M701F型联合循环机组SIS 系统网络结构优化研究

2014-12-24毛丹

重庆电力高等专科学校学报 2014年3期

毛丹

(深圳市广前电力有限公司，广东深圳518054)

SIS(Supervisory Information System in plant level，厂级监控信息系统)是集过程实时监测、优化控制及生产过程管理为一体的厂级自动化信息系统，是处于机组分散控制系统DCS以及相关辅助程控系统与全厂管理信息系统MIS之间的一套实时厂级监控信息系统。

三菱M701F型燃气-蒸汽联合循环发电机组采用9F级燃气轮机，单元机组在设计工况下的出力为390 MW。针对M701F型联合循环机组的特殊性，SIS系统以机组的性能计算、厂级经济性分析、厂级负荷分配以及机组的经济运行为主要目的。SIS系统的实时性体现在SIS系统实时分析机组的运行参数，通过系统强大的数据挖掘、数据处理与优化的功能，对机组乃至全厂的运行状况进行准确的分析、诊断与优化。

厂级监控信息系统主要由厂级监控网络以及网络上的实时数据库服务器、应用服务器、客户机等硬件组成，其主要目标为生产实时数据的采集、整理、存储和分析决策。

1 SIS系统网络结构现状

根据日本三菱公司的设计方案，在DCS系统中提供了SIS系统的通信接口G/W-SIS。每个单元机组及公共系统都有相应的G/W-SIS:G/W-SIS-Unit1(P网和Q网)、G/W-SIS-Unit2(P网和Q网)、G/WSIS-Unit3(P网和 Q网)、G/W-SIS-COM(P网和 Q网)。该接口采用日本三菱公司提出的MODBUS/TCP协议。根据此设计方案，SIS系统的网络拓扑结构如图1所示。

DCS系统主要由4个网络构成，每个网络都由2个网段构成，P网与Q网互为冗余网络，从而保证系统通信的可靠性与稳定性。

图1 SIS系统网络拓扑结构

在TCP/IP以太网中，需在网段结点间添加路由器，建立相应路由表，才能实现各网段之间通信。DCS系统的4个网络则由ROUTER构成整个DCS系统局域网。三台单元机组通过各自路由器(10ROUTER、20ROUTER、30ROUTER)接入公共系统(COMMON)，组成统一的 DCS系统。然后在COMMON公用系统网络中增加 SIS系统接口(01ROUTER)。SIS系统经由此01ROUTER接口获取DCS系统各单元机组及公用系统实时状态信息。由图1可知，与SIS系统相关的设备及网络拓扑有相当的一部分是在DCS系统的基本结构当中。

从日本三菱所提供的SIS系统设计方案可看出，SIS系统网络架构是在DCS系统网络架构的基础上建立的，是在原DCS系统网络结构基础上，在每单元机组增加SIS网关G/W-SIS。其中，SIS网关的作用是将CARD协议转化为SIS系统所能接受的MODBUS-TCP/IP协议。即多功能过程处理站(MPS)将机组状态信息由日本三菱自主的CARD通信协议承载传送至SIS网关。SIS网关将CARD协议转换为MODBUS协议，再传送至SIS系统，完成DCS系统与SIS系统数据交换。SIS系统数据传输过程见图2。

图2 SIS系统数据传输过程

(1)在DCS系统中，存在多种通信协议，其中包括 STEP-3、CARD、MODBUS-RS232C。

1)STEP-3:

①MPS盘间通信;

②MPS与CPFM;

③GWC与Gateway。

2)CARD:

①EMS、ACS与 MPS;

②OPS与MPS;

③EMS、ACS和OPS之间。

3)MODBUS-RS232C:

Gateway与 PLC(在RS232C上)。

比如:操作员站上的画面、逻辑上的状态点及操作，都是OPS直接与MPS通过CARD协议通信。则在公共段的 01OPS1、01OPS2、…、01OPS10分别与01MPS、10MPS、20MPS、30MPS 发生通信。DCS 系统的信息传递如图3所示。

图3 DCS系统的信息传递

EMS、ACS、OPS通过CARD通信协议与MPS之间传递 AI、DI、AO、DO、Alarm 和 Event，完成机组控制及监视功能。在图3中可以看出，信息交汇点处有HUB与ROUTER。

(2)在SIS系统通信中，亦存在着多种通信协议:STEP-3、MODBUS-TCP/IP。

1)STEP-3:

MPS与 G/W-SIS。

2)MODBUS-TCP/IP:

SIS与 G/W-SIS。

SIS系统的信息传递如图4所示。

图4 SIS系统的信息传递

以1#单元机组为例，SIS系统信息传递过程如下:10MPS将机组信息以STEP-3通信协议发送至SIS网关(01G/W-SIS);然后经SIS网关协议转换为承载于MODBUS-TCP/IP通信协议的机组信息通过单元路由器(10ROUTER)进入公共网段;再通过SIS系统接口(01ROUTER)传送至SIS系统。其信息的交汇点为HUB和ROUTER。显然，DCS系统及SIS系统两者共同存在的设备结构为MPS、HUB、ROUTER。

2 SIS系统网络结构存在的问题

DCS系统至SIS系统所存在的信息点数大概为2万多个(包括 AI、AO、DI及中继点)，在 DCS系统及SIS系统信息交汇点处HUB、ROUTER存在DCS系统与SIS系统两种不同功能的信息流。且SIS系统网络拓扑结构内嵌DCS系统中，无法将SIS系统的网络拓扑结构与DCS系统的网络拓扑结构区分。

10ROUTER、20ROUTER、30ROUTER 及相关的通信线路，承受着DCS系统及SIS系统相关的信息流，增加网络负载及通信协议复杂化，从而影响数据通信的稳定性、流畅性，严重时会导致数据流堵塞，无法进行正常数据通信。

SIS系统原则上不能影响DCS系统的正常工作，由于SIS系统与DCS系统在网络拓扑结构中，通信部分混为一体，必将对设备维护、检修带来不便，发生通信设备或通信线路故障，影响SIS系统及DCS系统通信。

3 SIS系统网络结构优化设计

3.1 SIS系统网络结构优化设计

鉴于上述SIS系统网络结构存在潜在问题，为使SIS系统具有最大限度的简单性、独立性及保证SIS系统和DCS系统数据通信的流畅性、稳定性，可优化增加相应的通信设备及通信链路，改进原有的网络拓扑结构。改进后的DCS系统与SIS系统网络拓扑结构如图5所示。其特点表现在两个方面:(1)新增通信设备HUB-SIS，10/20/30ROUTER-SIS;(2)新增通信链路G/W-SIS与ROUTER-SIS以太网链路，ROUTER-SIS与HUB-SIS光纤链路。