全厂辅控网控制系统(BOP )的典型设计与实现

2024年1月2日发(作者：)

全厂辅控网控制系统（BOP）的典型设计与实现

——大唐信阳华豫电厂一期老厂改造

概述

信阳华豫电厂一期工程（2×300MW）燃煤机组辅助车间控制系统（BOP）覆盖了水、煤、灰等共11个辅助车间子系统的监控，下设补给水、精处理、干除灰、电除尘、制氢站、除灰渣、输煤程控等八个就地监控点，集中监控点设在主机集控室里，设有3台冗余独立的具有开发功能的操作员站，打破了传统的全厂辅助车间运行管理模式，真正实现了投资方减员增效的要求和目的。

本项目由武汉力特自控科技发展有限公司承建，在承包商和投资方的共同努力下，整个项目周期历时2个月零21天顺利按计划完成，在整个实施过程中，边发电边改造创造了零事故、不断电、不停机的改造优秀成绩，特别是实施过程中投资方和承包商的领导提出“确保安全发电第一”的指示起到重要作用，自2007年7月正式移交生产运行以来，控制系统运行情况良好，新的管理模式带来了明显安全经济效益，提升了全厂运行管理水平。

辅控网网络技术的集成方案

辅助车间控制系统简称辅控网，又称BOP 即Balance Of Plant的缩写，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，从而大幅度地提高了劳动生产率，并达到减员增效的目的。

2000年燃煤示范电站及新版火电厂设计规范中规定，“相邻的辅助生产车间或性质相近的辅助工艺系统宜合并控制系统及控制点，辅助车间控制点不宜超过三个(输煤、除灰、化水) ，其余车间均按无人值班设计。”在此大的形势影响下，已相继有多个工程辅助车间按煤、灰、水三个辅助车间控制点设计，并在此方面积累了不少经验。但随着发电厂对减员增效的要求和运行人员整体素质的提高，特别是网络技术的飞速发展，把“水”、“灰”、“煤”三个辅控点再进行集中，构成整个电厂的集中辅控网的计划提上日程。

网络控制系统配置图

信阳电厂是一个有10年以上历史的老厂，特别是当时辅控车间始建期间工业以太网还没有在工业控制领域普及，因此它目前已经形成了一个多种工业控制网并存的复杂现状，并且其中相当一部分的工业控制网已经面临淘汰。因此建立一个全新的控制网络显然迫在眉睫。

控制网络是一种高速确定性的网络，用于对时间有苛刻要求的应用场合的信息传输，它为对等通讯提高了实时的控制和报文传送服务。它具备一个独有的预定连接，允许用户以预定速率重复的发送和接收数据，这就是请求信息包间隔（RPI）,就是说通过设定可以重复的以指定的间隔时间从I/O模块上接收数据。

原化学补给水和除灰渣、输煤采用的是MB+网、精处理和再生加药controlnet网，这些工业控制网都存在通讯距离短、传输数据慢的缺点。对于大多数老厂这些工业控制网已经成为阻碍它发展的死穴。要克服工业控制网的这两大缺点，最好的方案当然是更换为工业以太网。

工业以太网是一种带有冲突检测的多点数据通讯方法(CSMA/CD)，使用国际标准的TCP/IP协议。传输速度可以从原来的几兆升级为100兆，传输距离可以从原来的几百米升级为几十公里，改造后的信阳华豫电厂2×300MW机组BOP系统采用冗余工业以太网来完成中央控制站和现场控制站之间的数据传递，在集中控制室布置有两台思科1000M冗余中心交换机，网络的物理拓扑结构为冗余星型以太网，当网络中某一段光缆线路出现故障时，网络能够自动重新配置并继续通讯，其重构时间小于500ms，同时在此过程中不会造成数据的丢

失或数据的变化。与就地控制子系统分支交换机通过光纤连接，与本地操作员站以通过双绞线连接，利用工业以太网，可以充分的利用系统资源，数据的传送可以畅通无阻，并可以方便地进行连接和扩充 。

