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Digital power plant and Ovation multi-network architecture applications
艾默生公用事業部(Power and Water Solution) 王軍 薛偉
摘要：信息化是現代工業發展的一個重要方向。Ovation係統的多網絡結構正是應這種需要而提出。這種多網絡結構不僅可以集成多個Ovation係統，而且可以和輔控PLC進行集成，形成一個統一的工廠控製網絡。
Abstract: Information integration is the trend of modern industry management. For this requirement, PWS presents Ovation multi-network solution, i.e. it could not only integrate multi ovation system using redundancy core switches, but also integrate auxiliary control systems, which usually use PLCs, to form a united control platform in a whole plant.
1、概述
數字化電廠是現代電力工業的一個主要發展方向。數據集成、綜合優化應用、決策支持則是用戶因應現代化管理，對控製係統的新需求。
Ovation係統的多網絡結構正是應這種需要而設計，能夠通過核心交換機集成廠區內的多台機組DCS、公共係統、輔助控製係統等，實現數據映射、互鎖操作、時間同步、數據集成等綜合應用，能夠支持操作人員在同一控製室裏麵對多台機組進行監視和操作，同時也簡化了曆史數據的采集和存儲。
2、多網絡方案
Ovation多網絡架構就是利用一對冗餘的核心交換機，對多個機組網絡或者輔助控製係統網絡實現互聯，不僅支持快速以太網，還支持T1線路、幀中繼、VPN通tong道dao等deng。每mei個ge網wang絡luo之zhi間jian可ke以yi通tong過guo路lu由you器qi進jin行xing隔ge離li，以yi確que保bao各ge個ge網wang絡luo的de獨du立li性xing和he安an全quan性xing。冗rong餘yu的de網wang絡luo連lian接jie，支zhi持chi故gu障zhang自zi動dong切qie換huan，極ji大da地di提ti高gao了le多duo網wang絡luo的de安an全quan性xing。多duo網wang絡luo結jie構gou為wei用yong戶hu帶dai來lai的de好hao處chu有you：
更為靈活的操作性和安全性：隻zhi要yao具ju備bei足zu夠gou的de權quan限xian和he功gong能neng設she置zhi，用yong戶hu可ke以yi在zai網wang絡luo內nei的de任ren一yi台tai工gong作zuo站zhan上shang完wan成cheng其qi他ta機ji組zu的de監jian控kong功gong能neng。而er多duo網wang絡luo體ti係xi本ben身shen將jiang處chu理li這zhe種zhong複fu雜za的de安an全quan操cao作zuo限xian製zhi。
單一的工程控製中心：用戶可以將全廠控製室縮減為一個控製中心，減少投資，也簡化了與集團總部之間的網絡聯係。
跨網絡功能：通tong過guo多duo網wang絡luo結jie構gou，用yong戶hu能neng夠gou擁yong有you跨kua網wang絡luo的de全quan部bu工gong程cheng師shi和he操cao作zuo員yuan站zhan功gong能neng。如ru果guo喜xi歡huan，用yong戶hu可ke以yi將jiang所suo有you機ji組zu的de報bao警jing或huo者zhe監jian視shi畫hua麵mian統tong一yi顯xian示shi到dao一yi台tai工gong作zuo站zhan上shang。
支持不同版本的集成：對於Ovation係統，多網絡架構支持不同的Ovation版本、不同的平台(Windows和Solaris)，甚至是不同的網絡結構(快速以太網與FDDI)之間的集成。
事實上，多網絡架構主要應用於集成兩類係統：遠方Ovation係統，如公用係統或者脫硫係統等，和輔助控製係統。
3、與遠方Ovation係統的集成
以兩台機組加公用係統為例，兩台單元機組配置獨立的冗餘網絡設備，形成獨立的LAN網；公用係統也配置獨立的冗餘網絡設備，形成獨立的公用係統。公用係統的控製器通過公用網絡設備進行數據交換。
在單元機組網絡和公用係統網絡上配置一對冗餘的核心交換機，具有多層交換功能並具有路由功能，負責#1，#2機組及公用部分的數據交換，以形成多網絡結構。在具體的實現上，可以采取如下兩種方式：
第一種是將公共網絡的交換機直接連接到核心交換機上，如圖1所示。這種連接的優點是公共網絡和單元機組網絡處於對等地位，公共網絡易於擴展而形成一個功能豐富的公共係統。華能玉環電廠4×1000MW的網絡就是采取這種方式，其公共係統涵蓋了機組公用、電氣公用段功能。
圖1 Ovation係統兩台單元機組與公用係統網絡的集成示意圖-方式1
第二種是將公共網絡的交換機連接到某台機組的根交換機上，如圖2所示。這種連接方式的優點是直接將公用係統和單元機組相連，更便於從機組操作站上對公用係統進行操作。山東鄒縣電廠2×1000MW的公共網絡就是采取這種方式。
圖2 Ovation係統兩台單元機組與公用係統網絡的集成示意圖-方式2
