采用PLC搭建火电厂辅控网的构想及安全分析

张福祥，白会平，梁春利，任元太

（大唐连城发电公司，甘肃 永登 730332）

1 引言

300MW机组及以上容量的现代火力发电厂，公用的辅助设施。位置分散，系统多样复杂，相对独立控制，自成体系。如何利用快速发展的计算机和网络技术实现全厂辅助车间的集中控制，成为发电企业提高运行管理的有效手段，也必将成为有效地提高企业各项指标的推动力。随着计算机网络和控制技术的发展，充分发挥现有装置的功能，实现资源共享，提高劳动生产率和企业管理水平。使用开放性、标准化的工业以太网功能将不同厂家的控制系统相互连接已经成为技术发展的必然所在，也是辅控网建设所依托的重要技术平台。

将现有辅助车间相对分散和独立运行的控制系统通过网络连接起来，将控制层的实时数据和信息集中管理综合使用，在机组单元控制室集中监控全厂辅助车间生产过程和设备，采用计算机网络功能和PLC相结合的方式，将独立的“水网”、“灰网”、“煤网”以及其它相关独立系统通过网络技术联成一个综合控制网络，实现在单元控制室集中监测、远方操作和运行管理。并能有效地实现数据安全、共享和传输，为生产管理和经济指标分析提供强大的数据源，有效推动企业的综合管理水平和人力资源的优化使用。

2 辅控网络改造建设及设计构想

一般早期投产的和大部分在役火电机组的水网、灰网、输煤网独立运行，形成三个独立的运行节点。水网包括锅炉补给水系统、凝结水精处理系统、工业化学废水处理系统、生活废水处理系统、净化站系统、汽水取样及加药系统、制氢控制系统；灰网包括除灰系统、除渣系统（含机组排水槽）、燃油泵房控制系统；输煤网包括所有皮带起、停和过程的集中控制。翻车机、斗轮机系统独立控制，就地设有监视站，炉膛吹灰控制系统一般单独运行。各系统在就地控制室独立设操作站，均能实现所属设备的控制和监视。

而要提高电厂的管理效率，实现管理的信息化、自动化、智能化，就必须实现生产信息的共享和集中管理。发电厂运行管理也必将逐步消除“自动化孤岛”，以实现异种系统互联和集中监控。数据共享控制网络的建设是在水系统控制网络、灰渣系统网络、输煤系统控制网络等3个主要控制点的基础上进行改造建设，将全厂的辅网控制系统所有子站分别集中在全厂输煤控制系统、水网控制系统、除灰渣网控制系统等3个集中控制点，集中监控点设在主机组单元控制室，为保证系统的安全可靠，辅助网控制系统还将设有3大系统监视站，在3个主要的控制点设有操作员站外作为后备使用，其它站点均不设操作站，最后通过以太网将以上网络联网，进入全厂辅控上层网进行集中监控及管理。除水、煤、灰渣等3大网络钠入辅助控制网之外，还可纳入其它部分独立控制系统，如：电除尘控制系统、锅炉炉膛吹灰控制系统。而对于采用独立控制或PLC控制的脱硫系统也可纳入辅控网进行控制。

辅助控制网的建设可采用PLC＋计算机网络方式将常规的水、煤、灰3个主要网络节点通过以太网搭建综合辅助控制网，通过辅助控制网实现各个网络节点所属设备的控制和监视；输煤、水网和灰、渣网就地站点正常运行过程中只做监视和辅控网后备方式（在辅助控制网有异常和其他方式变化时使用），正常运行过程中各就地独立站点控制功能将被闭锁。根据实际情况将全厂电视监控系统统一配置，各独立系统联网，并将全厂的闭路监视系统纳为一体，在机组主控室集中监视，保证辅控运行人员能够及时了解现场设备运行情况；完善必要的辅控网报警系统，要有硬报警或带有声音报警功能的软报警；同时保证辅控网与SIS系统的以太网接口并与SIS系统单向连接。由于辅助车间位置分散在全厂的各个角落，距离比较远，而且每个辅助系统都基本上自成体系。辅控网的总体设计思想是根据辅助车间工艺系统的功能及地理位置将其合并成辅助监控点，在辅助监控点设置冗余的操作员站，用于调试及现场故障的紧急事故处理。除辅助监控点外的其它辅助车间不设操作员站，只设置供事故处理和调试时使用的终端。

3 辅助控制网的网路层次和安全分析

3.1 构建后的辅助控制网络拓扑

构建后的辅助控制网络拓扑图如图1所示。

（1）控制网络

辅助车间监控网采用冗余光纤千兆星型以太网络，室外主干网采用铠装单模光缆，室外子网采用铠装多模光缆；网络设备（交换机和服务器）和网络介质均采用冗余配置，以保证可靠性。网络结构采用星形拓扑，便于工程实施和故障隔离，减小网络故障造成的影响。控制网络中的关键设备（如交换机、服务器）均须选用性能可靠的产品工业级网络设备；再配置上功能完善的组态软件和数据库软件，形成一个配置先进可靠、功能完善的集中控制网络平台，在辅控网络平台上，组建和实现辅助车间系统集中控制网络，从而实现在辅控网络的单元控制室对各子控制系统的集中监控（包括水网、煤网、灰网等系统）。各个辅助车间控制系统统一规划，尽量采用统一的PLC及交换机产品。一方面保证了整个网络连接方便，提高了系统可靠性，也有利于备件的管理。在辅控网络的基础上可以提供与厂级监控系统SIS、MIS系统的接口，SIS系统可以通过数据库服务器直接访问过程数据，为SIS系统实现全厂网络的监控、生产管理、分析计算等功能提供可靠的保障。

