火电厂辅助车间集中监控系统设计

DesignofCentralizedMonitoringSystemfortheAssistantWorkshopsofFossil-firedPowerPlant邵一鸣（北京国电华北电力工程有限公司，北京100011）摘要：通过参与丰镇发电厂三期工程的辅助车间集中监控系统的招评标及施工图设计工作，对设计中所采用的辅助车间集中监控系统网络结构、硬件及软件结构进行了叙述。本文可为火电厂热控专业设计人员设计辅助车间集中监控系统提供参考。关键词：火电厂辅助车间集中监控系统设计Abstract:Basedonthebidding,bidevaluationandthedesignofthecentralmonitoringsystemfortheauxiliaryworkshopsofFENGZHENpowerplantphaseIII,thispaperdescribesthenetwork,hardwareandsoftwarestructureadoptedinthedesignofthefossil-firedpowerplant.ThispapercanbeusedasreferenceonthedesignofthecentralmonitoringsystemnetworkfortheauxiliaryworkshopsforI&Cdesigners.Keywords:Fossil-firedpowerplantCentralizedmonitoringsystemfortheassistantworkshopsDesign0引言随着控制技术、计算机技术、通信技术及CRT屏幕显示技术的发展与成熟，火电厂辅助车间的控制功能已经由早期的继电器实现转变为采用PLC+上位机实现。PLC+上位机的控制技术由于加强了独立系统运行的安全性及可靠性，因此在相当长的时间内在火电厂应用仍将十分广泛。但是独立分散并且丰富多样的控制系统必将使用较多的运行人员，而且也暴露了诸如人机界面不一致、备品备件种类多、难于管理及设备投资大等缺点。鉴于以上问题，目前国内新建及扩建电厂在设计时普遍采用设立辅助车间集中监控系统网络，即单独设置一套独立于DCS系统之外的计算机网络系统，将机组正常运行时的全厂水点、灰点等辅助车间的监控纳入辅助车间集中监控系统，监控点一般设在机组集中控制室。辅助车间就地仍然按照“火力发电厂辅助车间热工自动化设计技术规定”的要求按照煤、灰、水配置控制系统及监控点，各控制系统及监控点仍采用PLC＋上位机的方式。即全厂辅助车间集中监控系统控制网络将设置两层控制网络：上层网为辅助车间集中监控网（辅控网），下层网为水、煤、灰等车间级控制主干网，上层网采用1000M冗余光纤以太网，水、煤、灰等下层车间网均采用100M冗余光纤以太网。1丰镇发电厂三期工程辅助车间集中监控系统设计丰镇发电厂三期工程为新建亚临界参数、国产2X600MW的空冷凝汽式机组。由于是新建电厂，可行性研究及初步设计阶段即将全厂辅助系统及辅助车间的热工自动化控制定为全厂辅助车间和辅助系统采用集中监控方式，在水处理车间、输煤车间等车间层控制网络及各辅助系统的控制系统的基础上建立全厂辅助车间集中监控网，将全厂的各公用辅助车间和部分辅助系统连网，集中在机炉集中控制室内将由1～2名运行人员完成对各辅助车间和辅助系统的监控，全厂各辅助车间按无人值班设计（输煤车间除外）。丰镇发电厂三期工程辅助车间集中监控系统供货集成商为西安航天自动化股份有限公司。1.1全厂辅助车间集中监控系统网络结构丰镇发电厂三期工程全厂辅助车间集中监控系统网络结构图如图1所示。图1全厂辅助车间集中监控系统网络结构图全厂辅助车间集中监控系统的系统结构采用客户机/服务器体系结构。网络拓扑结构采用冗余星型网络结构，以1000MbpsTCP/IP的光纤以太网作为信息传递和数据传输的媒体，网络连接设备选用1000Mbps冗余以太网交换机，以2台主交换机为核心，各个联网设备通过光纤构成2个完全相同的镜像星型网络。