多網絡結構中，從物理及網絡定義上，公用係統點相當於遠程網絡點。具體的掃描方式與OVATION係統掃描第三方設備的信號點一樣，即：第三方設備或係統點源於OVATION控製器，而由第三方的驅動程序進行更新，並通過OVATION控製器將第三方的點掃描到係統。對於公用係統，它就相當於一種遠程Ovation網絡，本地網絡可通過以下途徑完成遠程網絡的點掃描：
生成設備驅動-生成序列號
組態I/O設備-定義I/O Drive Type: EXTERNAL OVATION NETWORK
掃描點-Register Mapping
這樣，公用係統的點就可以在本地網絡中進行操作監控，包括畫麵顯示。對於操作權限問題，可以通過軟件連鎖來完成，通常定義#1機組優先權最高，#2機組次之。連鎖邏輯如下：
#1機組可以直接操作
#2機組必須經連鎖邏輯確認#1機組沒有操作，並進行控製權口令切換後，才能操作。
4、與輔助控製係統PLC的集成
在電廠中，除了單元機組的控製係統外，還有很多由PLC所組成的輔助控製係統，如輸煤、化學水處理、除灰等係統。Ovation開放式結構提供了多種與PLC的集成方式，可以在 PLC上執行的對獨立現場設備和過程邏輯的控製能力，也可以在 Ovation 係統中用於高級控製和支持信息通訊策略：
數據鏈接卡(LC: Link controller)：提供兩個RS-232/485串行口，支持MODBUS RTU和ASCII協議，能夠同時傳輸命令和數據消息。采用兩個數據鏈接卡，可以實現與PLC設備的冗餘鏈接，確保通訊的安全可靠性。
控製器上的以太網端口：Ovation控製器提供多個以太網端口與第三方設備相連，如MODBUS/TCP、Allen-Bradley PLCs DF-1、Profibus、Foundation Fieldbus等設備。
交換機端口：與控製器的以太網端口使用方法類似，Ovation網絡的交換機支持直接將第三方設備，如MODBUS/TCP、Allen-Bradley PLCs DF-1、Profibus、Foundation Fieldbus等設備。
尤其Allen-Bradley PLC，可以和Ovation網絡實現無縫集成，無需其它硬件或者模塊可以進行直接互連，還可以使用Allen-Bradley 工具從 Ovation 工作站實現對 PLC 的組態。每個網絡端口最多可以配置五個全負荷的PLC。
5、廠級網絡控製網絡
圖3為電廠廠級控製網絡示意圖，是一個兩台單元機組的電廠樣例。整個網絡通過核心交換機，將兩台單元機組網絡、公共係統網絡、FGD網絡、輔助控製係統等都連接到一起。廠級控製網絡實現了機組控製係統、公用係統、脫硫脫硝係統、輔(fu)助(zhu)控(kong)製(zhi)係(xi)統(tong)的(de)連(lian)接(jie)。整(zheng)個(ge)廠(chang)級(ji)控(kong)製(zhi)網(wang)絡(luo)采(cai)用(yong)支(zhi)持(chi)第(di)三(san)層(ceng)交(jiao)換(huan)的(de)冗(rong)餘(yu)千(qian)兆(zhao)快(kuai)速(su)以(yi)太(tai)網(wang)交(jiao)換(huan)機(ji)構(gou)成(cheng)核(he)心(xin)交(jiao)換(huan)係(xi)統(tong)，每(mei)個(ge)分(fen)支(zhi)控(kong)製(zhi)係(xi)統(tong)采(cai)用(yong)冗(rong)餘(yu)的(de)快(kuai)速(su)以(yi)太(tai)網(wang)交(jiao)換(huan)機(ji)形(xing)成(cheng)冗(rong)餘(yu)配(pei)置(zhi)；每個分支控製係統與核心交換機之間均采用冗餘的雙絞線或者光纖實現互連。但每個分支控製係統都占據獨立的虛擬網段(VLAN: Virtual LAN)，未經路由設置無法進行跨網絡相互訪問。以上分支網絡中，除1號機組DCS可以訪問公共係統、2號機組DCS可ke以yi訪fang問wen公gong共gong係xi統tong外wai，其qi餘yu分fen支zhi之zhi間jian無wu法fa相xiang互hu訪fang問wen。這zhe種zhong虛xu擬ni網wang段duan設she置zhi的de主zhu要yao目mu的de是shi保bao證zheng各ge個ge分fen支zhi控kong製zhi係xi統tong之zhi間jian不bu受shou幹gan擾rao，保bao護hu各ge自zi的de獨du立li性xing。
與SIS之間，則是通過各個OPC Server站和路由器相連。SIS網絡不能直接與控製係統網絡相連，以確保控製係統的安全性。
圖３ 廠級控製網絡圖
6、總結
Ovation多網絡結構是應用廣泛、jishuchengshudejichengfangan，weiquanchangkongzhixitongjichengtigonglebianli，shidexitongjiandejichengjianshihehucaozuochengweikeneng，nenggouyouxiaodijieshengkongzhishichengbenherenlichengben，shixianzhenggedianchangdexinxihuaheshuzihua，zuizhongtigaoshengchanxiaoyi。
Ovation多網絡結構在電廠應用案例很多，從Ovation第一套多網絡結構係統在內蒙古托克托電廠實施至今，幾乎所有的多單元機組Ovation都采用了這種多網絡結構，幾乎所有的使用Ovation的華能係統電廠都集成了輔助控製係統。在越南的海防電廠2×300MW項目，我們采用多網絡結構實現了全廠控製係統的一體化，即：整個輔助控製係統采用一套Ovation實現，並且與單元機組Ovation形成多網絡結構。
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