火电厂辅控网一体化控制系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型属于自动化控制技术领域，具体涉及火电厂辅控网一体化控制系统。本装置的各就地系统的PLC控制器连接工业以太网中的辅控交换机，DCS控制器与辅控交换机连接来转达控制指令，DCS控制器采用与主机相同的DCS，各分站及各DCS控制器采用环形光网连接。本实用新型提高了机组的安全性、经济性、可靠性，解决了现有火电厂辅控网各控制系统分散、运行人员不易管理、控制网络故障点多、故障率高，控制逻辑及监控画面不统一、缺乏多种信息监控功能、各系统不关联，自动化程度低、辅控网与主机实现大集控困难等问题。
【专利说明】
火电厂辅控网一体化控制系统
技术领域
[0001]本实用新型属于自动化控制技术领域，具体涉及火电厂辅控网一体化控制系统，适用于新建电厂辅控网集中控制模式，更适合于火电厂辅控网集中控制的改造。
【背景技术】
[0002]现有的火电厂辅控网普遍存在着各控制系统分散、运行人员不易管理、控制网络故障点多、故障率高，控制逻辑及监控画面不统一、各系统自动化程度低等问题。如云南大唐国际红河发电有限责任公司2x300MW工程循环流化床机组，辅控网各系统采用Schneider Quantum PLC控制，其中输煤系统、精处理系统、江边取水系统、气力除灰系统、锅炉补给水系统采用140CPU43412A与热备模块组合的热备系统进行控制，燃油栗房系统、制氢系统、生水石灰系统、工业废水系统、炉内加药系统、含煤废水系统、次氯酸系统、污水处理系统采用140CPU11303控制。该现有的辅控系统存在以下问题:
[0003]①PLC编程软件采用concept2.6，上位机监控组态软件采用Intouch9.5，PLC编程软件与上位机监控组态软件是相互独立的，且版本低，各操作员站及服务器随年限增长故障率大幅增高，需要对硬件和软件进行升级。
[0004]②辅控网各系统虽都纳入集控室进行集中监控，但就地仍设置有操作站，大多数操作仍在就地控制室完成，且辅控网与主机DCS的监控组态软件不同，其组态方式、运行人员的操作画面、操作端都存在着非常大的差异，操作及控制方式也存在很大差异，这就给辅控网、主机大集控运行的管理带来困难，同一个人要完成主机及辅控网的运行监控就非常困难。
[0005]③各辅助车间由不同的厂商完成，PLC编程风格与上位机组态风格差异很大，目前对系统功能的增加，相对比较繁琐。PLC逻辑及上位机监控软件都无跳闸首出，上位机无信息一览，对各种报警、历史趋势查询比较繁琐，PLC控制逻辑及上位机组态都存在不足，给维护人员进行设备故障原因分析带来困难，给设备的稳定运行带来了安全隐患。
[0006]④就地控制室使用的交换机、光电转换器给系统增加了故障点，虽然采用双网并行运行，但当任一网络发生故障时，上位机监控软件不能正确却换，使得对就地设备失去监控。辅控网一体化模式改造后可以将这一故障点消除，提高系统的可靠性，实现任一网络故障也能控制就地设备。
[0007]⑤各系统的控制由各自PLC完成，PLC数据不能实现共享，系统之间的控制就没有联系，控制较独立，自动化程度低。辅控网一体化模式改造后实现了数据共享，各系统可相互访问数据，为系统之间的整体控制提供了平台。
【实用新型内容】
[0008]本实用新型的目的是针对现有火电厂辅控网各控制系统分散、运行人员不易管理、控制网络故障点多、故障率高，控制逻辑及监控画面不统一、缺乏多种信息监控功能、各系统不关联，自动化程度低、辅控网与主机实现大集控困难等问题，采用辅控网一体化控制模式，可提高了机组的安全性、经济性、可靠性。
[0009]本实用新型的解决方案是:各就地系统的PLC控制器连接工业以太网中的辅控交换机，DCS控制器与辅控交换机连接来转达控制指令，DCS控制器采用与主机相同的DCS，各分站及各DCS控制器采用环形光网连接。
[0010]所述的以太网的辅控交换机采用星型结构双网冗余，光网采用环形结构冗余，DCS控制器实现双网无扰动切换。
