輔助車間控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)在電廠中的應(yīng)用

許寶晶 任毅

摘 ?要：在當(dāng)今能源（特別是煤礦資源等不可再生資源）緊缺的情況下，隨著現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展以及電廠對于輔機(jī)系統(tǒng)（輸煤、化水、除灰渣等系統(tǒng)）效率、運(yùn)行成本等等的要求越來越高，大多數(shù)電廠都會(huì)選擇架設(shè)輔助車間控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，將整個(gè)輔機(jī)系統(tǒng)的信息都集中起來，進(jìn)行集中監(jiān)控和數(shù)據(jù)分析，實(shí)時(shí)監(jiān)控整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行情況，以便能更加及時(shí)的調(diào)整運(yùn)行方案，達(dá)到經(jīng)濟(jì)、高效運(yùn)行的目的。

關(guān)鍵詞：輔助車間控制網(wǎng)絡(luò);電廠;VLAN

目前輔助車間網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)多以以太網(wǎng)為主，其中多以星形結(jié)構(gòu)為主，采用C/S架構(gòu);星形結(jié)構(gòu)可以最大程度上減少單點(diǎn)故障對整個(gè)系統(tǒng)的影響，適合規(guī)模比較大的網(wǎng)絡(luò)采用，目前的Internent就是采用星形結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)。輔助車間網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的控制采用集中控制方式，設(shè)置一個(gè)輔助車間網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)集中控制點(diǎn)（單元控制室內(nèi)）。運(yùn)行人員在單元控制室內(nèi)通過操作員站實(shí)現(xiàn)輔助車間網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)內(nèi)各子系統(tǒng)內(nèi)設(shè)備的啟/停運(yùn)行的控制、正常運(yùn)行的監(jiān)視和調(diào)整以及設(shè)備運(yùn)行異常與事故工況的處理，以達(dá)到輔助車間網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的管理、控制一體化，為電廠減員增效和提高整體效益創(chuàng)造條件。能夠在單元控制室內(nèi)的集中監(jiān)控點(diǎn)完成對所有輔機(jī)系統(tǒng)工藝設(shè)備的正常運(yùn)行過程的集中監(jiān)視和控制，并實(shí)現(xiàn)人員通過SIS系統(tǒng)（廠級實(shí)時(shí)監(jiān)控信息系統(tǒng)）可以查閱輔控系統(tǒng)與SIS的連接并讀取整個(gè)輔助車間網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的所有有用數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)電廠可以系統(tǒng)、集中的監(jiān)控輔助車間（系統(tǒng)）各工藝子系統(tǒng)的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀況，獲取歷史數(shù)據(jù)，用于經(jīng)濟(jì)性計(jì)算分析。

在一個(gè)典型的網(wǎng)絡(luò)中至少應(yīng)該包含服務(wù)器和交換機(jī)，這兩種設(shè)備一起構(gòu)成了網(wǎng)絡(luò)的核心。

一、服務(wù)器的功能

服務(wù)器一般需要完成的功能有：實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)服務(wù)器功能：服務(wù)器直接與各子系統(tǒng)的PLC控制器交換數(shù)據(jù)，同時(shí)緩存數(shù)據(jù)為眾多客戶端提供數(shù)據(jù)，減小控制器的負(fù)荷，使得網(wǎng)絡(luò)中客戶端的數(shù)量依賴于服務(wù)器的性能，增加客戶端不會(huì)影響控制器的運(yùn)行，從而也更不會(huì)影響現(xiàn)場設(shè)備的正常運(yùn)行。

二、交換機(jī)的功能

在小規(guī)模網(wǎng)絡(luò)中類似與集線器（HUB），負(fù)責(zé)提供各網(wǎng)絡(luò)設(shè)備間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)功能。然而由于以太網(wǎng)的沖突檢測機(jī)制，網(wǎng)絡(luò)上會(huì)有大量的廣播信息。當(dāng)廣播信息多到一定程度后，會(huì)形成網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴，造成整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的癱瘓。也正式因?yàn)檫@個(gè)原因使得以太網(wǎng)的傳輸效率實(shí)際上在36%以下，這個(gè)數(shù)據(jù)沒有明確的概念，但是從網(wǎng)絡(luò)上的資料上來說，多數(shù)人認(rèn)定36%是以太網(wǎng)的一個(gè)警戒應(yīng)用率，超過這個(gè)數(shù)值，發(fā)生網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴的可能性會(huì)很大。因此我們需要在設(shè)計(jì)時(shí)合理規(guī)劃網(wǎng)絡(luò)容量的同時(shí)，也需要通過劃分廣播域來限定廣播信息的范圍，來提高網(wǎng)絡(luò)利用率。

目前常用的是通過IP地址和綁定計(jì)算機(jī)端口來劃分

VLAN。通過IP地址來劃分VLAN，我們在輔助車間網(wǎng)絡(luò)中一般采用端口綁定的方式來劃分VLAN。通過對可網(wǎng)管交換機(jī)的管理，系統(tǒng)管理員可以方便的將任意一臺(tái)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備劃分到任意一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中，也可以共享到所有網(wǎng)絡(luò)中，方便的控制客戶端的訪問范圍，使得網(wǎng)絡(luò)也更加的安全。

輔助車間網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷率是評價(jià)網(wǎng)絡(luò)性能優(yōu)劣的主要指標(biāo)，下面我們通過計(jì)算的方式來對一個(gè)有7個(gè)子系統(tǒng)、5臺(tái)客戶端的輔網(wǎng)系統(tǒng)的性能進(jìn)行一個(gè)大概的評估。

