1.国电浙江北仑第一发电有限公司 浙江 宁波 315800；
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摘要：针对1000 MW超超临界燃煤火力发电机组，分析输煤控制系统的通讯网络在数据采集、通讯效率、数据读写稳定性、数据安全性等方面的缺陷，提出控制系统网络升级优化改造的解决方案，提高输煤系统运行的可靠性和安全性。结果表明，在整体网络数据采集方面，由于不断增减、变动网络节点，一再修改网络配置，整体网络的通讯效率相比最初设计标准明显降低。数据采集机制已逐渐无法适应日益增长的实时数据读写需要，容易出现某个时刻数据采集量过大，大量数据丢失。输煤系统网络整体优化升级方案内容包括通讯网络由基于PROFIBUS-DP的FDL数据通讯升级为基于工业以太网的S7通讯；修改并优化整体网络配置，同时对各站点的CPU模块和CP通讯模块进行升级，实现对辅助系统S7-300站的路由访问。具体实施方案包括对网络硬件、主设备S7-400系统、煤控室S7-300系统、辅助设备S7-300系统以及上位机iFix系统的改造。
关键词：燃煤火力发电机组；输煤控制系统；S7通讯网络；网络节点；通讯效率；西门子PLC
1 引言
随着燃煤火力发电站的输煤系统在运行过程中不断增减、变动网络节点，修改网络配置，整体网络的通讯效率相比最初设计标准明显降低[1-3]。输煤系统PROFIBUS-DP通讯网络出现越来越多的各种通讯故障，严重影响到输煤系统各设备的安全稳定运行[2-4]。网络故障隐患不仅不利于安全生产，也不利于故障检修及分析[3-5]。因此，有必要分析输煤控制系统的通讯网络缺陷，针对扩容性和安全性的需求，提出网络升级优化的技术改造方案。
本研究拟针对1000 MW超超临界燃煤火力发电机组，分析输煤控制系统的通讯网络在数据采集、通讯效率、数据读写稳定性、数据安全性等方面的缺陷，提出控制系统网络升级改造的解决方案，提高输煤系统运行的可靠性和安全性。本文的分析有助于了解输煤系统通讯网络的缺陷以及升级改造措施，提高输煤系统的可扩展性和可靠性。
2 输煤系统通讯网络的缺陷分析
以国电浙江北仑第一发电有限公司3、4、5号机的输煤系统为例进行分析，整体采用德国西门子公司的S7-400、S7-300控制系统，主体通讯网络采用PROFIBUS现场总线技术。各电气室、斗轮机、卸船机等主要设备均采用S7-400控制系统，进行单独站点的程序处理和系统控制。各个S7-400 PLC主站之间，通过PROFIBUS网络上的FDL通讯协议进行数据传输，以主-主通讯为主要通讯形式。
系统内的其他辅助设备如集尘、暖通等系统采用S7-300控制系统，直接受控于S7-400控制主站，以主-从通讯为主要通讯形式。位于煤控室的进仓线和卸船线S7-400 PLC主站，通过数据采集收集各个S7-400主站的相关设备状态信息。通过SIMATIC NET作为OPC Server，用SI7驱动与上位机iFix系统的数据库进行数据交换。
在整体网络数据采集方面，由于不断增减、变动网络节点，一再修改网络配置，整体网络的通讯效率相比最初设计标准明显降低。数据采集机制已逐渐无法适应日益增长的实时数据读写需要，采集周期无法得到最大优化，导致某个时刻数据采集量过大，出现大量数据丢失，影响系统实时性和稳定性。
在系统硬件方面，各PLC模块的PROFIBUS-DP通讯端口存在的问题包括硬件端口电路易于受损，通讯能力随端口电路性能下降，甚至出现无故障通讯中断现象。通讯网络频繁出现各种通讯故障，已经影响到输煤系统各设备的运行稳定性。
西门子公司对PROFIBUS现场总线技术的支持，已经逐渐转向新一代基于TCP/IP协议的工业以太网（Industrial Ethernet）技术。针对PROFIBUS总线的技术开发和系统升级越来越少，现有PROFIBUS总线网络已经不能有效地支持日后整体系统网络的升级优化。在西门子S7-400和S7-300工业以太网中，S7通信是属于OSI参考模型第7层应用层的协议，它独立于各个网络，可应用于MPI、PROFIBUS、工业以太网等多种西门子的通讯网络，是仅适用于西门子S7设备间的数据通讯协议。