[0011]火电厂的各就地系统的PLC控制器的通信模块采用10MbitMR型光口。
[0012]在本控制系统中，操作员站、工程师站、历史站之间通过站用交换机连接。
[0013]DCS控制器负荷率为< 30%，整个系统中设置了4套热备DCS控制器。
[0014]火电厂的电除尘系统采用OPC通信，通过DCS交换机实现与各操作员站的连接。
[0015]本控制系统利用了已经非常成熟的ModbusTCP/IP通信技术、OPC通信技术(根据实际使用的产品可选择可用的通信技术)以及安全可靠的工业以太网技术，采用了 PLC+工业以太网+DCS的方式，实现了主机、辅控网控制系统统一，实现了主机、辅控网的大集控运行。辅控网一体化控制改造后，就地PLC控制器不再执行逻辑运算及判断，PLC只作为一个数据接口站，负责就地数据的采集及辅控网DCS控制器DPU指令的转达，辅控网各系统的控制功能都由辅控网DPU完成。以太网为双网冗余配置，通信介质采用光纤，为了提高网络的可靠性，PLC控制器的通信模块采用10MbitMR型光口，直接通过光纤与集控室光电一体型辅控交换机连接，减少了电信号转换为光信号环节。
[0016]该火电厂辅控网一体化控制模式解决了各控制系统分散、运行人员不易管理、控制网络故障点多、故障率高，控制逻辑及监控画面不统一、缺乏多种信息监控功能、各系统不关联，自动化程度低、辅控网与主机实现大集控困难等问题，采取有针对性的控制模式，可取得非常好的效果，提高了机组安全性、经济性、可靠性。
【附图说明】
[0017]图1为辅控网网络结构简图。
[0018]图2为燃油栗房系统的Modbus初始化逻辑图。
[0019]图3为Modbus是双网并行运行逻辑图。
[0020]图4为DCS数据选择逻辑图。
[0021]图中:环形光网1、DCS控制器2、操作员站3、DCS交换机4、PLC控制器5、辅控交换机
6、光纤7、历史站8、工程师站9、辅控网DCS1、电除尘系统11。
【具体实施方式】
[0022]下面通过实施例并结合附图，对本实用新型控制方案作进一步具体说明。
[0023]本项目以北京日立控制系统公司的H5000M系统进行说明。
[0024]1.辅控网DCS设备安装，网络连接。
[0025]如图1所示的辅控网网络结构简图，在集控室电子设备间安装4套辅控网DCS控制器2，在集控室安装4台操作员站3，在辅控网工程师室安装工程师站9、历史站8，在电除尘控制室安装电除尘系统11的主机。对辅控网的DCS控制器2、工程师站9、历史站8、电除尘系统11，各子系统的PLC控制器5进行组网，包含DCS之间的以太网DCS交换机4，环形光网I，DCS与PLC之间的星型以太网辅控交换机6。
[0026]2.H5000M DCS与Quantum PLC的Modbus实现。
[0027]本次辅控网DCSlO—体化控制改造后就地PLC控制器5内已设有控制逻辑，PLC不进行数据处理，逻辑控制，只作为一个数据接口站，负责就地各设备数据的采集及辅控网DCSlO的DCS控制器2指令的转达。所有逻辑控制功能都由辅控网DCS控制器2DPU控制器完成，辅控网DCSlO与PLC控制器5之间的通信是通过Modbus TCP实现的。为了满足DCS控制器2的负荷率，工业以太网的辅控交换机6负荷率及辅控网DCS1的光网I负荷率，每个DCS控制器2分配了4个辅助车间系统？1^(:，在003控制器2中分配的各系统分别以？1^(:1、？^:2、？^:3、PLC4来区别，可根据需要增加控制系统的PLC控制器5，增加的控制系统PLC控制器5可顺序依次排列为PLC5、PLC6...，增加时只要在初始化逻辑页增加相应的初始化逻辑即可。
[0028]在此以PLCI的燃油栗房系统为例进行说明，Modbus初始化逻辑如图2所示，M0DBUS1_TRX_START 是 DPU 与 PLC 的 Modbus 通讯启动逻辑。