A、本輔網(wǎng)系統(tǒng)共包括7個(gè)子系統(tǒng)，具體的系統(tǒng)點(diǎn)數(shù)配置如下：子系統(tǒng)1的點(diǎn)數(shù)配置為：開關(guān)量：3000點(diǎn)，模擬量：100點(diǎn);子系統(tǒng)2的點(diǎn)數(shù)配置為：開關(guān)量：4000點(diǎn)，模擬量：1500點(diǎn);子系統(tǒng)3的點(diǎn)數(shù)配置為：開關(guān)量：1000點(diǎn)，模擬量：200點(diǎn);子系統(tǒng)4的點(diǎn)數(shù)配置為：開關(guān)量：1300點(diǎn)，模擬量：100點(diǎn);子系統(tǒng)5的點(diǎn)數(shù)配置為：開關(guān)量：280點(diǎn)，模擬量：180點(diǎn);子系統(tǒng)6的點(diǎn)數(shù)配置為：開關(guān)量：2700點(diǎn)，模擬量：300點(diǎn);子系統(tǒng)7的點(diǎn)數(shù)配置為：開關(guān)量：4400點(diǎn)，模擬量：300點(diǎn)。

B、假設(shè)輔網(wǎng)與所有子系統(tǒng)PLC通訊都采用MODBUS協(xié)議進(jìn)行通訊，而采用MODBUS協(xié)議通訊時(shí)的通訊數(shù)據(jù)是按數(shù)據(jù)位來傳送，因此上層網(wǎng)絡(luò)設(shè)備（服務(wù)器）的與就地各子系統(tǒng)的通訊負(fù)荷計(jì)算方法為：

■X100%=W1

那么，本網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的W1計(jì)算公式如下：

W1=（■+■+■+■+■+■+■）X 100% = 0.0596%

C、對服務(wù)器來說，其通訊負(fù)荷除了與就地各子系統(tǒng)的理論通訊負(fù)荷外還包括客戶端系統(tǒng)與其通訊所造成的負(fù)荷，由于服務(wù)器與客戶端之間的通訊是以IFIX為平臺(tái)的，而在IFIX中每一個(gè)點(diǎn)都包含了16個(gè)需通訊的數(shù)據(jù)變量（例如A_*和F_*），而這些變量中的每一個(gè)都是以模擬量的形式來傳送的，也就是說每個(gè)變量又包含了16位的數(shù)據(jù)，因此在通訊時(shí)，每臺(tái)客戶端系統(tǒng)與服務(wù)器通訊時(shí)對網(wǎng)絡(luò)所造成的負(fù)荷W2的計(jì)算公式為：

■X100%W2

那么，本網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的W2計(jì)算公式如下：

W2=[ ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ]

X 100% = 5.26592%

綜上所述，由于輔網(wǎng)系統(tǒng)共包含5臺(tái)客戶端，所以當(dāng)所有所據(jù)點(diǎn)同時(shí)通訊時(shí)輔網(wǎng)系統(tǒng)中的整個(gè)網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷值W=W1+ 5 X

W2=26.3892% 。在網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷大于36%時(shí)網(wǎng)絡(luò)就會(huì)癱瘓，而負(fù)荷在20%左右時(shí)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)才會(huì)工作正常，但是本系統(tǒng)中，W的值只有26.3892%在合理范圍內(nèi)，而且，該計(jì)算方法得出的W值是最大值，因?yàn)閷τ贗FIX上位軟件而言，只有當(dāng)當(dāng)前畫面打開時(shí)，該畫面上的數(shù)據(jù)點(diǎn)才會(huì)進(jìn)行通訊，也才會(huì)對網(wǎng)絡(luò)造成通訊負(fù)荷，而單獨(dú)一幅畫面上的點(diǎn)數(shù)也只占總數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù)的十幾分之一，那么在用戶打開一幅畫面進(jìn)行監(jiān)控時(shí)的通訊負(fù)荷也就相應(yīng)的只占26.3892%的十幾分之一，并且用戶不可能同時(shí)打開所有的畫面，因此在實(shí)際應(yīng)用中整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的負(fù)荷肯定會(huì)比上述計(jì)算出的最大通訊負(fù)荷值W要小很多。并且一個(gè)輔網(wǎng)系統(tǒng)配置5臺(tái)客戶端也是目前我所做過的最高配置，一般所配置的客戶端都小于5臺(tái)，那么，通訊負(fù)荷也會(huì)小于上述計(jì)算中得出的值。由此可見，輔網(wǎng)系統(tǒng)按照此種設(shè)計(jì)方案是完全滿足正常生產(chǎn)需要的。

另外，輔助車間網(wǎng)絡(luò)因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)上的設(shè)備類型比較多，因此在設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)的時(shí)候還要注意網(wǎng)絡(luò)上的設(shè)備類型，比如雙星型網(wǎng)絡(luò)中需要接入單網(wǎng)設(shè)備，就需要交換機(jī)支持生成樹協(xié)議，或者3COM交換機(jī)的彈性鏈路功能等，還要注意控制系統(tǒng)是否采用了雙路冗余功能，是否采用了雙機(jī)熱備功能，種種因素都決定了服務(wù)器和交換機(jī)的設(shè)置，只有將這些因素都考慮到了，作出的輔助車間網(wǎng)絡(luò)才是一個(gè)高性能的網(wǎng)絡(luò)，也才能達(dá)到設(shè)置輔助車間網(wǎng)絡(luò)的初衷。

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