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系统概述
华能沁北电厂一期（2X600MW）辅助车间控制网（以下简称沁北电厂辅控网）是对各个辅助系统进行集中监视和控制的系统，包括了以下的子控制系统：
■化学水处理系统（包括锅炉补给水系统，超滤反渗透系统）
■飞灰输送系统
■除渣系统
■凝结水精处理系统
■电除尘系统
■燃油泵房系统
■综合水泵房系统（包括空压机系统，采暖加热站）
■工业污废水系统（包括生活污水处理系统）
■输煤程控系统（包括煤水处理系统）
辅助车间的监控系统分两层，第一层即现场控制层，该层是生产控制的执行层，包括化学水处理系统、除灰渣、电除尘、燃油泵房、综合水泵房、采暖加热站、工业污废水等各辅助车间控制系统的QUANTUM PLC和就地控制室上位工控机通过MB+网构成的各辅助车间完整的监视与控制系统。第二层即辅控网监控层，是全厂辅机控网系统的核心层，采用光纤、光纤收发器、交换机、服务器及工控机，构成上一层完整的
监视控制系统。辅控网监控层与现场控制层之间采用冗余星型网连接，使得整个系统具有极高的可靠性。
系统工艺描述
在华能沁北辅控网中，2台服务器负责获取I/O信息，生成数据库。操作员站提供标准的HMI画面供运行人员操作，同时还要具备系统报警显示查询、报表制作、趋势显示、系统状态诊断、控制系统组态、数据库的管理和维护、上位机画面的编辑和修改等等功能。同时辅控网对系统的相关参数有严格的要求：
■QUANTUM PLC CPU模件的负荷率必须小于40%；
■通讯网络的负荷率必须不大于25%；
■I/O点裕量为10%，I/O卡槽裕量为15%；
■内部存储器占用容量≤50%，外部存储器占用容量≤40%；
■电气模拟量输入采样周期≤50ms 非电气模拟量输入采样周期≤200ms，开关量采样周期≤100ms；
■整套控制系统的可用率为99.9%；
■每幅画面上实时数据更新时间不大于1秒；
■运行人员通过键盘、鼠标等手段发出的任何操作指令均能在1秒内被执行；
■LCD每幅画面上调出画面时间≤2秒；
因此，系统的难点和重点在于辅控网系统的网络设计。一个优秀的网络设计要满足以下几个方面的要求：
■可扩展性：系统的规划必须考虑到将来发展的需要；
■高可用性：系统必须设计为冗余，既可以是CPU冗余，也可以是网络链路冗余或服务器冗余，还可以是以上几个冗余的结合；
■灵活性：设计良好的网络能够最大限度地降低添加、变更或拆除设备带来的影响；
■故障的可追踪性：当系统发生故障时，设计优良的网络使得维护人员可以方便准确地确定故障点以及排除故障的方法。
在以上的几个对网络的基本要求中，高可用性是一个优秀网络设计人员的首选，是重中之重。在沁北辅控网中，现场控制层通过将系统设计为CPU冗余，同时本地站与远程I/O站采用双缆结构通讯，现场上位机通过两块网卡实现网络链路冗余以实现系统的高可用性；辅控网监控层通过服务器冗余和交换机冗余保证了系统的高可用性。
系统的组成及施耐德解决方案
沁北电厂辅控网的子控制系统中的化学水处理系统、输煤程控系统、除灰程控系统、凝结水精处理系统、综合水泵房系统（包括空压机系统，采暖加热站），燃油泵房系统，工业污水处理系统（包括生活污水处理系统）系统均采用Modicon QUANTUM PLC。每个控制站均包括有Modicon QUANTUM CPU、电源、本地I/O模块、远程I/O通讯模块，以及现场辅助监控工作站等。
沁北电厂辅控网网络采用冗余星型结构。两台服务器、两台网络中心交换机布置在集控楼的机房内，3台监控工作站及工程师站均布置于中央控制室。服务器、监控工作站及工程师站通过冗余通道与中心交换机连接。网络中心交换机通过冗余光纤分别与各辅助辅助车间控制系统的交换机连接，构成网络的主干。网络中心配置2台德国赫斯曼公司的Mice 3000工业级交换机，用来连接服务器、操作员站、工程师站和各子控制系统的二级交换机。两台Dell PowerEdge 1600SC 高性能服务器通过以太网直接与各子控制系统的QUANTUM PLC通讯，从PLC中采集实时数据，存储于服务器中，承担辅控网系统的数据采集、存储、处理和服务工作，并配置3台研华IPC 610工业控制机主机及21寸工业级液晶显示器作为操作员站，任意一台操作员站可承担工程师站功能。为在系统调试、启动初期以及生产巡检时方便运行操作，各辅助车间程控系统还设有各自的监控上位机。各辅助车间程控QUANTUM PLC系统与其车间监控上位机的组网方式采用Modicon的MB+网。
1： 沁北辅控网的网络拓扑图
辅控网的网络拓扑（如图1）：
现场程控控制系统采用QUANTUM PLC和上位机的两级控制结构方式，利用PLC对现场的设备进行数据采集和控制，一般情况下由中央控制室的辅控网操作员站完成对各个子系统的监控与操作，现场各系统调试或辅控网络故障时由现场辅助监控工作临时接替监控功能。
