ，采用 1 O 0 0 M光纤冗余星形网络结 构，冗余连接各个子区域交换机X4 1 4 ． 3 E 。在网 络某处 出现 断点或某节点交换机 出现错误后能 够保障继续通讯，同时在此过程中不会 出现数 据丢失或数据变化等 问题 ，保证各站点信息在 网络上正确传递，满足实时控制的需要。 2 ． 3 P L C[置 辅 助 车 间 控 制 系 统 P Lc硬 件 统 一 选 用 西 门子 系 列 产 品 ，下 面 以水 网系 统 为 例 说 明P L C系 统配置 。鉴 于锅炉 补给水 系统 、工 业 废水 系统及 凝结水 系统 相对较 为重要 ，本 工程 选 用 了 具 有 高 可 靠 性 、 容 错 功 能 的 西 门 子 S I MA T I C S 7 4 0 0 H产 品 ，CP U选 用4 1 4 4 H， 以太 网模 块 采 用 6 GK7 4 4 3 1 E X2 0 0 XE 0 ， DI 模 块 采 用6 ES 7 3 2 1 1 BH0 2 0 AA0 ， DO 模 块 采 用 6 E S 7 3 2 2 1 BH0 1 0 AA0，AI 模 块 采 用 6 ES 7 3 3 1 1 KF 01 0 AB0 ，AO模 块 采 用 6 ES7 3 3 2 5 HF0 0 0 AB0。 具体网络结构及硬件配置见图2 。 3 6 - 2 0 1 2 年 0 8 月第 4 期 图2网络结构及硬件配置 骊l 八 L 2 ．4 软件 配置 P L C编程和组态软件采用 西门子S t e p 7 ． 0 V5 ． 4 ；辅网侧服务器版监控软件为WI NC C V7 ． 0 服务器版；辅网侧操作员站监控软件采用Wi n c c V7 ． 0客户端；网络管理软件为 Hi v i s i o n ；数据 库软件是I Hi s t o r y 数据库 1 5 0 0 0 点 ；监控站软件 为 Wi n d o w XP 。系统采取有效措施来防止备类 计算机病 毒的侵害和数据丢失 ，为保证 网络系 统 的运行安全 ，安装防火墙软件，并根据不 同 用户设置相应的访 问权限和网络管理措施 。 3 注意 事项 电厂辅 控 网络系 统在 构建 时往往会 遇 见 一 些问题 ，下面会 结合上文所述及作者 自身经 验对 于构建 网络系统 的几个常见 问题进行简单 探讨①在构建辅控 网络系统时，为了保证整 个系统的可靠性，网络在符合成本考量的前提 下 ，应尽 可能 实现辅 控 网络 的双 网架 构 ，同 时保证 网络核心设备 ，如 ；交换机 、服务器 的 冗余配置 ，从而杜绝 网络 内出现单节点 ；②在 满足 设备通讯流量 的网络配置后 。还应考虑到 网络 内数据瞬时峰值大流量 的产生 ，从而导致 系统拥塞；③为 了减少网络在通讯过程中的信 号衰减，在网络物理设备 的设置上应尽量减少 对于光端机 、光 电转换器等二次转换设备的使 用 ；④ 辅 网设计过程 中尽量采 用 同一 品牌 的 P L C，为网络结构的搭建提供方便。 4 结语 通过实际运行的检验 ，良村辅控网能够安 全稳定地运行，说 明网络软、硬件的配置是合 理的，也进一步证 明组建辅控 网是实现各辅控 系统统一协调控制 的有效途径 。网络技术 的应 用将给火 电厂的生产过程带来一场新的革命， 生产效率空前提 高，为各种新技术的应用提供 了一个可靠 的平台，是发 电技术走 向现代化的 重要 基础 。 参考文献 [ 1 】 夏 俊利 ．3 0 0 MW火 电机组辅助 系统控制 网络 的组建 [ J ] ．现代 电力 ，2 0 0 5 2 ． [ 2 ] 钱 培峻 ．超超 临界机组 主辅控一 体化控制 的设计研 究【 J ] ．华东 电力 ，2 0 1 0 7 ． 【 3 】 耿晓峰，刘卫国．辅助车间集中控制网在发 电厂中 的应用 【 J ] ．浙江 电力 ，2 0 1 0 1 1 ． 聚光式太阳能发 电技术旗帜飘扬 2 0 1 2 年0 8 月 第4 期- 5／ 0