提高发电厂BOP鲁棒性的策略研究

时间：2024-08-31

李浩，王晓东，张佩响

（徐州华润电力有限公司技术支持部，江苏徐州221000）

1 引言

电厂BOP（Balance Of Plant）即电厂辅助车间控制系统，它是利用先进的计算机技术、通信技术和网络技术，将相互独立的各个外围辅助系统集成控制，实现外围控制系统少人值班或无人值班，提高外围设备控制水平，从而大幅度地提高劳动生产率，并达到减员增效的目的。辅网的鲁棒性对于电厂辅助车间的安全、连续生产来说，具有至关重要的作用。

2 辅网构成

图1 辅网系统结构图

铜山华润电力有限公司装机为2 台1000MW的超临界燃煤发电机组，于2010年建成投产。其BOP 辅网设有水网、煤网、灰网等子网络，子网间用千兆网络连接，整个辅网设置有一个集中控制室，实现对水网、煤网、灰网的集中监控。就地还设有单独的水网控制室和输煤控制室，在辅网出现故障的情况下，不影响水网、煤网和灰网的正常运行。目前煤网、水网控制室还是有人值守，辅网主要对炉后辅控系统（气力除灰系统、渣水系统、高压电除尘系统等）进行监控操作，对煤网、水网只监不控。辅网系统结构图如图1所示。

辅网集控室内设置安装了施耐德Vijeo Citect无限点服务器端监控软件的容错服务器1 台，也安装了施耐德Vijeo Citect 无限点客户端监控软件的操作站6 台。水网控制室设置了4 台操作站，其中1 台操作站设为服务器。煤网控制室设置了2台操作站，其中1 台设为服务器。

整个辅网体系结构可分3 层，即监控层、控制层和现场层。监控层由核心交换机（德国赫斯曼工业级产品）、服务器（日本NEC 容错服务器）和操作站（Diggcom 工控机）组成，通讯网络为工业以太网。控制层由Unity Quantum 140CPU67160 热备PLC 系统构成，通讯网络为RIO。组态软件选择Vijeo Citect 7.0 版本，编程软件选择Unity Pro 5［1］。现场层为被控设备。辅网系统网络拓扑图如图2所示。

3 现有策略

为了提高系统的鲁棒性，辅网采取了以下对策：

3.1 不间断供电

电源采用双路供电＋交流自动切换装置。因为计算机电源的Hold Up Time 时间一般为20ms 左右，而交流电源的极限切换时间为20ms，故为了保证当交流电源切换时不导致计算机重启，系统在交流自动切换装置的下口还增加了UPS 设备。

3.2 双机热备

控制层由Unity Quantum 140CPU67160 热备PLC 系统构成，此系统双机热备，在工作CPU 出现故障的情况下可无扰切换至热备CPU［1］。

3.3 冗余的数据链路

图2 辅网系统网络拓扑图

冗余的数据链路主要包括两个方面：在控制层，RIO 远程分站采用双缆冗余；在监控层，以太网也采用A／B 网的双网冗余模式。这里有必要指出的是，在采用双机热备的PLC 系统中，要想构成真正的双以太网，必须配置4 块PLC 以太网模块，否则不算是真正的双网［1］。

3.4 采取隔离措施

对于开关量，尽量采用继电器输入／输出模块，否则要外加继电器隔离。对于模拟量，要加装信号隔离器。

3.5 构建通畅的网络

本网络拓扑为树形结构。众所周知，如果每个操作站和每个PLC 子站都直接交换数据，必然会引起非常大的广播风暴，导致网络拥塞，使系统鲁棒性下降。为了解决这一问题，本网采取了以下策略：

3.5.1 设置就地操作站

每个PLC 子站有且仅有一台操作站，此操作站设为服务器，其仅仅与这个子站交换数据，不会增加网络通讯数据量。设置就地操作站的目的，一是如果辅网出现通讯问题，此站可作为后备操作站；二是如果现场设备出现问题，工程师可以很方便地在现场操作站上查找故障并修改逻辑。

