电厂辅网解决方案的应用研究

林礼辉

（厦门龙净环保节能科技有限公司，福建 厦门 361000）

概述

火电厂辅助系统主要有输煤、化水、除灰渣、脱硫子系统等，对于200MW及以上的机组来说，辅助系统大都已采用计算机控制，随着4C技术（控制技术、计算机技术、通讯技术和图形显示技术）和单片机或者PLC+组态软件控制技术的日益成熟，为各子系统并入辅助网络控制系统实现集中控制打下了坚实的基础。也可根据用户的要求，将其它子系统（如循环水系统、凝结水系统、电气二次回路、污水系统、制氢系统、空压机系统等）也纳为辅助网络控制系统的成员。

单片机或者PLC加上位机控制技术解决了独立系统运行的安全及可靠性，但独立且分散的控制系统必然使用较多的运行人员，而且也暴露了诸如联系不方便，备品备件种类多，难于管理及设备投资大等缺点。辅助网络控制系统克服了原有独立且分散的控制系统的缺点，可最大可能的将运行人员减到最少。使控制系统在基本不提高造价的情况下，使辅助网络控制系统的水平达到基本与主机DCS控制系统相当的水平，并使辅助控制系统创造了与主机DCS及其他管理系统联网的可能性。

1 通讯方案

由于现场设备的种类繁多，且产品的不断升级，往往给用户和软件开发商带来了巨大的工作负担。通常这样也不能满足工作的实际需要，系统集成商和开发商急切需要一种具有高效性、可靠性、开放性、可互操作性的即插即用的设备驱动程序。做辅网就面临这样的要求，要求能把各个厂家各种设备集成到一个设备上。在这种情况下，不同供应厂的设备和应用程序之间的软件接口就需要标准化，使其间的数据交换更加简单化。目前常用的几种通讯方案有以下：

1.1 c/s模式

C/S（Client/Server，客户机/服务器）模式又称C/S结构，是软件系统体系结构的一种。上位机软件通过只有通讯协议和单片机或者PLC通讯，一般以就地控制的电脑为服务器，在辅控室安装客户端软件（一般不超过三台），客户程序通过IP地址自动地寻找服务器程序，并向其发出请求，服务器程序根据预定的规则作出应答，送回结果。这种结构优点是工作量少，功能完善，某个厂家就地控制的所有功能在辅控室能够完整体现，特别是对自主开发的单片机控制的系统来说，减少很多的工作，早期曾大量使用；缺点是没有完全融入辅控软件，为操作员所不喜。

1.2 OPC接口

OPC（OLE for Process Control， 用于过程控制的OLE）是一个工业标准，2002年兴起，2004年的时候广泛应用于各电厂。主要解决了这几个问题：设备驱动程序开发中的异构问题、现场总线系统中异构网段之间数据交换、可作为访问专有数据库的中间件、便于集成不同的数据、使控制软件能够与硬件分别设计。系统结构图如下：

IPC系统软件作为OPC Server，其它控制系统的软件作为OPC Client。双方数据的接收和发送是通过网卡在局域网上实现的。有了OPC后，由于有了统一的接口标准，硬件厂商只需提供一套符合OPC技术的程序，软件开发人员也只需编写一个接口，而用户可以方便地进行设备的选型和功能的扩充，只要它们提供了OPC支持，所有的数据交换都通过OPC接口进行，而不论连接的控制系统或设备是哪个具体厂商提供。

1.3 Modbus RTU

这是串口通讯协议，通讯数据较少，速度慢。在OPC和Modbus tcp/ip出来前比较常用。

1.4 Modbus TCP/IP

应用层报文传输协议（OSI模型第7层），通过以太网通讯。通讯数据量大，速度快，配置简单，只要在同一个网段内，网络正常，通讯基本不会出现问题。

上面4种方案是这几年辅控网最常用的通讯方式，各有优缺点。C/S模式省工作量，但做出来的监控画面不统一；OPC通讯速度快但相对不是很稳定，而且配置比较麻烦；Modbus RTU通讯稳定，速度较慢；Mobus TCP/IP通讯速度快，较稳定，是这两年用的比较多的一种。