中心交换机连接操作员站、数据库服务器、各控制系统及SIS等。全厂辅网设置2台主交换机——赫斯曼MS4128作为网络核心交换机，双机冗余配置；配置2台服务器，各配置2块1000M专用以太网卡，分别接入两台主交换机。各个控制系统通过其就地的冗余交换机接入全厂辅网中；全厂辅网操作员站通过5类线接入全厂辅网核心交换机，全厂辅网服务器通过千兆通信电缆也接入核心交换机。各辅助车间就地监控系统的就地交换机与主交换机通过光纤连接，光纤采用双缆冗余结构。所有需要通信互联的网络设备（服务器、操作员站、SIS、PLC以及控制设备的操作员站）均具有以太网接口，符合IEEE802.3协议，支持TCP/IP协议。1.2辅网系统硬件介绍①操作员站：4台，其中两台带大屏幕，两台带LCD。全厂辅控系统操作员站选用台湾研华的型号为ADVANTECH610工控机。其配置满足至少为PentiumⅣ2.8G，512M内存，40GX2硬盘(SCSI总线)，50倍速光驱，32M显卡，双以太网卡。操作员站的基本功能如下：监视各工艺系统内每一个模拟量和数字量；显示过程模拟图、棒状图、成组图等；显示并确认报警；显示操作指导；建立趋势画面并获得趋势信息；打印报表；控制功能组、子功能组、驱动装置；自动和手动控制方式的选择；调整过程设定值和偏置等。任何显示和控制功能均能在任一操作员站上完成。调用任一画面的操作次数，不多于3次，重要画面一次调出。画面对键盘操作指令的响应时间：一般画面＜1s，复杂画面＜2s。所有显示的数据每秒更新一次，数据刷新时画面不发生抖动。运行人员通过键盘、鼠标等手段发出的任何操作指令均在小于1s的时间内被执行。从运行人员发出操作指令到被执行完毕的确认信息在显示器上反映出来的时间在2s内。对运行人员操作指令的执行和确认，不会由于系统负载高负荷情况或使用了网关而被延缓。②液晶显示器(LCD)：两台,满足以下要求：21英寸，点距0.27mm，亮度大于250cd/m2，对比度400：1，响应时间25ms，16.7x106种色彩。分辨率至少为1600x1200@60Hz；信号电缆采用5分支BNC接头。提供的LCD满足下列标准规范要求：如UL/C-ULorCSA,TUV/GC,EnergyStar,FCCCLASSB,MPRII,TCO’99等。LCD显示器的可视角至少满足：左/右±85º，上下各85º。每台显示器有其独立的显示发生器。鼠标作为可选的光标定位装置。由于辅控网操作员站将布置在集中控制室操作员台上，因此，LCD选型与DCS操作员站选型一致。③大屏幕显示器：84英寸(1650X1320mm)，两台，能接受模拟视频信号、数字视频信号、计算机数字信号等的输入。大屏具有拼接显示、开窗、多画面等功能，是独立一个操作员工作站，显示并控制整个系统。④运行人员专用键盘：每台显示器配置一个键盘。除具有完整的数字、字母键外，还提供一定数量的操作功能键和用户自定义功能键，使运行人员专用键盘能调用、处理全部过程信息，操作所有控制设备。具有防止误操作的闭锁功能，并在显示器上显示。⑤屏幕拼接装置（EOS）：网络多屏拼接控制装置，对大屏幕上窗口的各种操作均由操作员站实现，可直接通过网络连接至辅控系统，支持TCP/IP协议，可显示网络上的任意一台和多台计算机上应用程序的图形、文字（包括中文、西文）、表格。多屏拼接控制装置提供特别的放大/缩小功能，可将用户指定的信息进行准确的放大和缩小。并且提供显示墙几何调整信号和彩色调整信号。以保证显示墙的几何和颜色的一致性。所有进入到EOS的信号都能在两块大屏幕上显示，两块大屏幕可拼接显示一幅画面。多屏拼接控制装置不会低于下列主要技术指标：主芯片PIV3000MHz；内存256M；硬盘80G；52倍速CD-ROM（带DVD功能）；网络接口1000M以太网；配供一路RGB输入卡，供工业电视使用；配供4路视频输入卡、网卡、输出卡、软驱、键盘、鼠标。