[0029]正常情况，Modbus是双网并行运行的，以PLCl的DI数字量输入为例，如图3所示。Modbusl通过192.168.4.*(辅控工业交换机1)运行，数据区为冊2的1渭0(1131182通过192.168.6.* (辅控工业交换机2)运行，数据区为MB3的2。
[0030]DCS数据选择逻辑如图4所示，IN1、IN2接受的数据为同一个数据源，状态相同，OUT输出通过PLCl的通信状态来选择是INl还是IN2，数据区MB2、MB3是实时更新的，通过通信逻辑判断实现了网络故障或通信延时的无扰动切换，解决了原辅控网的网络故障或通信延时不能切换的问题。
[0031 ] H5000M DCS的Modbus的配置根据Modbus的主从关系，DUP设置为服务器，D1、AI为只读模式，只需要配置传送起始地址和传送长度，不需要配置读写模式。D0、A0可选择读写模式及传送功能号。
[0032]3.通信网络拓扑结构。
[0033]辅控网各系统PLC5采用了原系统的星型网络拓扑结构连接，该结构容易实现，易于节点扩展，易于维护，采用lO/lOO/lOOOMbit自适应光电一体交换机6，网络传输速度快，单个节点故障不会影响整体，但中心交换机故障，会使整个网络瘫痪，为了提高辅控网该控制系统网络传输的可靠性，减少故障点，采用了双星型网络结构并行运行。同时，现已实现了辅控网各系统一体化控制及监视，取消了就地控制操作站，根据通信模块的特性，它具有10/100Mbit电口及10Mbit光口，辅控网原来采用10/100Mbit电口再经光电转换器转换为光信号，这就增加了光电转换这一故障点，辅控网一体化控制后直接使用10Mbi t光口，直接通过光纤与集控室光电一体型交换机连接，减少了电信号转换为光信号环节，从而保证辅控网DCS系统稳定及经济运行。
[0034]DCS则采用了日立H5000M控制系统的环形光网实现控制数据的采集，该结构信息交换实时性强，当一节点发生故障时，该系统可以自适应的实现双向发送数据，提高了网络通信的可靠性。各操作员站的组态维护通过DCS的交换机实现，是星型拓扑结构，电除尘系统也是通过DCS的交换机实现与操作员站、历史站的数据交换，使用了 OPC协议。
[0035]施工关键工序:辅控网各系统的10点核对，辅控网DCS逻辑编程，辅控网DCS上位机监控组态，辅控网DCS逻辑、上位机监控组态的静态调试，辅控网DCS系统组网，DCS系统网络测试，DCS与PLC之间的通信测试，双网无扰动切换，辅控网DCS逻辑、上位机监控组态的动态调试。
【主权项】
1.一种火电厂辅控网一体化控制系统，其特征在于:各就地系统的PLC控制器连接工业以太网中的辅控交换机，DCS控制器与辅控交换机连接来转达控制指令，DCS控制器采用与主机相同的DCS，各分站及各DCS控制器采用环形光网连接。2.根据权利要求1所述的火电厂辅控网一体化控制系统，其特征在于:以太网的辅控交换机采用星型结构双网冗余，光网采用环形结构冗余，DCS控制器实现双网无扰动切换。3.根据权利要求2所述的火电厂辅控网一体化控制系统，其特征在于:各就地系统的PLC控制器的通信模块采用10MbitMR型光口。4.根据权利要求2所述的火电厂辅控网一体化控制系统，其特征在于:操作员站、工程师站、历史站之间通过站用交换机连接。5.根据权利要求2所述的火电厂辅控网一体化控制系统，其特征在于:DCS控制器负荷率为< 30%，整个系统中设置了4套热备DCS控制器。6.根据权利要求2所述的火电厂辅控网一体化控制系统，其特征在于:火电厂的电除尘系统采用OPC通信，通过DCS交换机实现与各操作员站的连接。
【文档编号】G05B19/418GK205581629SQ201620212847
【公开日】2016年9月14日
【申请日】2016年3月21日
【发明人】杨凯, 杨正, 褚宏杰, 李 杰, 吴承锋, 陈瑞, 朱自勇, 宁娟, 邓丽娥, 杨军, 张龙, 高林卫, 田肥, 李鹏凌, 杨璟屏, 周振辉, 刘洋, 杨为
【申请人】云南大唐国际红河发电有限责任公司