本論文對華能沁北電廠輔助車間控製網的方案、功能及實施等進行了詳細描述，著重闡述了QUANTUM PLC在整個輔助車間控製網中的作用，同時對其他電廠的相關技術人員有一定的參考作用。
係統概述
華能沁北電廠一期（2X600MW）輔助車間控製網（以下簡稱沁北電廠輔控網）是對各個輔助係統進行集中監視和控製的係統，包括了以下的子控製係統：
■化學水處理係統（包括鍋爐補給水係統，超濾反滲透係統）
■飛灰輸送係統
■除渣係統
■凝結水精處理係統
■電除塵係統
■燃油泵房係統
■綜合水泵房係統（包括空壓機係統，采暖加熱站）
■工業汙廢水係統（包括生活汙水處理係統）
■輸煤程控係統（包括煤水處理係統）
輔助車間的監控係統分兩層，第一層即現場控製層，該層是生產控製的執行層，包括化學水處理係統、除灰渣、電除塵、燃油泵房、綜合水泵房、采暖加熱站、工業汙廢水等各輔助車間控製係統的QUANTUM PLC和就地控製室上位工控機通過MB+網構成的各輔助車間完整的監視與控製係統。第二層即輔控網監控層，是全廠輔機控網係統的核心層，采用光纖、光纖收發器、交換機、服務器及工控機，構成上一層完整的
監視控製係統。輔控網監控層與現場控製層之間采用冗餘星型網連接，使得整個係統具有極高的可靠性。
係統工藝描述
在華能沁北輔控網中，2台服務器負責獲取I/O信息，生成數據庫。操作員站提供標準的HMI畫麵供運行人員操作，同時還要具備係統報警顯示查詢、報表製作、趨勢顯示、係統狀態診斷、控製係統組態、數據庫的管理和維護、上位機畫麵的編輯和修改等等功能。同時輔控網對係統的相關參數有嚴格的要求：
■QUANTUM PLC CPU模件的負荷率必須小於40%；
■通訊網絡的負荷率必須不大於25%；
■I/O點裕量為10%，I/O卡槽裕量為15%；
■內部存儲器占用容量≤50%，外部存儲器占用容量≤40%；
■電氣模擬量輸入采樣周期≤50ms 非電氣模擬量輸入采樣周期≤200ms，開關量采樣周期≤100ms；
■整套控製係統的可用率為99.9%；
■每幅畫麵上實時數據更新時間不大於1秒；
■運行人員通過鍵盤、鼠標等手段發出的任何操作指令均能在1秒內被執行；
■LCD每幅畫麵上調出畫麵時間≤2秒；
因此，係統的難點和重點在於輔控網係統的網絡設計。一個優秀的網絡設計要滿足以下幾個方麵的要求：
■可擴展性：係統的規劃必須考慮到將來發展的需要；
■高可用性：係統必須設計為冗餘，既可以是CPU冗餘，也可以是網絡鏈路冗餘或服務器冗餘，還可以是以上幾個冗餘的結合；
■靈活性：設計良好的網絡能夠最大限度地降低添加、變更或拆除設備帶來的影響；
■故障的可追蹤性：當係統發生故障時，設計優良的網絡使得維護人員可以方便準確地確定故障點以及排除故障的方法。
zaiyishangdejigeduiwangluodejibenyaoqiuzhong，gaokeyongxingshiyigeyouxiuwangluoshejirenyuandeshouxuan，shizhongzhongzhizhong。zaiqinbeifukongwangzhong，xianchangkongzhicengtongguojiangxitongshejiweiCPU冗餘，同時本地站與遠程I/O站采用雙纜結構通訊，現場上位機通過兩塊網卡實現網絡鏈路冗餘以實現係統的高可用性；輔控網監控層通過服務器冗餘和交換機冗餘保證了係統的高可用性。
係統的組成及施耐德解決方案
沁北電廠輔控網的子控製係統中的化學水處理係統、輸煤程控係統、除灰程控係統、凝結水精處理係統、綜合水泵房係統（包括空壓機係統，采暖加熱站），燃油泵房係統，工業汙水處理係統（包括生活汙水處理係統）係統均采用Modicon QUANTUM PLC。每個控製站均包括有Modicon QUANTUM CPU、電源、本地I/O模塊、遠程I/O通訊模塊，以及現場輔助監控工作站等。
