公用系统网络通信堵塞问题分析与解决

景磊，杨永尚

(华电内蒙古能源有限公司 包头发电分公司，内蒙古 包头 014013)

0 引言

分散控制系统DCS(DIstributed Control System)网络是火力发电厂热工控制的重要组成部分，它就像人的神经中枢，通过它把其他各部分有机地连接在一起，构成一个稳定的系统，实现其重要的功能。如果网络存在问题，整个系统将面临瘫痪，而DCS网络中的公用系统网络又存在一定的特殊性，因为公用系统很少有停机检修的机会，长时间运行会产生一定的隐患，给机组安全运行带来不稳定因素。因此，有必要对公用系统网络进行研究，降低其可能存在的堵塞隐患，提高公用系统的稳定性。

1 公用系统网络现状

华电内蒙古能源有限公司包头发电分公司(以下简称华电包头公司)DCS采用Foxboro I/A Series控制系统，全厂DCS共分为#1，#2机组和公用系统3个网段，每个网段之间通过LAN卡相连接，由LAN卡负责单元机组和公用系统之间的通讯，从而实现单元机组操作员站对公用系统的监控与操作，#1，#2机组和公用系统网络配置如图1所示。

通过对网络结构的设备分析，目前，网络上的设备情况如下:

(1)#1，#2机组及公用系统节点系统的数据传输速率为10 Mbit/s。

(2)3个网络段上的网络接口卡的数据传输速率为5 Mbit/s。

(3)公用系统节点上无操作员站，只有1台公用系统的工程师站AW0001。

图1 #1，#2机组及公用系统网络配置图

(4)在#1机组节点上连接有2台工程师站(AW1001，AW1002)和 5台操作员站(WP1001，WP1002，WP1003，WP1004，WP1005)。在#2 机组节点上连接有2台工程师站(AW2001，AW2002)和5 台操作员站(WP2001，WP2002，WP2003，WP2004，WP2005)。

(5)在#1机组节点上连接有20对控制器(CP1001～CP1020)，在#2机组节点上连接有20对控制器(CP2001～CP2020)，在公用系统节点上连接有2对控制器(CP0001，CP0002)，以上控制器的传输速率为10 Mbit/s。

(6)通过对网络的负荷进行在线测试，得出以下试验数据，见表1。由表1可以看出，公用系统LAN003的负荷最高，平均发包个数在2500以上。

表1 网络负荷率测试结果

2 公用系统网络负荷高原因分析

2.1 控制器周期相位不平衡

DCS控制器的周期若与相位不匹配，会使该控制器在某个相位下处理的模块数量很多，模块数量多会直接导致在本相位下处理的数据量多，这会给控制器的安全运行带来巨大的隐患，还会给网络上的通信数据量带来尖峰值，从而影响网络的负荷。

2.2 组态逻辑只增加不减少

在DCS长期运行的情况下，电厂维护人员不断更替，控制器的组态也随之不断变化。此时出现的现象是组态只加不减，有一部分组态实际上已无效，而控制器在读取数据时仍将所有数据点都读取，因而造成控制器的负荷过高，致使网络数据量增多，最终导致网络堵塞。

2.3 火电厂厂级监控信息系统

现代火力发电企业均建有厂级监控信息系统SIS(Supervisory Information System)，集过程实时监测、优化控制及生产过程管理为一体，是处于火电厂DCS及相关辅助程控系统与全厂管理信息系统(MIS)之间的1套实时厂级监控信息系统。SIS以机组的性能计算、厂级经济性分析、厂级负荷分配以及机组的经济运行为主要目的。SIS的实时性体现在实时分析机组的运行参数，通过系统强大的数据挖掘、数据处理与优化功能，对机组乃至全厂的运行状况进行准确的分析、诊断与优化。然而其基础是DCS数据采集系统，由于不停地从DCS中读取生产实时数据，在网络中接近动态数据服务器，大量的数据会使DCS网络堵塞变得频繁。

2.4 #1，#2机组同时调用公用系统实时数据

由于华电包头公司没有专用公用系统操作员站，只能通过#1，#2机组操作员站由网络接口卡LAN003调用公用系统实时数据。若多台操作员站同时调用公用系统画面，势必会导致公用系统网络通讯堵塞且每台机组的操作员站都开5个以上的画面窗口进行操作，每个系统画面流程图都有很多公共报警点，大大增加了公用系统网络负荷，也会导致通信堵塞的发生。

3 对策及实施

3.1 调整控制器周期相位

调整控制器周期相位的目的是使控制器在各个处理周期内处理数据均衡，为解决控制器周期相位不平衡的问题，应采取以下措施:首先，检查所有控制器的周期与相位并做好记录;其次，对所有分配不均衡的控制器进行周期与相位的调整，使之达到均衡。调整前、后对比如图2所示。调整后，控制器每个周期的处理能力相对平均地维持在50%左右，其中2相位最明显，由80%降低为52%，4相位由30%升高到49%。

图2 控制器周期相位调整前、后对比图

3.2 删除多余组态逻辑

为解决组态只增不减的问题:首先，制订相关制度，严格控制组态的增加;其次，逐个检查控制器的逻辑，将基建遗留的试验组态删除，以降低控制器的负荷率。实施前、后对比情况见表2。

表2 控制器负荷率对比 %

3.3 修改SIS读取DCS数据采样周期

为解决SIS读取DCS数据通信量大的问题，修改数据传输程序中的采样周期，在不影响SIS取数据要求的前提下，将原周期1 s改为2 s。

3.4 减少 #1，#2机组同时调用公用系统数据

为解决#1，#2机组同时调用公用系统数据问题，将#1，#2机组操作员站操作画面由原来的5幅改为3幅，从而减少对公用系统数据的调用量。

4 实施后效果

为了检查以上措施实施后的效果，在连续10 d中的固定时间段(09:00，14:00，20:00)在线测试网络负荷，测试结果的平均值见表3。实施后公用系统网络通信负荷如图3所示(负荷单位为包)。

表3 实施措施后平均网络负荷率

图3 措施实施前、后网络负荷对比图

5 结论

通过对公用系统网络负荷的分析，提出了对策并实施，通信负荷由2547包以上降为1943包，提高了公用系统的数据处理占用时间，增加了公用系统的可靠性，提高了系统的运行能力，从而保证了机组的安全运行。

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