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摘 要：介绍国内大中型火力发电厂辅助车间控制系统的现状，在分析比较标准以太网和工业以太网异同的基础上，提出了嘉兴电厂辅助车间集控系统的总体设计方案，总结了实现辅助车间集中监控的关键技术。关键词：HMI；交换机；工业以太网；辅助车间；集控 目前在国内的大中型火力发电厂机组上，主机已普遍采用DCS控制系统，外围辅助系统也采用PLC＋上位机的控制方式进行控制，从而大大提高机组运行的效率；采用网络通讯技术加强电厂的运行与管理工作也逐步在推广应用之中。最近国内外的一些电站控制专家已在考虑应用最新网络技术实现电站各类控制系统和管理系统的集成，相应的软硬件制造商也逐步推出能适应大型网络系统的控制产品软件。也就是说，在大中型电站控制与管理系统中，采用当今先进的计算机及网络通讯技术将整个电站实现集中监控的基础条件已经成熟。实现辅助车间集中监控系统，是实现全厂集中监控的前提和基础。 1辅助车间控制系统现状 对于已投产运行的大中型火力发电厂的辅助车间控制系统，普遍存在以下问题： （1）辅助车间控制系统I/O点数量庞大 以浙江嘉兴发电厂为例：辅助系统总共I/O点数约为5635点，其中模拟量有980点，数字2，工业以太网和标准以太网的异同量有4655点（输煤程控除外），如果加上输煤系统和废水处理系统，则的辅助系统I/O点数已超过7000点。 （2）辅助车间物理位置分散 辅助系统分布在电厂的各个地方，相互之间距离远，分散度大，如嘉兴电厂循泵房距离主厂房有1．2 km左右，因此，必须解决远距离通信和信号衰减问题。 （3）辅助控制系统类型各异，接口数量众多 由于各个辅助控制系统采用不同的控制设备，如嘉兴电厂化学车间有Modicon 984－685和SiemensS7－300控制系统，灰控车间有S5－115H系统、吹灰有984－380系统、消防泵采用OMRON系统、电除尘是以80C196单片机为核心的专用控制系统、巡测仪是232接口。各个控制系统的通信接口采用不同的通信协议，甚至不同的物理接口，要实现集中监控，必须解决网络通信协议的转换问题，保证在不同接口、协议之间，可靠准确地进行数据传送、交换。同时，必须提供开放性的实时数据接工，以便给电厂SIS系统提供实时信息。 （4）操作员站的人机界面各异 由于各个辅助车间控制系统为不同的厂商供货，因此其操作员站的人机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、有的采用组态王界面、有的采用自己专用界面等。因此，实现辅助车间集中控制必须采用设计统一的人机界面，采用统一的风格及操作方式。 2工业以太网和标准以太网的异同 为提高辅助车间集控系统的可靠性，加强控制网络的开放性和标准化，辅助车间集控系统采用了工业以太网。下面比较一下工业以太网和标准以太网的异同。 工业以太网和标准以太网采用相同的通信原理，都符合IEEE802．3S标准，具有相同的网络拓扑结构；工业以太网和标准以太网兼容，凡是能在工业以太网环境下运行的应用，都可以在标准以太网下运行。 但工业以太网需要在极端条件下稳定工作，因此： （1）工业以太网都是经过加固设计的，比如采用了工业级的芯片，工业级的接插件和连接器，一般不采用散热风扇。 （2）工业以太网HUB和SWITCHHUB一般内置冗余网络管理器，支持冗余或并联电源。 （3）工业以太网具有毫秒级的快速生成树算法，而标准以太网的快速生成树算法一般需要十几到几十秒时间，因此工业以太网的冗余网络切换可以做到无扰动。 （4）工业以太网设备具有较宽的运行温度范围，如0～60℃。 （5）具有即插即用的快速安装技术等。 总之，工业以太网和标准以太网的异同可以比之与工业控制计算机和商用计算机的异同，工业以太网是专门为工业环境和应用设计的标准以太网。 3辅助车间集控系统总体设计方案 由于各个控制系统的通信接口采用不同的通信协议，甚至不同的物理接口，要实现集中监控，必须解决网络通信协议的转换问题，保证在不同接口、协议之间，可靠准确地进行数据传送、交换。嘉兴电厂辅助车间集控系统采用多模光缆、工业级交换机建立工业以太环网，采用统一的网络平台和软件平台，来互连各个不同的辅助控制系统，实现外围辅助系统实现集中控制。下面简单介绍整个辅助车间集控系统网络架构，辅助车间集控系统架构具体的系统配置图见图1。 （1）加药和取样控制系统通过在S7－300的机架上插入工业以太网模块CP343－ITCP和车间SWITCHHUB相连，通过车间SWITCHHUB上连到光纤交换机，加药车间备用监视计算机通过车间SWITCHHUB采集数据，当然也可通过MPI接口采集数据。 （2）化学补给水控制系统、凝结水精处理控制系统、反渗透控制系统和消防泵控制都在化水车间，因此共用1台SWITCHHUB，采用MB＋网桥把Modbus协议转换成ETHERNET协议，为增加系统可靠性和易于维护性，采用3个MB＋网桥。化水控制系统通过MB＋网桥和车间SWITCHHUB相连，通过车间SWITCHHUB上连到光纤交换机，化水车间备用监视计算机通过车间SWITCHHUB采集数据，进行就地监视。 （3）除灰控制系统、除渣控制系统、电除尘控制都在灰控车间，因此共用1台SWITCHHUB，采用MB＋网桥把Modbus协议转换成ETHERNET协议；通过在S5－115H的机架中插入工业以太网模块CP1430TCP把S5协议转换成ETHERNET协议；由于电除尘控制系统为专用系统，只能用计算机作网关。灰控车间通过车间SWITCHHUB上连到光纤交换机，车间备用监视计算机通过车间SWITCH－HUB采集数据，进行就地监视。 （4）循环泵房、燃油泵房、综合泵房共用CPU模块，通过远程I/O网络连在一起，实现分布式控制。CPU模块、远程I/O模块、以太网模块冗余配置。循泵房车间通过车间SWITCHHUB上连到光纤交换机，车间备用监视计算机通过车间SWITCH－HUB采集数据，进行就地监视。 （5）吹灰程控系统采用MB＋网桥把Modbus协议转换成以太网协议，1、2号机组两个MB＋网桥。1、2号机组发电机温度巡测仪用两个232串口转换器，把232串口转换成以太网协议。然后通过车间SWITCHHUB上连到光纤交换机。 （6）辅助车间集控系统操作员站放置于集控室，通过工业以太网与各控制系统连接。3台操作员站互相冗余运行，任一台故障，不影响运行人员对整个系统的监视，整个网络照常工作。 4实现辅助车间集中监控的关键技术 由于发电厂辅助车间控制系统I/O点数量庞大、辅助车间物理位置分散、辅助控制系统类型各异，接口数量众多，以及存在着强电磁场等特点，在实现辅助车间监控系统的工程中，必须重视以下关键技术和工程选型问题。 4．1工业控制网络的选型 辅助车间集中监控系统的控制网络必须能满足安全可靠、高速实时、开放性好等特点。本监控系统选用了交换式全双工工业以太网，主要基于以下考虑： （1）常规的共享以太网只以半双工模式工作，网络在同一时间不能同时发送和接收数据。而全双工的以太网可以同时接收和发送。同时，全双工、据；便于无限扩展网络距离；隔离故障，故障不会传播到整个网络；便于系统扩展等优点。 （2）工业交换以太网是完全工业级的网络产品，牢靠的重负荷设计，其性能指标远远超过普通的OA网络产品。交换机采用双电源冗余输入，光纤环网具有线路冗余功能。 本集控系统主干网为100M全双工交换式光纤环网。由于全部采用了交换机，整个网络分成了多个不同的网段，连接到网络上的各台计算机和PLC均分属于不同的种突域，从而保证了数据传输的实时性。整个网络具有单点容错功能，当环形光缆任一点断开或某一节点故障时，整个网络照样能正常通信。另外以太网符合当今技术发展趋势，容易获得技术支持，备品问题也容易解决。 4．2网络抗干扰技术 辅助系统网络采用LUCENT金属铠装室外多模直埋光缆组成监控系统的主干通信网可解决辅助系统物理位置分散、距离远和信号易受干扰的问题。尽可能采用屏蔽双绞线作为操作员站和光纤交换机、网桥和SWITCHHUB的通信电缆，通信电缆采用专用电缆，以确保通信信号的可靠性，减少误码率。 5结束语 用PLC＋工业以太网＋HMI组态软件实现辅助系统集中监控，比较灵活、方便，成本较低；辅助车间集控系统能否实现设计目标，除了自身的技术以外，很大程度上取决于辅助系统本身的自动投入情况。因此应保证执行机构质量、限位开关动作灵活可靠、变送器准确无误；另外，由于控制中心远离现场，所以自动控制流程所涉及的一次设备应是可控的，不能有手动阀之类的设备，这样才能很好地投入自动、在控制中心对各辅助系统进行有效的监控。 参考文献 ［1］邱公伟．可编程网络通信及应用［M］．北京：清华大学出版社，2000