图1 构建后的辅助控制网络拓扑图

（2）辅控网络系统可靠性

辅控网络系统具有多种冗余、容错措施，控制系统电源冗余、网络设备冗余配置、使系统具有很高的可靠性，保证控制系统长期稳定地运行。采用真正的冗余网络结构，保证系统的安全性。冗余交换机、冗余网络通讯介质，冗余PLC系统网络接口板NOE，PLC系统及远程I/O站采用冗余电源模块。网络电缆的敷设，使用专用的电缆线槽，必要时要在主要系统（如化水系统）设置服务器，主要是数据量比较大，每个辅助车间的PLC接受上位机、水网操作员站及辅控网服务器的三重数据存取，负荷量可能很大，为了降低就地PLC以及整个网络系统的负荷量，保证整个网络的可靠性及控制系统的速度，水网控制系统可设计两台服务器作为与全厂辅控网的通讯接口设备，辅控网的操作员站以客户端的形式从水网服务器上存取数据。

3.2 构建后的辅助控制网络安全分析

全厂辅网采用上位机网络系统和可编程控制器（PLC）相结合的方式，将“水”网、“灰”网、“煤”网连成一个监视网络，实现在单元控制室集中监测、远方操作和运行管理；一旦控制网故障或数据遭到侵害，会造成很大的损失，并直接影响生产过程的安全，故必须要保证以下环节的安全。

（1）网络安全方面

网络各级软件必须设置不同的访问权限、访问方式等，通过口令进行访问认证，对不同的人员设置不同的访问密码和访问权限，同时对操作员站上的操作进行记录和打印。主要网络设备要冗余配置，双网热备控制，网络有专人进行网络运行维护和管理，定期检查和测试系统。

（2）实时数据库安全方面

系统配置冗余的操作员站，要从硬件上保证系统数据库的可靠性，同时通过设置软件访问权限、访问方式避免非法操作；安装杀毒软件并定期升级，避免病毒对控制网络的破坏，尤其要保证控制系统所使用的任何存储设备必须为专用，从管理方法和手段上杜绝人为造成的病毒侵害。

（3）操作安全

通过设置软件访问权限及访问方式，使得系统避免非法操作。即系统投运后，一般情况下，监控在辅助车间集中控制室进行；当某一辅助监控点需要操作时，系统通过网络远程授权在辅助监控点进行操作，此时辅助车间控制室对此辅助监控点无操作能力；当操作完成后，系统自动收回授权，辅助监控点不能进行操作，辅网控制室恢复其控制功能。同时要在操作按钮上设置必要的闭锁方式，重要系统的方式以不同的颜色区分，提醒运行人员提高操作监护等级。

（4）供电安全

辅网系统可接受外部输入的2路交流电源，同时系统配置有交、直流切换器和冗余的直流电源保证系统的供电可靠性，重要装置要配备UPS电源，并要保证电源切换开关的可靠性。

3.3 辅助车间网络控制功能要求

辅助车间监控系统能对电厂辅助车间工艺系统与设备的工艺系统的顺序控制发出起停指令与手操、单操；实现各工艺系统的顺序控制、模拟量控制、设备的联锁保护功能、系统报警和数据记录；辅助车间监控系统易于组态，易于使用，易于扩展；辅助车间监控系统具有诊断功能，具有高度的可靠性。辅助车间公用网系统内任一分系统发生故障，均不影响整个系统的正常工作；辅助车间监控系统的参数、报警和自诊断功能均高度集中在CRT上显示和在打印机上打印；辅控网络的实时数据集中辅助车间所有的控制数据，为统一编码，统一分配，统一组态的综合实时数据库，有利于系统的备份、恢复和数据安全管理，减少数据接口和传输途径，提高了系统防止人为因素和病毒的干扰；并可提供给SIS系统、MIS系统使用；为SIS和MIS系统提供辅机系统运行和控制的实时及历史数据，可集中监控辅控网络中的所有控制子系统。各辅助车间控制系统（化水、除灰、输煤等）的画面和数据库按照整个辅助车间集中监控网络系统的统一网络规划来完成，各自系统画面和数据库的具有良好移植性，便于控制系统设备的维护和备件的管理，更有利于培训全能辅控值班人员。

4 结束语

辅助车间实现监控网络化和集中控制，提高了辅助车间运行与管理水平，同时提高了电厂运行的安全性和经济性，更有利于各项经济、技术指标的统计和分析，有利于推动企业的节能减排和耗差分析工作，更有利于人力资源的整合，人员技能的全面提高。所有当值运行人员在控制室可以方便地了解和协调处理机组和全厂主辅设备的运行时实状况。在全厂信息系统上，各级生产管理和技术人员也能全面地监视、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水平奠定基础。也必将有利于系统备件和费用的有效管理和电厂运行人员、维护人员的综合培训。

［1］大唐国际辅助控制网调研报告，大唐国际发电股份有限公司，2007，7.