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基于工业以太网的发电厂集成分布式辅控系统
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关 键 词: 发电厂 辅控系统
行业类型: 电力
设备类型: 电力通信 工业以太网设备

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1、引言
  目前,我国多数大型火电厂的辅助系统是各自独立,互不相连的。各辅助系统多采用可编程逻辑控制器(PLC)与上位机相结合的监控模式,有各自的控制室和生产运行人员。这种传统的、分散型的监控模式,造成设备和人员的重复配置,不利于集中管理和提高劳动生产率。利用先进的网络技术和通信技术。将各自独立的辅助子系统连接成网,在维持原有控制设备分布的同时,在相对统一的控制室内实现对多个同类辅助系统的集中监控操作,正成为电厂辅助车间提高控制水平的发展方向和实现“减人增效目标的重要手段,也是电厂消除自动化“孤岛”现象,实现管控一体化的前提和基础。
  本系统依据辅控系统“控制分散,集中管理”的原则,采用模块化工业以太网,通过构建容错型交换式以太环网,将除灰除尘、输煤、水务系统和其它辅控系统连接入网,成功地解决了网络通讯、网络协议接口、统一的人机界面以及大型实时数据库等问题,实现了辅助系统的相对集中控制。
2、集成分布式辅控系统网络和通讯解决方案
  2.1工业以太网的特点:
  冗余性:通讯网络系统采用工业以太网,通过工业服务器和数据交换机,就能采用冗余配置,通过交换机,可以任意扩展通讯模块,并可采用多层通讯结构。
  开放性:在控制系统中,一般有2级网络,过程控制网和实时监控网。工业以太网的通讯模块已经推出,也有了适用工业以太网的通讯协议,这是过程控制网采用以太网的开放性的优点。在监控网中,采用工业以太网,既可以与下一级过程控制网统一通讯,又可以与厂级通讯网实现通讯,如SIS,MIS系统等,使辅助车间的信息,如燃油量、燃煤量等均可在厂级通讯系统中监控。
 扩展性:工业以太网是一个很灵活的网络,只需将控制子系统中增加以太网卡和在上位机监控系统中增加以太网模块 ,并进行编程,即可实现监控 。一般的专用网的总长度一般不能超过 3km ,而采用工业以太网的总长度可达到 30km 以上。
  可靠性:实际上 ,以太 网具有 更高 的可靠性 。 如在网络的通讯数据 量相 同时 ,工业以太网的负荷率比令牌网的负荷率降低5O 。一般的专用网的通讯速率是 1OM,而工业以太网可达到 100M ,甚至 1000M ,所以大大提高了系统监控的实时性。
  2.2网络构成:
  整个辅控网络采用模块化工业交换机,其中主干网交换机冗余配置。辅助车间相对集控系统采用多模光缆、工业级交换机建立工业以太环网,采用统一的网络平台和软件平台,来互连各个不同的辅助控制系统,实现外围辅助系统相对集中控制,整个辅控网络的采用星环混合型结构,用以太环网连接各个辅控系统,并分成主干网和子环网。各辅助系统采用星型方式与主干网连接,各辅助系统交换机可以根据需要任意配置端口,以及各种冗余度,与主干网的通信链路也可以用环间冗余技术实现冗余连接。主干网采用超级冗余环技术,当环网某一点发生故障,系统可以在<500ms的时间内恢复正常工作,并且配置冗余交换机,可以实现整个网络具有多点容错功能。主干网和子环网之间采用环间冗余技术实现环网之间的冗余连接,确保冗余切换时间<300ms。网络的拓补结构图,如图1所示。

 
                                            图1 星环混合型辅控网络系统
  这样,整个辅控网络不仅具有环形网络的切换快速、安全可靠的特点,还综合了星形网络多路交换、施工方便、扩展灵活的功能,提高了系统的可靠性和实时性。
  2.3辅控网络系统的数据通讯
  辅控网络采用工业以太网,因为目前只有工业以太网可以提供从工厂设备层到,厂级信息的全网络的技术支持,现场总线和PLC专用网络还不可能提出这么大范围的信息传输能力。
  网络交换机采用模块化结构,具有网管功能,同时支持IE浏览器管理。辅控系统和PLC、监控软件接口, 以及与第三方通信接口采用OPC规范, 同时支持远程通信。整个辅控系统配置实时/历史数据库iHistorian2.0,采用powerEasy采集器采集各个辅控子系统的实时数据。
3、辅控子系统
  各辅控子系统采用PLC 控制设备,并与上位机相连,构成一套完整的就地监控系统。对于没有以太网接口以及采用专用的人机操作界面的系统,采用智能适配器把系统的各个子站的232或485通讯接口转换成标准的基于以太网的Modbus TCP协议,采用基于OPC协议的通用工业组态系统替换原来专用的上位人机操作软件。实现统一的数据库及人机接口风格。
  人机操作界面的主要功能:
  (1) 图形化画面;保持与各子系统操作界面的一致性,显示各子系统的工艺流程;
  (2) 实时动态显示:提供生产运行监控所需的测点实时数值及状态;
  (3) 趋势:提供实时/历史趋势显示和打印功能;
  (4) 报警:具有弹出式的实时报警画面和语音报警功能,可进行报警确认和报警打印,并具有报警历史记录功能;
  (5) 操作记录和事件记录功能:按时间顺序记录系统启动后的实时报警信息、报警历史和应用程序运行列表,方便运行人员查询和分析;
  (6) 各辅助子系统画面快速切换;
  (7) 统一的系统登录画面,不同的安全级别和操作权限确保系统稳定运行。
4、结语
  基于工业以太网的集成分布式辅控系统这大大提高全厂的自动化生产水平,有利于厂级监控和MIS管理,真正做到了分散控制集中管理,为电厂的减员增效起到了很好的作用,为电厂的辅控车

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