控制系统由上位机和QUANTUM PLC构成，上位机和PLC之间通过MB+进行通讯。控制主机型号为140CPU43412或140CPU53414。CPU采用双机热备。在本地站与远程I/O分站均采用双缆冗余结构通讯，以提高整个系统的可靠性。控制系统的PLC配置如图2所示。 
图2： 现场控制层的网络拓扑图
所有现场传感器信号及控制信号（输入/输出）均通过OMRON继电器隔离后再与QUANTUM PLC的I/O模块连接。控制柜内电源为DC24V，现场和控制室传送信号采用AC220V。
以前的辅控网设计中,子网系统中的上位机和PLC之间一般采用以太网通讯,即上位机和PLC系统中的以太网通讯模块连接在位于子网控制室的交换机上,以完成对PLC系统CPU的访问.而辅控网的
服务器也是通过光纤访问子系统的以太网模块.这样,系统很容易造成拥塞。
沁北电厂辅控网创造性地采用了双层的通讯模式.即子系统的本地上位机通过安装在上位机内的SA85卡连接到CPU的MB+ 口上组成现场控制层的MB+网, 而辅控网核心的服务器通过100M光纤以太网访问现场QUANTUM PLC的CPU。
MB+网是Modbus plus网络的简称，它是由Modicon公司开发的为工业控制应用的令牌总线型以太网。同时，MB+网又是一个本地网络，它允许主计算机、可编程控制器和其他数据源以对等方式进行通信，适用于工业控制领域。网络总线采用单/ 双电缆布局，可连接至多64 个可寻址节点，传输速率达1Mbps。ＭＢ＋网具有高速、对等通信结构简单、安装费用低等特点。将现场控制层的网络结构设计成为MB+网，具有以下的优点：
■网络系统规划设计简单明了，易于安装，费用低廉。
■网络中各PLC系统是对等的MB+网络从站，是提供被监控参数的站点；各监控计算机是对等的MB+网络主站，是网络通信中令牌的占用者、控制者。各监控计算机可对MB+网络中的任意QUANTUM PLC系统所控制的生产过程实现监控。
■因其对等性，网络系统中各监控系统对各PLC系统实现监控的任意性，使得各监控系统计算机实际可互为备用，且网络设备易于扩展、更换。
■网络系统通信速率高，控制实时性能力强，不会导致控制滞后。
MB+网不仅硬件配置方便、软件编程简单，而且SA85卡和QUANTUM PLC上的MB+网的接口还提供了错误指示灯，根据灯闪烁的频率和和次数的不同还可以方便地判断出问题的根源，这样就保证了维护人员在较短的时间内发现故障、解决问题。从现场的综合使用情况来看，由QUANTUM PLC和上位机组成的现场MB+网不仅调试方便、维护简单而且可靠性高。
辅控网监控层是基于TCP/IP的以太网技术。该层中通过各个子网系统的交换机或冗余机架上的NOE模块上的光纤接口连接到辅控网的核心交换机上组成快速百兆以太网。当运行人员发出操作指令时，系统通过服务器上的数据库迅速定位到相应子网系统的CPU上，通过QUANTUM PLC中的程序控制现场相应设备的启动和停止。
总之，在沁北辅控网中，通过把现场监控层和辅控网控制层中的上位机和QUANTUM PLC设置为不同的通讯方式，使得辅控网的拥塞和碰撞大大地减少，这样就减轻了辅控网控制层的负担，完全避免了以往辅控网系统中现场监控层和辅控网控制层的拥塞和网络碰撞,同时由于现场分系统的上位机完全隔离,不能互相访问也大大增强了各个子系统的安全性。由于辅控网和就地控制网之间采用了不同的通讯方式,最大限度的保证了系统可靠性：即如果就地监控网络系统崩溃，辅网完全可以进行监控，反之，辅网崩溃，就地监控上位机也可以正常工作。
应用总结
作为华能沁北辅控网的现场控制设备，施耐德QUANTUM PLC以其优越的性能在数据采集和控制方面发挥着积极的作用。其中CPU 53414更是单机支持超过300个回路和高达65000点I/O，背板总线速率更是高达80M。同时QUANTUM系统提供了IEC要求的全部五种编程方式：LD、FBD、SFC、ST和IL，完全满足了现场用户的各种需求。现场控制层的MB+总线型网络和核心控制层的以太网网络避免了传统辅控网结构的网络拥塞、减轻了系统的负担、隔离了各个辅控网的子系统，使得系统的安全性和可靠性大大提升。
本项目合同额为335万，经辅控网整合后，所有辅机子系统现场达到无人职守，每个值仅有监控主值2人，现场巡检3人，电厂用五班制，加上管理人员，不到30名工作人员就可以监控所有的系统。而过去每个子系统至少每值需要1-2人或是更多人值班、巡检，每值至少20人以上，工作人员达100多人以上。总共可节省人员70-90人，每人每年5万元，企业每年可直接减少开支近400万元。由于安全性以及管理决策便利间接带来的经济效益更是巨大的。同时辅控网系统从根本上改变了传统电厂辅机系统的运行模式，为电力系统的自动化打开了一个新的领域。