⑥打印机：两台，配置一台HPA3黑白激光打印机，一台HPA3彩色激光打印机。⑦服务器：两台，配置不低于下列指标：双至强P4，1G内存，SCSI硬盘，内置冗余磁盘阵列（容量不小于80G）。⑧交换机：两台或双引擎单机结构，采用工业级1000Mbps以太网光纤交换机（24口）。要求如下（不限于此）：工业级设计，标准导轨安装，能够直接安装在控制柜内；选用模块化以太网交换机，以便灵活构成系统，即要根据不同的接入介质选用不同的介质模块，如双绞线或光纤，不会通过外置光收发器的方式接入光纤介质；平均无故障时间（MTBF）大于52560（h）；支持百兆、千兆端口，可适用于多种通信介质（双绞线、多模/单模光纤）；具有接受冗余供电的能力；所有可替换模块（如介质模块、冷却装置、冗余电源装置）容许带电插拔、更换；支持端口链路聚集；支持符合IEEE802.1Q标准的VLAN；支持IP路由功能；每个通信引擎设单独的SNMP机构；能支持多种诊断功能、内置SNMP机构及MIB数据库以方便网络管理和诊断。⑨与SIS的接口设备：配备硬件防火墙和工业级接口计算机；工业级接口计算机配置至少为Pentium2.8G，512M内存，40GX2硬盘(SCSI总线)，50倍速光驱，32M显卡，双以太网卡。⑩工程师站：负责辅控网的操作员站的组态及辅控网的网络管理，安装计算机系统备份和远程管理软件，实现对网络的维护和管理。工程师站采用工控机，其配置至少为Pentium2.8G，512M内存40G×2硬盘(SCSI总线)24倍速COBAO,32M显卡，以太网卡,三星213TLCD，○11PLC：提供全厂辅控网PLC系统，用于全厂各辅助系统的整体启停及故障报警的硬接线信号。1.3辅网系统软件结构1.3.1应用软件网络内主要运行的应用软件是iFix的服务器版本SCADServer和SQLServer等。应用软件被配置为客户机/服务器3层体系结构的分布式系统。①各个现场控制系统（PLC）作为底层数据源，运行下位控制程序，向服务器提供运行实时数据，同时接收服务器的控制指令。②服务器作为中间层，运行SCADServer软件采集底层的实时数据，形成操作画面动画；通过SQLServer软件采集系统的实时数据，并形成历史数据文件，提供给历史趋势图、操作及报警查询、其他查询服务以及SIS系统。服务器接收来自LCD操作员站的操作指令，经内部运算，形成运行指令，发往现场控制系统。③LCD操作员站作为客户机端运行iClient，作为昀上层，显示服务器生成的操作画面，检查操作员身份，接受操作员操作指令，并将其发往服务器，提供人机界面和操作报警的查询服务，生成报表。工程师站还要完成组态、修改等编辑功能。1.3.2操作系统平台操作系统平台选用Windows中文版，该平台是目前中、小型网络主流操作系统，安全性、稳定性较好，界面友好，支持绝大多数软件工业标准，资料充足，易于掌握。另外该平台可管理性出色，系统维护工作量小。其中服务器运行Windows2000Sever，操作站运行Windows2000中文版。1.3.3上位监控软件在本系统中，上位监控软件选用iClient监控软件包。服务器选用SCADSERVER软件，所有程序的开发在工程师站上完成，开发完成后再移植到服务器。1.3.4数据库软件数据库软件选用微软MSSQLSERVER2000，向厂级SIS系统和其他用户提供标准数据接口和标准数据查询手段，包括ODBC、OLEDB、ADO、RDO、DAO和JET引擎等软件工业数据库接口标准。1.3.5其它软件UPS管理软件使用UPS厂家提供的Upsilon2000，通过服务器运行此软件，在每个客户机上可实现对UPS的监控和管理；同时，当UPS电池即将耗尽时，可自动通知服务器系统停机。杀毒软件选用诺顿产品。交换机监视采用赫斯曼交换机专用Hivision。2结束语为满足市场竞争、减员增效及火电厂全厂监控和管理信息网络化的需要，目前在火电厂控制系统的设计中，设置火电厂辅助车间集中监控系统网络基本已达