沁北電廠輔控網網絡采用冗餘星型結構。兩台服務器、兩台網絡中心交換機布置在集控樓的機房內，3台監控工作站及工程師站均布置於中央控製室。服務器、監jian控kong工gong作zuo站zhan及ji工gong程cheng師shi站zhan通tong過guo冗rong餘yu通tong道dao與yu中zhong心xin交jiao換huan機ji連lian接jie。網wang絡luo中zhong心xin交jiao換huan機ji通tong過guo冗rong餘yu光guang纖xian分fen別bie與yu各ge輔fu助zhu輔fu助zhu車che間jian控kong製zhi係xi統tong的de交jiao換huan機ji連lian接jie，構gou成cheng網wang絡luo的de主zhu幹gan。網wang絡luo中zhong心xin配pei置zhi2台德國赫斯曼公司的Mice 3000工業級交換機，用來連接服務器、操作員站、工程師站和各子控製係統的二級交換機。兩台Dell PowerEdge 1600SC 高性能服務器通過以太網直接與各子控製係統的QUANTUM PLC通訊，從PLC中采集實時數據，存儲於服務器中，承擔輔控網係統的數據采集、存儲、處理和服務工作，並配置3台研華IPC 610工業控製機主機及21寸工業級液晶顯示器作為操作員站，任意一台操作員站可承擔工程師站功能。為在係統調試、啟動初期以及生產巡檢時方便運行操作，各輔助車間程控係統還設有各自的監控上位機。各輔助車間程控QUANTUM PLC係統與其車間監控上位機的組網方式采用Modicon的MB+網。
1： 沁北輔控網的網絡拓撲圖 輔控網的網絡拓撲（如圖1）：
現場程控控製係統采用QUANTUM PLC和上位機的兩級控製結構方式，利用PLCduixianchangdeshebeijinxingshujucaijihekongzhi，yibanqingkuangxiayouzhongyangkongzhishidefukongwangcaozuoyuanzhanwanchengduigegezixitongdejiankongyucaozuo，xianchanggexitongtiaoshihuofukongwangluoguzhangshiyouxianchangfuzhujiankonggongzuolinshijietijiankonggongneng。
控製係統由上位機和QUANTUM PLC構成，上位機和PLC之間通過MB+進行通訊。控製主機型號為140CPU43412或140CPU53414。CPU采用雙機熱備。在本地站與遠程I/O分站均采用雙纜冗餘結構通訊，以提高整個係統的可靠性。控製係統的PLC配置如圖2所示。
圖2： 現場控製層的網絡拓撲圖 所有現場傳感器信號及控製信號（輸入/輸出）均通過OMRON繼電器隔離後再與QUANTUM PLC的I/O模塊連接。控製櫃內電源為DC24V，現場和控製室傳送信號采用AC220V。
以前的輔控網設計中,子網係統中的上位機和PLC之間一般采用以太網通訊,即上位機和PLC係統中的以太網通訊模塊連接在位於子網控製室的交換機上,以完成對PLC係統CPU的訪問.而輔控網的
服務器也是通過光纖訪問子係統的以太網模塊.這樣,係統很容易造成擁塞。
沁北電廠輔控網創造性地采用了雙層的通訊模式.即子係統的本地上位機通過安裝在上位機內的SA85卡連接到CPU的MB+ 口上組成現場控製層的MB+網, 而輔控網核心的服務器通過100M光纖以太網訪問現場QUANTUM PLC的CPU。
MB+網是Modbus plus網絡的簡稱，它是由Modicon公司開發的為工業控製應用的令牌總線型以太網。同時，MB+網又是一個本地網絡，它允許主計算機、可編程控製器和其他數據源以對等方式進行通信，適用於工業控製領域。網絡總線采用單/ 雙電纜布局，可連接至多64 個可尋址節點，傳輸速率達1Mbps。ＭＢ＋網具有高速、對等通信結構簡單、安裝費用低等特點。將現場控製層的網絡結構設計成為MB+網，具有以下的優點：
■網絡係統規劃設計簡單明了，易於安裝，費用低廉。
■網絡中各PLC係統是對等的MB+網絡從站，是提供被監控參數的站點；各監控計算機是對等的MB+網絡主站，是網絡通信中令牌的占用者、控製者。各監控計算機可對MB+網絡中的任意QUANTUM PLC係統所控製的生產過程實現監控。
■因其對等性，網絡係統中各監控係統對各PLC係統實現監控的任意性，使得各監控係統計算機實際可互為備用，且網絡設備易於擴展、更換。
■網絡係統通信速率高，控製實時性能力強，不會導致控製滯後。
