辅助车间控制网络系统在电厂中的应用

许宝晶 任毅

摘  要：在当今能源（特别是煤矿资源等不可再生资源）紧缺的情况下，随着现在网络技术的发展以及电厂对于辅机系统（输煤、化水、除灰渣等系统）效率、运行成本等等的要求越来越高，大多数电厂都会选择架设辅助车间控制网络系统，将整个辅机系统的信息都集中起来，进行集中监控和数据分析，实时监控整个系统的运行情况，以便能更加及时的调整运行方案，达到经济、高效运行的目的。

关键词：辅助车间控制网络;电厂;VLAN

目前辅助车间网络系统多以以太网为主，其中多以星形结构为主，采用C/S架构;星形结构可以最大程度上减少单点故障对整个系统的影响，适合规模比较大的网络采用，目前的Internent就是采用星形结构的网络。辅助车间网络系统的控制采用集中控制方式，设置一个辅助车间网络系统集中控制点（单元控制室内）。运行人员在单元控制室内通过操作员站实现辅助车间网络系统内各子系统内设备的启/停运行的控制、正常运行的监视和调整以及设备运行异常与事故工况的处理，以达到辅助车间网络系统的管理、控制一体化，为电厂减员增效和提高整体效益创造条件。能够在单元控制室内的集中监控点完成对所有辅机系统工艺设备的正常运行过程的集中监视和控制，并实现人员通过SIS系统（厂级实时监控信息系统）可以查阅辅控系统与SIS的连接并读取整个辅助车间网络系统的所有有用数据，从而实现电厂可以系统、集中的监控辅助车间（系统）各工艺子系统的实时运行状况，获取历史数据，用于经济性计算分析。

在一个典型的网络中至少应该包含服务器和交换机，这两种设备一起构成了网络的核心。

一、服务器的功能

服务器一般需要完成的功能有：实时数据服务器功能：服务器直接与各子系统的PLC控制器交换数据，同时缓存数据为众多客户端提供数据，减小控制器的负荷，使得网络中客户端的数量依赖于服务器的性能，增加客户端不会影响控制器的运行，从而也更不会影响现场设备的正常运行。

二、交换机的功能

在小规模网络中类似与集线器（HUB），负责提供各网络设备间的数据转发功能。然而由于以太网的冲突检测机制，网络上会有大量的广播信息。当广播信息多到一定程度后，会形成网络风暴，造成整个网络的瘫痪。也正式因为这个原因使得以太网的传输效率实际上在36%以下，这个数据没有明确的概念，但是从网络上的资料上来说，多数人认定36%是以太网的一个警戒应用率，超过这个数值，发生网络风暴的可能性会很大。因此我们需要在设计时合理规划网络容量的同时，也需要通过划分广播域来限定广播信息的范围，来提高网络利用率。

目前常用的是通过IP地址和绑定计算机端口来划分

VLAN。通过IP地址来划分VLAN，我们在辅助车间网络中一般采用端口绑定的方式来划分VLAN。通过对可网管交换机的管理，系统管理员可以方便的将任意一台网络设备划分到任意一个网络中，也可以共享到所有网络中，方便的控制客户端的访问范围，使得网络也更加的安全。

辅助车间网络系统的网络负荷率是评价网络性能优劣的主要指标，下面我们通过计算的方式来对一个有7个子系统、5台客户端的辅网系统的性能进行一个大概的评估。

A、本辅网系统共包括7个子系统，具体的系统点数配置如下：子系统1的点数配置为：开关量：3000点，模拟量：100点;子系统2的点数配置为：开关量：4000点，模拟量：1500点;子系统3的点数配置为：开关量：1000点，模拟量：200点;子系统4的点数配置为：开关量：1300点，模拟量：100点;子系统5的点数配置为：开关量：280点，模拟量：180点;子系统6的点数配置为：开关量：2700点，模拟量：300点;子系统7的点数配置为：开关量：4400点，模拟量：300点。

B、假设辅网与所有子系统PLC通讯都采用MODBUS协议进行通讯，而采用MODBUS协议通讯时的通讯数据是按数据位来传送，因此上层网络设备（服务器）的与就地各子系统的通讯负荷计算方法为：

■X100%=W1

那么，本网络系统的W1计算公式如下：

W1=（■+■+■+■+■+■+■）X 100% = 0.0596%

C、对服务器来说，其通讯负荷除了与就地各子系统的理论通讯负荷外还包括客户端系统与其通讯所造成的负荷，由于服务器与客户端之间的通讯是以IFIX为平台的，而在IFIX中每一个点都包含了16个需通讯的数据变量（例如A_*和F_*），而这些变量中的每一个都是以模拟量的形式来传送的，也就是说每个变量又包含了16位的数据，因此在通讯时，每台客户端系统与服务器通讯时对网络所造成的负荷W2的计算公式为：

■X100%W2

那么，本网络系统的W2计算公式如下：

W2=[                                                                               ]

X 100% = 5.26592%

综上所述，由于辅网系统共包含5台客户端，所以当所有所据点同时通讯时辅网系统中的整个网络负荷值W=W1+ 5 X

W2=26.3892% 。在网络系统中，当网络负荷大于36%时网络就会瘫痪，而负荷在20%左右时整个网络才会工作正常，但是本系统中，W的值只有26.3892%在合理范围内，而且，该计算方法得出的W值是最大值，因为对于IFIX上位软件而言，只有当当前画面打开时，该画面上的数据点才会进行通讯，也才会对网络造成通讯负荷，而单独一幅画面上的点数也只占总数据点数的十几分之一，那么在用户打开一幅画面进行监控时的通讯负荷也就相应的只占26.3892%的十几分之一，并且用户不可能同时打开所有的画面，因此在实际应用中整个网络的负荷肯定会比上述计算出的最大通讯负荷值W要小很多。并且一个辅网系统配置5台客户端也是目前我所做过的最高配置，一般所配置的客户端都小于5台，那么，通讯负荷也会小于上述计算中得出的值。由此可见，辅网系统按照此种设计方案是完全满足正常生产需要的。

另外，辅助车间网络因为网络上的设备类型比较多，因此在设计网络的时候还要注意网络上的设备类型，比如双星型网络中需要接入单网设备，就需要交换机支持生成树协议，或者3COM交换机的弹性链路功能等，还要注意控制系统是否采用了双路冗余功能，是否采用了双机热备功能，种种因素都决定了服务器和交换机的设置，只有将这些因素都考虑到了，作出的辅助车间网络才是一个高性能的网络，也才能达到设置辅助车间网络的初衷。

参考文献：

[1] 林全新，周围. 《计算机网络工程》[M].人民邮电出版社，2003

[2] 王达.网络组建（第二版）[M].电子工业出版社，2007

[3] 陈在平，岳有军.工业控制网络与现场总线技术[M].北京：机械工业出版社，2006