|
Digital power plant and Ovation multi-network architecture applications
艾默生公用事業(yè)部(Power and Water Solution) 王軍 薛偉
摘要：信息化是現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展的一個重要方向。Ovation系統(tǒng)的多網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)正是應(yīng)這種需要而提出。這種多網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)不僅可以集成多個Ovation系統(tǒng)，而且可以和輔控PLC進行集成，形成一個統(tǒng)一的工廠控制網(wǎng)絡(luò)。
Abstract: Information integration is the trend of modern industry management. For this requirement, PWS presents Ovation multi-network solution, i.e. it could not only integrate multi ovation system using redundancy core switches, but also integrate auxiliary control systems, which usually use PLCs, to form a united control platform in a whole plant.
1、概述
數(shù)字化電廠是現(xiàn)代電力工業(yè)的一個主要發(fā)展方向。數(shù)據(jù)集成、綜合優(yōu)化應(yīng)用、決策支持則是用戶因應(yīng)現(xiàn)代化管理，對控制系統(tǒng)的新需求。
Ovation系統(tǒng)的多網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)正是應(yīng)這種需要而設(shè)計，能夠通過核心交換機集成廠區(qū)內(nèi)的多臺機組DCS、公共系統(tǒng)、輔助控制系統(tǒng)等，實現(xiàn)數(shù)據(jù)映射、互鎖操作、時間同步、數(shù)據(jù)集成等綜合應(yīng)用，能夠支持操作人員在同一控制室里面對多臺機組進行監(jiān)視和操作，同時也簡化了歷史數(shù)據(jù)的采集和存儲。
2、多網(wǎng)絡(luò)方案
Ovation多網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)就是利用一對冗余的核心交換機，對多個機組網(wǎng)絡(luò)或者輔助控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)互聯(lián)，不僅支持快速以太網(wǎng)，還支持T1線路、幀中繼、VPN通道等。每個網(wǎng)絡(luò)之間可以通過路由器進行隔離，以確保各個網(wǎng)絡(luò)的獨立性和安全性。冗余的網(wǎng)絡(luò)連接，支持故障自動切換，極大地提高了多網(wǎng)絡(luò)的安全性。多網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)為用戶帶來的好處有：
更為靈活的操作性和安全性：只要具備足夠的權(quán)限和功能設(shè)置，用戶可以在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的任一臺工作站上完成其他機組的監(jiān)控功能。而多網(wǎng)絡(luò)體系本身將處理這種復(fù)雜的安全操作限制。
單一的工程控制中心：用戶可以將全廠控制室縮減為一個控制中心，減少投資，也簡化了與集團總部之間的網(wǎng)絡(luò)聯(lián)系。
跨網(wǎng)絡(luò)功能：通過多網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，用戶能夠擁有跨網(wǎng)絡(luò)的全部工程師和操作員站功能。如果喜歡，用戶可以將所有機組的報警或者監(jiān)視畫面統(tǒng)一顯示到一臺工作站上。
支持不同版本的集成：對于Ovation系統(tǒng)，多網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)支持不同的Ovation版本、不同的平臺(Windows和Solaris)，甚至是不同的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)(快速以太網(wǎng)與FDDI)之間的集成。
事實上，多網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)主要應(yīng)用于集成兩類系統(tǒng)：遠方Ovation系統(tǒng)，如公用系統(tǒng)或者脫硫系統(tǒng)等，和輔助控制系統(tǒng)。
3、與遠方Ovation系統(tǒng)的集成
以兩臺機組加公用系統(tǒng)為例，兩臺單元機組配置獨立的冗余網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，形成獨立的LAN網(wǎng)；公用系統(tǒng)也配置獨立的冗余網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，形成獨立的公用系統(tǒng)。公用系統(tǒng)的控制器通過公用網(wǎng)絡(luò)設(shè)備進行數(shù)據(jù)交換。
在單元機組網(wǎng)絡(luò)和公用系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)上配置一對冗余的核心交換機，具有多層交換功能并具有路由功能，負(fù)責(zé)#1，#2機組及公用部分的數(shù)據(jù)交換，以形成多網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。在具體的實現(xiàn)上，可以采取如下兩種方式：
第一種是將公共網(wǎng)絡(luò)的交換機直接連接到核心交換機上，如圖1所示。這種連接的優(yōu)點是公共網(wǎng)絡(luò)和單元機組網(wǎng)絡(luò)處于對等地位，公共網(wǎng)絡(luò)易于擴展而形成一個功能豐富的公共系統(tǒng)。華能玉環(huán)電廠4×1000MW的網(wǎng)絡(luò)就是采取這種方式，其公共系統(tǒng)涵蓋了機組公用、電氣公用段功能。
圖1 Ovation系統(tǒng)兩臺單元機組與公用系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的集成示意圖-方式1
第二種是將公共網(wǎng)絡(luò)的交換機連接到某臺機組的根交換機上，如圖2所示。這種連接方式的優(yōu)點是直接將公用系統(tǒng)和單元機組相連，更便于從機組操作站上對公用系統(tǒng)進行操作。山東鄒縣電廠2×1000MW的公共網(wǎng)絡(luò)就是采取這種方式。