所有数据无中转停顿，操作员站组态软件与PLC的CPU直接交换数据，上万点的数据采集不需设置服务器，也可飞速运转， 打破了“万点数据库直接采集数据会蹦盘”的说法。

实施亮点一、电除尘单片机的接入与实现

信阳电厂的电除尘采用单片机进行逻辑控制，过程设备采用了13个单片机分布在现场13个高压控制柜内，很显然单片机的应用已经无法与现代电厂高自动化程度的控制领域接轨。但是如果要完全淘汰它，确实要增加投资，对安全生产也有较大的影响。

为了节省成本而又让它具有先进性，我们选择了就地服务器采集数据然后再通过以太网向集控室OPC通讯传输的方法。

这样集控室的操作员站减少了数据采集转换的负荷，将大批量数据处理任务转移到了就地服务器，同时就地服务器的剩余负载还可以完整的运行一个监控软件从而为就地增加一个监控点。

实施亮点二、精处理、再生、加药、汽水取样的接入与实现

信阳电厂的精处理、再生、加药、汽水取样系统在本次改造中堪称一大亮点，我们采用了灵活多样的网络和监控方式。

原精处理、再生、加药、汽水取样4个系统相互之间有非常紧密的关联，如果一味的追求通讯速度和通讯距离而强制的把4个系统拆分而使用以太网接入的方法，那么将会破坏其原来系统之间的联系和相互之间的通讯逻辑控制。

该系统使用的是罗克韦尔自动化公司的PLC5 系列产品，我们考虑到PLC控制系统底层网络通过ControlNet 网通讯模块实现网络通信，下位机之间数据通讯交换速度最快为5Mbps，试验证明这种控制网的通讯速度符合工业需求，而主要制约其监控功能的是软件版本过低。

因此我们把改造重点转移到AB的通讯软件升级，我们将RSLINK升级为最新的具备网络服务器功能的RSLINK CLASS GETWAY版本，并把一台controlnet操作站的通讯卡件拆下来安装到一台新的高性能服务上，然后将台服务器通过双以太网走光纤的方式向集中控制室的操作员站传输数据，事实证明我们的方案是完全可行可靠的。

辅控网的3台操作员站同时通过远程OPC的方式，访问就地RSLINK服务器，读写顺畅，RSLINK服务器不仅分散了集控室操作员站的数据采集负荷，同时在这台就地服务器上可以安装新的辅控网组态软件，在这台服务器上可以监控全厂辅机设备，它不仅仅高效的完成了精处理的服务器任务，同时还成为了集控室操作员站设置在就地的战略备用控制站。

如果将来集中控制站要装修扩建或翻新，这个就地的辅控网就可以肩负起控制全厂辅机设备的重担。这个优势是所有其它的电厂都无法比拟的。

实施亮点三、化水、除渣、输煤、氢站的接入和实现

这些系统使用的都是modicon公司的qunatum PLC，双冗余CPU，安装冗余MB+卡，以MB+的通讯方式向就地监控站传输数据，本次改造不拆除原MB+网，原系统全盘保留，为了使通讯速度更快、距离更远，我们在原来的冗余系统基础上增加了冗余以太网模块，通过TCP/IP的方式直接接入集控室操作员站，与就地的MB+网互不影响，而就地的MB+网和原就地操作员站正好成为了集控室操作员站的一个备用站。

改造后的化学补给水和除灰渣系统的冗余效果已经达到国内顶尖水平。这个优势得益于保留了系统使用的MB+网络，有了这个备用站，用户永远不用担心全厂辅机设备会完全依赖辅控网操作站，因为即使集中控制室的3个操作员站全部瘫痪，运行人员也可以在就地的操作员站通过MB+网控制设备。甚至PLC上的2个以太网模块同时毁坏也不能影响电厂的正常运行。这种冗余无比强大，从常规的双重冗余达到四重冗余！彻底解除了用户在网络安全上的后顾之忧！

监控软件的升级与优化

软件部分主要由监控软件、编程软件以及windows操作系统组成，它们分别实现全厂辅助车间网络上位机的监控、各车间PLC逻辑控制功能，使系统既有较好的运行实时性，又有