1.5 集成后的技术特点

其基本思想是分散控制、集中操作、分级管理、配置灵活、组态方便。集成后的系统要求高可靠性，开放性，系统稳定，操作简单方便和集中控制。

2 网络方案

辅助系统都很分散，有些辅助系统相距可达数公里。通讯信号的远距离传送极易受到干扰和衰减，要使整个网络能正常、可靠、高效的工作，采用适宜的网络配置、拓朴结构及系统组态平台，将是技术关键所在。

数字量通讯格式为客户端发数据请求：

服务端响应：

模拟量的通讯格式为客户端发数据请求：

服务端响应：

针对新建电厂及老电厂的不同情况，我们从网络拓朴结构、硬件配置和软件选择、一次元件选型、机柜设计、用户界面设计等方面设计了新建电厂及老电厂改造采用辅助网络控制系统的多种方式，并按用户的经济承受能力设计了多种硬件及网络的配置，为用户提供多种可行的方案。

在新建电厂采用辅助网络控制系统时，设计中采取了更多的措施，以切实保证系统的可靠性。如网络采用双环网配置，PLC采用双机热备运行等。在调试及检修时，可在现场机柜上预留接口，以方便现场调试及检修。在软件上尽可能的采用了当今的计算机软件技术的最新发展成果，使得整套辅助网络控制系统比以往分散独立的辅助控制系统有更高的安全可靠性。

为保证系统的安全可靠性，我们采用上下互为备用的方式，即在原辅助系统的控制室中保留一套上位机，一旦集中的辅助网络控制系统出现网络故障时，在原来的分散控制室内仍可操作，为防止出现上下同时操作的情况，在上位机界面上做了闭锁，即上下同时只允许一处操作。

2.1 网络基本架构

以单片机或PLC柜为控制单元，基本以光纤组成通讯网络；以双网和冗余服务器组成数据采集单元，保证系统的安全可靠性；操作员站为监控单元；以鼠标为基本操作；有高档的网络控制硬件及PLC硬件供选择；以完善的功能保证系统运行的灵活性。这样组成的网络能够达到以下要求：具有统一数据结构，实现各种曲线、图表、报警的记录和查询；具有统一数据结构，实现各种曲线、图表、报警的记录和查询；其基本思想是分散控制、集中操作、分级管理、配置灵活、组态方便具有可扩展性；具备了动态修改能力；在速度、储存容量等方面充分满足运行需要。见图1。

图1 电厂辅控网络集控系统图

2.2 监控功能

合理地进行上位机软件设计，统一上位机监控界面，使各辅助系统具有统一的风格，统一的操作方式，并能合理、灵活地进行切换和调用，主要功能：各系统内部画面、各辅助系统之间能灵活、快速地切换；实时动态显示，包括实时状态显示和实时参数显示；模拟量的棒状图显示、表盘显示和数字量显示；主控室操作员站和原来控制室中的上位机操作闭锁，并互为备用；实时趋势显示和历史趋势显示；实时报警、语音报警、弹出式画面报警、报警确认功能；操作员操作记录功能；报警历史记录、打印功能；趋势打印和报表打印功能；安全（即口令）。

2.3 系统特色

满足用户对环保、节能、高效生产所需的系统化解决方案；可实现全厂辅助控制系统的联网及集中控制；可与主机DCS系统和SIS系统联网；对改造机组可在不影响运行的条件下，实现控制系统的联网升级改造；可实现最大限度的减员增效；减少备品备件种类及数量，从而减少资金积压；对新建机组可减少资金投入，减少培训投入等。

[1]电力工业部华东电力设计院.火力发电厂设计技术规程[M].北京：水利电力出版社.

[2]大唐国际发电股份有限公司.火力发电厂辅控运行[M].北京：中国电力出版社.