圖2 Ovation系統(tǒng)兩臺單元機組與公用系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的集成示意圖-方式2
多網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，從物理及網(wǎng)絡(luò)定義上，公用系統(tǒng)點相當(dāng)于遠程網(wǎng)絡(luò)點。具體的掃描方式與OVATION系統(tǒng)掃描第三方設(shè)備的信號點一樣，即：第三方設(shè)備或系統(tǒng)點源于OVATION控制器，而由第三方的驅(qū)動程序進行更新，并通過OVATION控制器將第三方的點掃描到系統(tǒng)。對于公用系統(tǒng)，它就相當(dāng)于一種遠程Ovation網(wǎng)絡(luò)，本地網(wǎng)絡(luò)可通過以下途徑完成遠程網(wǎng)絡(luò)的點掃描：
生成設(shè)備驅(qū)動-生成序列號
組態(tài)I/O設(shè)備-定義I/O Drive Type: EXTERNAL OVATION NETWORK
掃描點-Register Mapping
這樣，公用系統(tǒng)的點就可以在本地網(wǎng)絡(luò)中進行操作監(jiān)控，包括畫面顯示。對于操作權(quán)限問題，可以通過軟件連鎖來完成，通常定義#1機組優(yōu)先權(quán)最高，#2機組次之。連鎖邏輯如下：
#1機組可以直接操作
#2機組必須經(jīng)連鎖邏輯確認(rèn)#1機組沒有操作，并進行控制權(quán)口令切換后，才能操作。
4、與輔助控制系統(tǒng)PLC的集成
在電廠中，除了單元機組的控制系統(tǒng)外，還有很多由PLC所組成的輔助控制系統(tǒng)，如輸煤、化學(xué)水處理、除灰等系統(tǒng)。Ovation開放式結(jié)構(gòu)提供了多種與PLC的集成方式，可以在 PLC上執(zhí)行的對獨立現(xiàn)場設(shè)備和過程邏輯的控制能力，也可以在 Ovation 系統(tǒng)中用于高級控制和支持信息通訊策略：
數(shù)據(jù)鏈接卡(LC: Link controller)：提供兩個RS-232/485串行口，支持MODBUS RTU和ASCII協(xié)議，能夠同時傳輸命令和數(shù)據(jù)消息。采用兩個數(shù)據(jù)鏈接卡，可以實現(xiàn)與PLC設(shè)備的冗余鏈接，確保通訊的安全可靠性。
控制器上的以太網(wǎng)端口：Ovation控制器提供多個以太網(wǎng)端口與第三方設(shè)備相連，如MODBUS/TCP、Allen-Bradley PLCs DF-1、Profibus、Foundation Fieldbus等設(shè)備。
交換機端口：與控制器的以太網(wǎng)端口使用方法類似，Ovation網(wǎng)絡(luò)的交換機支持直接將第三方設(shè)備，如MODBUS/TCP、Allen-Bradley PLCs DF-1、Profibus、Foundation Fieldbus等設(shè)備。
尤其Allen-Bradley PLC，可以和Ovation網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)無縫集成，無需其它硬件或者模塊可以進行直接互連，還可以使用Allen-Bradley 工具從 Ovation 工作站實現(xiàn)對 PLC 的組態(tài)。每個網(wǎng)絡(luò)端口最多可以配置五個全負(fù)荷的PLC。
5、廠級網(wǎng)絡(luò)控制網(wǎng)絡(luò)
圖3為電廠廠級控制網(wǎng)絡(luò)示意圖，是一個兩臺單元機組的電廠樣例。整個網(wǎng)絡(luò)通過核心交換機，將兩臺單元機組網(wǎng)絡(luò)、公共系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)、FGD網(wǎng)絡(luò)、輔助控制系統(tǒng)等都連接到一起。廠級控制網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)了機組控制系統(tǒng)、公用系統(tǒng)、脫硫脫硝系統(tǒng)、輔助控制系統(tǒng)的連接。整個廠級控制網(wǎng)絡(luò)采用支持第三層交換的冗余千兆快速以太網(wǎng)交換機構(gòu)成核心交換系統(tǒng)，每個分支控制系統(tǒng)采用冗余的快速以太網(wǎng)交換機形成冗余配置；每個分支控制系統(tǒng)與核心交換機之間均采用冗余的雙絞線或者光纖實現(xiàn)互連。但每個分支控制系統(tǒng)都占據(jù)獨立的虛擬網(wǎng)段(VLAN: Virtual LAN)，未經(jīng)路由設(shè)置無法進行跨網(wǎng)絡(luò)相互訪問。以上分支網(wǎng)絡(luò)中，除1號機組DCS可以訪問公共系統(tǒng)、2號機組DCS可以訪問公共系統(tǒng)外，其余分支之間無法相互訪問。這種虛擬網(wǎng)段設(shè)置的主要目的是保證各個分支控制系統(tǒng)之間不受干擾，保護各自的獨立性。
與SIS之間，則是通過各個OPC Server站和路由器相連。SIS網(wǎng)絡(luò)不能直接與控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)相連，以確保控制系統(tǒng)的安全性。
圖３ 廠級控制網(wǎng)絡(luò)圖
6、總結(jié)
Ovation多網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是應(yīng)用廣泛、技術(shù)成熟的集成方案，為全廠控制系統(tǒng)集成提供了便利，使得系統(tǒng)間的集成監(jiān)視和互操作成為可能，能夠有效地節(jié)省控制室成本和人力成本，實現(xiàn)整個電廠的信息化和數(shù)字化，最終提高生產(chǎn)效益。
Ovation多網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)在電廠應(yīng)用案例很多，從Ovation第一套多網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)在內(nèi)蒙古托克托電廠實施至今，幾乎所有的多單元機組Ovation都采用了這種多網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，幾乎所有的使用Ovation的華能系統(tǒng)電廠都集成了輔助控制系統(tǒng)。在越南的海防電廠2×300MW項目，我們采用多網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)實現(xiàn)了全廠控制系統(tǒng)的一體化，即：整個輔助控制系統(tǒng)采用一套Ovation實現(xiàn)，并且與單元機組Ovation形成多網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。
|
