基于iFIX的辅控网系统常见问题的分析与对策

苑咸光，张卫宝，王雁森

河北大唐国际丰润热电有限责任公司

基于iFIX的辅控网系统常见问题的分析与对策

苑咸光，张卫宝，王雁森

河北大唐国际丰润热电有限责任公司

本文详细介绍了河北大唐国际丰润热电有限责任公司的辅控网系统的电源、网络结构，并针对辅控网系统遇到的常见问题，通过合理配置电源系统、网络通讯结构等制定了行之有效的故障处理对策，保证辅控网系统的安全高效运行。

服务器；交换机；冗余切换；系统结构

1 引言

一般情况下发电厂的辅控网由操作员站完成对各个子系统的监控，操作员站发出的操作指令到辅控网服务器的数据库，通过中心交换器迅速发送到相应子网系统控制器上，由子控制器控制现场相应设备的启动和停止，因此辅控网主设备出现故障，所有的辅控子站设备将瞬间失去监控功能，因此主设备的重要性不言而喻。由于辅控设备距离较远，辅控网失去监控后，去就地控制站监控设备的时间间隔较长，人员数量较多，无法满足实际的需要。本次改造的目的就是提升辅控网系统的稳定性，在多重冗余的基础上合理配置系统结构，保证辅控网系统的正常运行。

2 基于IFIX的辅控网系统结构

2.1 辅控网系统简介

丰润热电厂辅控网系统是采用2台辅控网SCADA服务器直接从辅控子系统的PLC采集数据的方式，实现远方集中监视和控制所有辅控子系统的模式，不仅提高了系统的自动化程度而且实现了企业的减员增效。主要包括：输煤子系统、化学水处理子系统、精处理子系统、加药子系统、除灰子系统、电除尘子系统、生活污水子系统、工业废水子系统、燃油泵房子系统、锅炉吹灰子系统等，另外通过TCP/IP协议实现了与办公系统和环保数据系统的实时通讯。重要的子系统采用设置就地操作员站的方式，可以实现集控室和就地操作站的切换，保证控制子站远方故障和就地故障的互不影响，但是就地操作员站分布分散，辅控人员较少，一旦辅控网无法监控子站，各子系统的安全无法保证。

2.2 电源系统的配置结构

辅控网系统的电源系统一路来自1号机组的厂用电，另外一路来自2号机组的厂用电，2路工作电源通过双电源切换装置，输出一路电源为UPS（山特C6K）供电，最后由UPS集中为辅控网各个设备供电。用电设备主要包括2台服务器、4台操作员站、1台维护站、2台交换机以及1台打印机。辅控网系统已经运行6年，如果UPS系统出现不正常供电现象，将导致整个辅控网系统的全部死机，危险较大。

2.3 服务器的配置结构

辅控网系统在集控室内设置了4台冗余操作员站、2台IBM3650服务器、1台工程师站，操作员站采用Windows XP操作系统，服务器采用Windows 2003 Server操作系统。辅控网上位机监控组态采用iFIX 4.0软件，2台服务器具有相同的数据库并且同时运行，2台服务器互为双机热备冗余模式，任一台服务器出现故障时，备用的服务器能够自动无扰的投入运行，并且硬盘的磁盘阵列中磁盘故障能够发出报警，并能够带点插拔，更换新的磁盘后，数据能够自动备份。

2.4 通讯系统的配置结构

全厂辅控网采用树形网络，设置成两层控制网络：上层网为辅助车间集中监控网，下层网为水网、输煤、输灰、脱硫四个车间控制主干网，其他子系统直接连接到各自的子网上的交换机。全厂辅控网的交换机采用赫兹曼交换机，配置了光口和电口，方便不同系统间数据通讯，配置路由器模块实现了冗余切换。2台服务器应用双网连接到2台千兆交换机上，再经千兆交换机通过光纤连接到各子系统的交换机上，实现与各子PLC的通讯。2台服务器、4台操作员站、工程师站全部采用双网卡，任一路故障时，能够互相切换，保证数据通讯的可靠性。

3 基于IFIX的辅控网系统常见问题

3.1 双电源系统故障

丰润热电公司采用双电源供电系统，辅控网系统供电结构图如下，

图1 电源结构图

本系统存在很多的安全隐患，（1）双电源切换装置采用继电器互切实现，在运行过程中由于某个继电器不能正常工作，导致切换装置不能正常切换，失去双路电源。如果热工人员发现不及时，UPS系统完全放电后，将导致整个辅控网系统失控。（2）不间断电源在使用过程中如果故障状态能够实现切换到旁路，使电源不经过UPS直接输出时，不会出现问题，但是UPS在输入电源正常，输出不能正常工作时，将导致辅控网系统的电源失去，整个辅控网的电源全部失去。（3）任意一个用电设备在出现电源故障时，都会对整个供电系统构成威胁。由于辅控网采用上述结构，注定了辅控网的不安全性。

3.2 服务器切换故障

辅控网系统的2台服务器里含有相同配置的文件和数据库，只是在节点名上有所区分，体现在网络上不同的设备，4台操作员站和维护站没有自己的数据库，全部通过网络采集服务器的数据库，实现数据的显示、报警和数据的存储。由于数据采集在2台服务器上同时进行，因此所有的报警是一致的。正常运行时，当操作员站与活动的SCADA服务器的连接中断时，iFIX软件能够自动切换到非活动的SCADA服务器，但是维护人员无法判断操作员站是连接的那台服务器，处理服务器故障时，容易扩大事故范围，严重时导致操作员站失去所有数据，无法监控现场设备运行情况。