MB+網不僅硬件配置方便、軟件編程簡單，而且SA85卡和QUANTUM PLC上的MB+網wang的de接jie口kou還hai提ti供gong了le錯cuo誤wu指zhi示shi燈deng，根gen據ju燈deng閃shan爍shuo的de頻pin率lv和he和he次ci數shu的de不bu同tong還hai可ke以yi方fang便bian地di判pan斷duan出chu問wen題ti的de根gen源yuan，這zhe樣yang就jiu保bao證zheng了le維wei護hu人ren員yuan在zai較jiao短duan的de時shi間jian內nei發fa現xian故gu障zhang、解決問題。從現場的綜合使用情況來看，由QUANTUM PLC和上位機組成的現場MB+網不僅調試方便、維護簡單而且可靠性高。
輔控網監控層是基於TCP/IP的以太網技術。該層中通過各個子網係統的交換機或冗餘機架上的NOEmokuaishangdeguangxianjiekoulianjiedaofukongwangdehexinjiaohuanjishangzuchengkuaisubaizhaoyitaiwang。dangyunxingrenyuanfachucaozuozhilingshi，xitongtongguofuwuqishangdeshujukuxunsudingweidaoxiangyingziwangxitongdeCPU上，通過QUANTUM PLC中的程序控製現場相應設備的啟動和停止。
總之，在沁北輔控網中，通過把現場監控層和輔控網控製層中的上位機和QUANTUM PLC設(she)置(zhi)為(wei)不(bu)同(tong)的(de)通(tong)訊(xun)方(fang)式(shi)，使(shi)得(de)輔(fu)控(kong)網(wang)的(de)擁(yong)塞(sai)和(he)碰(peng)撞(zhuang)大(da)大(da)地(di)減(jian)少(shao)，這(zhe)樣(yang)就(jiu)減(jian)輕(qing)了(le)輔(fu)控(kong)網(wang)控(kong)製(zhi)層(ceng)的(de)負(fu)擔(dan)，完(wan)全(quan)避(bi)免(mian)了(le)以(yi)往(wang)輔(fu)控(kong)網(wang)係(xi)統(tong)中(zhong)現(xian)場(chang)監(jian)控(kong)層(ceng)和(he)輔(fu)控(kong)網(wang)控(kong)製(zhi)層(ceng)的(de)擁(yong)塞(sai)和(he)網(wang)絡(luo)碰(peng)撞(zhuang),同時由於現場分係統的上位機完全隔離,不能互相訪問也大大增強了各個子係統的安全性。由於輔控網和就地控製網之間采用了不同的通訊方式,最大限度的保證了係統可靠性：即如果就地監控網絡係統崩潰，輔網完全可以進行監控，反之，輔網崩潰，就地監控上位機也可以正常工作。
應用總結
作為華能沁北輔控網的現場控製設備，施耐德QUANTUM PLC以其優越的性能在數據采集和控製方麵發揮著積極的作用。其中CPU 53414更是單機支持超過300個回路和高達65000點I/O，背板總線速率更是高達80M。同時QUANTUM係統提供了IEC要求的全部五種編程方式：LD、FBD、SFC、ST和IL，完全滿足了現場用戶的各種需求。現場控製層的MB+總線型網絡和核心控製層的以太網網絡避免了傳統輔控網結構的網絡擁塞、減輕了係統的負擔、隔離了各個輔控網的子係統，使得係統的安全性和可靠性大大提升。
本項目合同額為335萬，經輔控網整合後，所有輔機子係統現場達到無人職守，每個值僅有監控主值2人，現場巡檢3人，電廠用五班製，加上管理人員，不到30名工作人員就可以監控所有的係統。而過去每個子係統至少每值需要1-2人或是更多人值班、巡檢，每值至少20人以上，工作人員達100多人以上。總共可節省人員70-90人，每人每年5萬元，企業每年可直接減少開支近400wanyuan。youyuanquanxingyijiguanlijuecebianlijianjiedailaidejingjixiaoyigengshijudade。tongshifukongwangxitongconggenbenshanggaibianlechuantongdianchangfujixitongdeyunxingmoshi，weidianlixitongdezidonghuadakaileyigexindelingyu。 |