良好的开放性。所有设备的代号和测点编号都使用有规律前缀区分命名，如：补给水的标签全部命名为BJS_格式，干除灰命名为GCH_格式。Modicon系列的PLC的编程软件全部都由原来concept2.1或2.2更新升级为最新的concept2.6，升级后的PLC编程软件支持IEC功能可以通过LD和FBD功能编写程序，使所有辅机PLC控制系统可离线又可在线进行组态。另外，还选用GE公司的ifix4.0工厂套件软件代替原系统的fix32、组态王、cimpliciy等已经淘汰的组态产品，对系统进行操作、监视、诊断和分析。把整个杂乱无章的上位机系统统一到一个先进的软件平台来。极大的方便了用户的操作监视与检修维护。Windows操作系统，原使用的windows NT4.0早已经不能满足现代计算机软件的需求，目前全部更新为最新的windows XP系统，并安装了最新的杀毒杀木马软件，还可以离线升级windows安全补丁。

对于计算机中毒和崩溃事故，做好了充分的事故预防，全自动GHOST恢复系统是最好的解决方案直接将备份的系统全自动拷贝覆盖C盘。一旦系统出现被破坏或文件丢失等情况，只需进入中文DOS系统下一键还原就可以恢复到控制系统备份的那个状态。整个过程不到5分钟，完成后重新启动便可以直接投入生产。

考虑到工控机经过常年累月的运转，终会有一天有一些配件会丢失或者损坏，我们使用的驱动还原精灵可以将系统的DH+卡，MB+卡，以太网卡，声卡，显卡等所有操作系统的驱动程序备份，再也不用担心找不到驱动而无法恢复通讯的问题，一键还原及可。 如此一来，大大的提高的软件系统的安全性和抗风险性。

保留所有原辅控网子系统让系统控制方式更加灵活

信阳电厂一期工程（2×300MW）辅助车间控制系统（BOP）覆盖了水、煤、灰等共11个辅助车间子系统的监控，也就是说就地有多达11个就地控制站，改造以后的辅控网集中控制系统，已经可以使现有的就地控制站实现完全无人职守的要求。

这些就地控制站已经为信阳电厂BOP系统服务多年，本次的改造并不意味着将要完全废弃它，最大限度利用电厂资源是我们的设计初衷，这些就地操作员站从此将作为一个就地检修站或战略备用站而存在，继续发挥其在信阳电厂的重要作用。

结束语

很显然，本次辅控网集中控制系统的改造是成功的，它让一个10年历史的老厂在监控功能、通讯效率、生产管理等方面焕发了新的光彩！提高了辅助车间运行与管理水平，为减少运行和维护人员创造了条件，同时提高了电厂运行的安全性和经济性。据了解一期辅助车间达到的自动控制水平，不仅在国内老厂均处于非常先进的水平而且丝毫不逊色于新建电厂的辅控网控制系统，主要表现为：

（1） 提升了全厂运行管理水平

① 辅控网操作站与主机操作站同处于中央集中监控室，值长和相关领导可以方便地了解和协调处理机组和全厂辅助车间的运行。

② 提升全厂辅助车间主辅值班人员的地位和责任，辅助系统受到应有重视，每个运行值班人员真正的可以对电厂的整体信息了解和学习。

③ 在全厂IT系统上，能很好地监视、了解全厂辅助车间的运行状况，为全面提升电厂综合自动化打下良好的基础。

（2） 节约运行管理费用

改造后，可以为全厂辅控仅设3名主值班员，及相应的巡检操作员和备员，可以比常规减员50%，为节约大量的劳动力成本创造了条件。另外，由于整个辅控网系统的硬件和软件的统一，减少了库存备品备件及日常管理维护费用。

（3） 减少基建费用

由于取消了很多就地控制室，减少了建造和装修费，减少就地办公设施及操作员站的配置，从而降低了基建费用，并且老系统的设备都充分合理的利用了起来，减少了材料设备的浪费，将一些已经不适用与现代化生产的设备组合更新后变废为宝。

随着科技的日新月异，信阳电厂的自动化水平还需要不断的提高和完善，暂时的领先，只能代表昨日的成功，技术水平和管理水平永远领先才信阳华豫电厂人的目标！

李宁 郭志波 张立恒

2007-8-18