摘 要：介紹國內大中型火力發電廠輔助車間控制系統的現狀，在分析比較標準以太網和工業以太網異同的基礎上，提出了嘉興電廠輔助車間集控系統的總體設計方案，總結了實現輔助車間集中監控的關鍵技術。 關鍵詞：HMI；交換機；工業以太網；輔助車間；集控 目前在國內的大中型火力發電廠機組上，主機已普遍采用DCS控制系統，外圍輔助系統也采用PLC＋上位機的控制方式進行控制，從而大大提高機組運行的效率；采用網絡通訊技術加強電廠的運行與管理工作也逐步在推廣應用之中。最近國內外的一些電站控制專家已在考慮應用最新網絡技術實現電站各類控制系統和管理系統的集成，相應的軟硬件制造商也逐步推出能適應大型網絡系統的控制產品軟件。也就是說，在大中型電站控制與管理系統中，采用當今先進的計算機及網絡通訊技術將整個電站實現集中監控的基礎條件已經成熟。實現輔助車間集中監控系統，是實現全廠集中監控的前提和基礎。 1輔助車間控制系統現狀 對于已投產運行的大中型火力發電廠的輔助車間控制系統，普遍存在以下問題： （1）輔助車間控制系統I/O點數量龐大 以浙江嘉興發電廠為例：輔助系統總共I/O點數約為5635點，其中模擬量有980點，數字2，工業以太網和標準以太網的異同量有4655點（輸煤程控除外），如果加上輸煤系統和廢水處理系統，則的輔助系統I/O點數已超過7000點。 （2）輔助車間物理位置分散 輔助系統分布在電廠的各個地方，相互之間距離遠，分散度大，如嘉興電廠循泵房距離主廠房有1．2 km左右，因此，必須解決遠距離通信和信號衰減問題。 （3）輔助控制系統類型各異，接口數量眾多 由于各個輔助控制系統采用不同的控制設備，如嘉興電廠化學車間有Modicon 984－685和SiemensS7－300控制系統，灰控車間有S5－115H系統、吹灰有984－380系統、消防泵采用OMRON系統、電除塵是以80C196單片機為核心的專用控制系統、巡測儀是232接口。各個控制系統的通信接口采用不同的通信協議，甚至不同的物理接口，要實現集中監控，必須解決網絡通信協議的轉換問題，保證在不同接口、協議之間，可靠準確地進行數據傳送、交換。同時，必須提供開放性的實時數據接工，以便給電廠SIS系統提供實時信息。 （4）操作員站的人機界面各異 由于各個輔助車間控制系統為不同的廠商供貨，因此其操作員站的人機界面很有可能是不一致的，如有的采用FIX界面、有的采用INTOUCH界面、有的采用組態王界面、有的采用自己專用界面等。因此，實現輔助車間集中控制必須采用設計統一的人機界面，采用統一的風格及操作方式。 2工業以太網和標準以太網的異同 為提高輔助車間集控系統的可靠性，加強控制網絡的開放性和標準化，輔助車間集控系統采用了工業以太網。下面比較一下工業以太網和標準以太網的異同。 工業以太網和標準以太網采用相同的通信原理，都符合IEEE802．3S標準，具有相同的網絡拓撲結構；工業以太網和標準以太網兼容，凡是能在工業以太網環境下運行的應用，都可以在標準以太網下運行。 但工業以太網需要在極端條件下穩定工作，因此： （1）工業以太網都是經過加固設計的，比如采用了工業級的芯片，工業級的接插件和連接器，一般不采用散熱風扇。 （2）工業以太網HUB和SWITCHHUB一般內置冗余網絡管理器，支持冗余或并聯電源。 （3）工業以太網具有毫秒級的快速生成樹算法，而標準以太網的快速生成樹算法一般需要十幾到幾十秒時間，因此工業以太網的冗余網絡切換可以做到無擾動。 （4）工業以太網設備具有較寬的運行溫度范圍，如0～60℃。 （5）具有即插即用的快速安裝技術等。 總之，工業以太網和標準以太網的異同可以比之與工業控制計算機和商用計算機的異同，工業以太網是專門為工業環境和應用設計的標準以太網。 3輔助車間集控系統總體設計方案 由于各個控制系統的通信接口采用不同的通信協議，甚至不同的物理接口，要實現集中監控，必須解決網絡通信協議的轉換問題，保證在不同接口、協議之間，可靠準確地進行數據傳送、交換。嘉興電廠輔助車間集控系統采用多模光纜、工業級交換機建立工業以太環網，采用統一的網絡平臺和軟件平臺，來互連各個不同的輔助控制系統，實現外圍輔助系統實現集中控制。下面簡單介紹整個輔助車間集控系統網絡架構，輔助車間集控系統架構具體的系統配置圖見圖1。 （1）加藥和取樣控制系統通過在S7－300的機架上插入工業以太網模塊CP343－ITCP和車間SWITCHHUB相連，通過車間SWITCHHUB上連到光纖交換機，加藥車間備用監視計算機通過車間SWITCHHUB采集數據，當然也可通過MPI接口采集數據。 （2）化學補給水控制系統、凝結水精處理控制系統、反滲透控制系統和消防泵控制都在化水車間，因此共用1臺SWITCHHUB，采用MB＋網橋把Modbus協議轉換成ETHERNET協議，為增加系統可靠性和易于維護性，采用3個MB＋網橋。化水控制系統通過MB＋網橋和車間SWITCHHUB相連，通過車間SWITCHHUB上連到光纖交換機，化水車間備用監視計算機通過車間SWITCHHUB采集數據，進行就地監視。 （3）除灰控制系統、除渣控制系統、電除塵控制都在灰控車間，因此共用1臺SWITCHHUB，采用MB＋網橋把Modbus協議轉換成ETHERNET協議；通過在S5－115H的機架中插入工業以太網模塊CP1430TCP把S5協議轉換成ETHERNET協議； 由于電除塵控制系統為專用系統，只能用計算機作網關。灰控車間通過車間SWITCHHUB上連到光纖交換機，車間備用監視計算機通過車間SWITCH－HUB采集數據，進行就地監視。 （4）循環泵房、燃油泵房、綜合泵房共用CPU模塊，通過遠程I/O網絡連在一起，實現分布式控制。CPU模塊、遠程I/O模塊、以太網模塊冗余配置。循泵房車間通過車間SWITCHHUB上連到光纖交換機，車間備用監視計算機通過車間SWITCH－HUB采集數據，進行就地監視。 （5）吹灰程控系統采用MB＋網橋把Modbus協議轉換成以太網協議，1、2號機組兩個MB＋網橋。1、2號機組發電機溫度巡測儀用兩個232串口轉換器，把232串口轉換成以太網協議。然后通過車間SWITCHHUB上連到光纖交換機。 （6）輔助車間集控系統操作員站放置于集控室，通過工業以太網與各控制系統連接。3臺操作員站互相冗余運行，任一臺故障，不影響運行人員對整個系統的監視，整個網絡照常工作。 4實現輔助車間集中監控的關鍵技術 由于發電廠輔助車間控制系統I/O點數量龐大、輔助車間物理位置分散、輔助控制系統類型各異，接口數量眾多，以及存在著強電磁場等特點，在實現輔助車間監控系統的工程中，必須重視以下關鍵技術和工程選型問題。 4．1工業控制網絡的選型 輔助車間集中監控系統的控制網絡必須能滿足安全可靠、高速實時、開放性好等特點。本監控系統選用了交換式全雙工工業以太網，主要基于以下考慮： （1）常規的共享以太網只以半雙工模式工作，網絡在同一時間不能同時發送和接收數據。而全雙工的以太網可以同時接收和發送。同時，全雙工、據；便于無限擴展網絡距離；隔離故障，故障不會傳播到整個網絡；便于系統擴展等優點。 （2）工業交換以太網是完全工業級的網絡產品，牢靠的重負荷設計，其性能指標遠遠超過普通的OA網絡產品。交換機采用雙電源冗余輸入，光纖環網具有線路冗余功能。 本集控系統主干網為100M全雙工交換式光纖環網。由于全部采用了交換機，整個網絡分成了多個不同的網段，連接到網絡上的各臺計算機和PLC均分屬于不同的種突域，從而保證了數據傳輸的實時性。整個網絡具有單點容錯功能，當環形光纜任一點斷開或某一節點故障時，整個網絡照樣能正常通信。另外以太網符合當今技術發展趨勢，容易獲得技術支持，備品問題也容易解決。 4．2網絡抗干擾技術 輔助系統網絡采用LUCENT金屬鎧裝室外多模直埋光纜組成監控系統的主干通信網可解決輔助系統物理位置分散、距離遠和信號易受干擾的問題。盡可能采用屏蔽雙絞線作為操作員站和光纖交換機、網橋和SWITCHHUB的通信電纜，其它通信電纜采用專用電纜，以確保通信信號的可靠性，減少誤碼率。 5結束語 用PLC＋工業以太網＋HMI組態軟件實現輔助系統集中監控，比較靈活、方便，成本較低；輔助車間集控系統能否實現設計目標，除了自身的技術以外，很大程度上取決于輔助系統本身的自動投入情況。因此應保證執行機構質量、限位開關動作靈活可靠、變送器準確無誤；另外，由于控制中心遠離現場，所以自動控制流程所涉及的一次設備應是可控的，不能有手動閥之類的設備，這樣才能很好地投入自動、在控制中心對各輔助系統進行有效的監控。 參考文獻 ［1］邱公偉．可編程控制器網絡通信及應用［M］．北京：清華大學出版社，2000