3.3 网络切换故障

操作员站采用双网卡配置，与SCADA服务器间有2条物理独立的网络，可以通过任意一条网络获取服务器的过程数据，实现网络连接切换的条件是网络故障。网络冗余切换时，连接的服务器是不切换的，只有当此服务器出现故障的情况下，实现服务器的冗余切换。在日常的运行过程中，由于服务器运行的部分软件死机，例如iFIX软件死机，服务器的网卡没有故障的情况，操作员站的数据连接是不发生切换的，最终导致操作员站不能获取数据，失去对现场设备的监控。

3.4 软件无法正常启动

辅控网系统不仅完成对现场设备的监控，而且还需要实时与CIS系统和环保数据通讯。一旦服务器死机，重新启动后其他接口软件不能够正常运行，将导致接收方数据的丢失。数据的丢失，需要向环保监控部门解释清楚。原来的辅控网系统采用系统开机自动启动iFIX软件、CIS系统接口软件和环保数据接口软件。在实际的运行过程中发现，iFIX软件启动速度较慢，由于CIS系统接口软件和环保数据接口软件得数据库全部取自于iFIX软件数据库，最后导致这2个软件故障，不能够正常的提取数据，不容易发现，容易导致较长时间的数据丢失。

3.5 历史数据问题

辅控网系统只在工程师站设置了实时数据的存储功能，实现了历史数据的追忆，但是在日常运行过程中，电脑的无故死机、修改iFIX组态需要重新启动等原因都会导致数据的丢失，无法满足环保和事故数据追忆的需要，影响公司在群众心目中的形象。

4 基于IFIX的辅控网系统故障处理

4.1 电源系统改进

由于系统采用双服务器双交换机等冗余配置结构，因此可以将系统电源重新配置，舍去中间不必要的设备，提高供电系统的可靠性。首先由于服务器采用机架式结构，通过新增电源模块，实现单台服务器电源的冗余配置，然后将操作员站的电源一半配置在一路电源上，保证电源失去后，只有一半的操作员站死机，最后将工程师站配置在一路电源上。由于1、2号机组的厂用电只是丢点几分钟，因此系统不会出现辅控网失去控制的想象。

图2 电源结构图

4.2 SCADA服务器冗余和网络冗余的切换

两台SCADA服务器连接到同样的PLC上，保证了获取数据的可靠性。操作员站如果与主SCADA节点的连接中断，iFIX会自动转换到备用SCADA节点上。本系统通过优化软件配置，实现了手动选择服务器的功能，将操作员站1、2的数据库设置为SCADA1数据库，操作员站3、4的数据库设置为SCADA2数据库，一旦某一台服务器出现故障时，部分操作员站能够正常的访问，不会出现集控室无法正常监控子系统的情况。本系统还配置网络冗余，可以在操作员站和SCADA服务器节点间建立两条独立物理连接，如果一条网络连接中断，iFIX会自动切换到另一条网络通道。通过画面显示功能，直接显示活动的某一条物理连接，另外一条在出现任何故障时，维护人员能够很容易找到并将故障处理。通过共同使用上述两种办法可以使系统的具有高可靠性。但是如果同时出现SCADA服务器冗余故障和网络冗余故障时,SCADA服务器故障切换优先网络冗余。

图3 服务器网络切换图

4.3 使用iFIX软件启动其他接口程序

辅控网系统正常运行的软件有平台软件iFIX、聚光科技环保通讯软件OPC2MODBUS、SIS系统通讯软件OPCINT、历史站数据采集软件START iFIX COLLECTOR。在以往运行过程中，后面的三个软件全部采用Windows系统自动启动任务项，在实际的重新启动过程中，会出现这三个软件启动速度较快，但是无法正常运行的情况。本次在改造过程中，将此三项任务通过配置在SCU工具箱上的任务按钮和显示任务配置对话框中，当运行iFIX启动程序时这些任务将自动启动，保证这些软件的正常运行。

4.4 配置历史服务器

随着辅控网设备重要性的提高，以及环保数据不能丢失等原因，不断要求提高辅控网数据的可靠性，本次改造新增一台辅控网历史服务器，通过软件将2台辅控网服务器设置成一主一备模式，实现数据通讯的冗余配置，保证数据能够实时存储。Proficy Histo⁃rian数据采集的核心是采集器，对已配置的点自动采集数据。所有计算机可以设置成基于时间执行，速度可到100ms一次，也可以在指定的触发标签接受到新的标签值时执行。如果任何触发标签的值发生变化，或者延期到达，恢复逻辑将自动检测新的或者已经改变的值，并重新执行计算，确保用户计算所采用的是最有效的输入数据。操作员站不仅可以读取本地采集的历史数据，还可以读取历史站的存储数据，能够快速有效的检索需要的历史信息。

5 结束语

在辅控网改造完成后，首先做了SCADA服务器冗余切换试验：在两台服务器都正常工作的条件下，关闭任意一台服务器，操作员站的数据和设备监控状态显示正常。然后做了网络冗余切换试验：将任意操作员站连接中的网线拔掉后，iFIX软件能够判断网络中断，自动切换到另外一条网络。试验结果表明在服务器故障或只有一个网卡工作的条件下，操作员站仍能正常工作，并且历史站的数据信息并没有丢失，实现了数据的冗余切换功能，杜绝了辅控网部分重要设备死机，导致辅控子站失去监控的功能。

[1]杨凯.基于iFIX的先进控制软件平台的总体设计.天津:天津大学软件工程学院.

[2]王志勇，葛建宏，赵劲松.基于iFIX的火电厂水处理控制系统带的改造.电力科学与工程.

[3]王秉定.基于iFIX平台的电力监控系统的开发.交通部上海船舶运输科学研究所学报.