3.5.2 采用C／S 架构

消除“广播风暴”的方案有划分虚拟局域网、采用具有过滤功能的多层交换机和采用C／S 架构［2］。本网采用C／S 架构以尽量减少全局数据交换。

Citect 软件在组网时提供C／S 架构。在水网和辅网各设置一台容错服务器，其中，水网服务器和水网各PLC 子站通信，水网操作站作为客户端访问水网服务器；而辅网服务器则可以和所有PLC子站通信，辅控操作站客户端访问辅网服务器以交换数据。

服务器和操作站安装同样的Citect 软件。当服务器地址设置为本机地址时，则此台操作站成为服务器，否则为客户端。

通过以上策略，大大减少了网络数据流量，避免了网络拥塞，保证了监控系统的实时性和鲁棒性。

采用C／S 架构的好处显而易见，但是，新的问题随之而来。我们知道，整个辅网操作站众多，而采用C／S 架构的操作站，不管是服务器还是客户端，都包含同样的工程文件，如果修改一个工程，就要在各个操作站上修改，这样很难保证各操作站数据的一致性，网络的鲁棒性受到极大影响。

4 优化策略

随着Internet 的广泛应用，许多企业开始采用Internet 技术来构建自己的企业内部网，即Intranet。而Broswer／Server 这种成熟的体系结构也越来越多地应用在工控网上。

4.1 B／S 架构

Broswer／Server（B／S）是由Client／Server（C／S）架构发展而来的一种三层分布式体系结构，其结构如图3所示。其工作原理为：浏览器向Web 服务器发出请求→Web 服务器处理→到数据库服务器上查询→查询结果送回Web 服务器→处理为浏览器通用的数据格式发回浏览器。

图3 三层B／S 架构

在B／S 架构中，数据库系统以及其它一些组件都集中在数据库服务器上，客户端把事务处理逻辑部分分给了Web 服务器，它只负责显示部分，其上仅需配置浏览器即可实现对服务器端的数据访问，即所谓的“瘦客户／胖服务器”结构。与传统的C／S 结构相比，它存在以下优点：

（1）开发、维护方便：在B／S 架构下，所有开发、维护工作都集中在服务器端，大大减少了工作量，使开发、维护人员不再奔走于各客户机之间，而把主要精力放在服务器的开发、维护上。

（2）安全性好：由于客户端是通过Web 服务器对数据库进行操作，而不直接与数据库连接，避免了客户端对数据库进行破坏。

（3）易扩展：B／S 的三层架构，层与层之间相互独立，任何一层的改变不影响其它层的功能，从根本上改变了传统C／S 体系结构不易扩展的缺陷。

（4）可靠性高：由于客户端只安装浏览器，对硬件设备要求不高，同样的配置，可以获得很高的可靠性。

因此，开发基于B／S 架构模式下的工业监控系统，既可为企业节约大量费用，提高经济效益，又可显著提高辅网的鲁棒性［3］。

4.2 Citect 支持

在Citect 5.2 以前的版本中，它的网络功能是基于C／S 架构的。随着Web 技术的广泛应用，Cit公司适时地在其新版Citect 中加入了其IDC（Internet Display Client）技术。

IDC 是一种具有Web 功能的技术，它可方便地在Internet／Intranet 上访问实时控制系统。客户端可用任何的标准Web 浏览器从服务器上下载IDC 软件，并安装在本地计算机上。一个IDC 可连接到多个CIS 上。CIS 负责为IDC 发布Citect Server 的数据及页面，在IDC 客户端无需进行任何组态。Citect 会定期比较CIS 与IDC 上的工程文件，如果CIS 上组态有变动，IDC 会立即从CIS 上下载新的工程文件进行更新。这样的方式大大减少了网络传送的信息量，保证了各操作站之间数据的一致性［3］。