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3 输煤系统通讯网络的升级优化
输煤系统网络整体优化升级的整体方案内容包括：
（1）通讯网络由基于PROFIBUS-DP的FDL数据通讯升级为基于工业以太网的S7通讯；
（2）修改并优化整体网络配置，同时对各站点的CPU模块和CP通讯模块进行升级，实现对辅助系统S7-300站的路由访问。
具体实施方案的改造过程包括：
（1）在网络硬件方面。输煤系统SS2.1、SS2.2、SS2.3、SS2.4电气室及CCR煤控PLC室之间，SS2.1电气室至2台卸船机的地面接线箱之间，SS2.3电气室至3台斗轮机的地面接线箱之间，敷设新的多模8芯光缆。多模8芯光缆作为新建的基于Ethernet的S7通讯网络的独立通讯介质，并在每套PLC柜内、每台斗轮机和卸船机的地面接线箱内，加装光纤熔接盒进行熔接。
在输煤系统SS2.1、SS2.2、SS2.3、SS2.4电气室、各斗轮机电气室、卸船机电气室S7-400站及煤控PLC室S7-300站控制柜内，加装光纤以太网收发器。其中，SS2.1、SS2.2、SS2.3、SS2.4电气室、煤控PLC室之间，组成光纤环网，提高网络的可靠性。其余可以配置成单网，并配置相关网络通讯参数，实现各主站之间的以太网互联和数据访问。
（2）在主设备S7-400系统方面。对输煤系统各配电电气室、各斗轮机电气室、各卸船机电气室内的S7-400控制主站进行CPU升级替换。替换为运算速度更快，集成MPI/DP端口，而且更加稳定的新型号S7-400 CPU模块，以支持新建S7通讯网络数据传输的需要。加装CP443-1以太网通讯模块，敷设以太网通讯线，连接新增CP443-1通讯模块与光纤以太网收发器，并修改下载相关硬件组态配置文件。
（3）在煤控室S7-300系统方面。在煤控PLC室控制柜内，新建S7-300 CCR控制主站，配置CPU模块、输入输出模块和以太网通讯模块，连接光纤以太网收发器，并入新建的Ethernet S7通讯组网。
（4）在辅助设备S7-300系统方面。对辅助系统各S7-300控制站程序进行优化整合，合并至对应的S7-400控制主站程序内。在网络组态中内完善各控制站的硬件网络配置，实现对各S7-400控制主站DP端口下的S7-300/200辅助系统子站的远程网络监控和修改。
（5）在上位机iFix系统方面。将原有上位机IFIX数据库对输煤各S7-400和S7-300控制站内的OPC SERVER数据通讯机制，进行对应修改；并全面移植到基于工业以太网通讯的IGS数据采集软件内。实现上位机IFIX数据库经由IGS，对输煤系统各设备状态的信号读写。
4 结论
针对1000 MW超超临界燃煤火力发电机组，分析输煤控制系统的通讯网络在数据采集、通讯效率、数据读写稳定性、数据安全性等方面的缺陷，提出控制系统网络优化升级改造的解决方案，提高输煤系统运行的可靠性和安全性。结果表明：
（1）在整体网络数据采集方面，由于不断增减、变动网络节点，一再修改网络配置，整体网络的通讯效率相比最初设计标准明显降低。数据采集机制已逐渐无法适应日益增长的实时数据读写需要，采集周期无法得到最大优化，导致某个时刻数据采集量过大，大量数据丢失，影响系统实时性和稳定性。
（2）输煤系统网络整体优化升级方案内容包括通讯网络由基于PROFIBUS-DP的FDL数据通讯升级为基于工业以太网的S7通讯；修改并优化整体网络配置，同时对各站点的CPU模块和CP通讯模块进行升级，实现对辅助系统S7-300站的路由访问。
（3）具体实施方案包括对网络硬件、主设备S7-400系统、煤控室S7-300系统、辅助设备S7-300系统以及上位机iFix系统的改造。
参考文献
[1]毛杰誉,包海斌,贺舒婷,罗立权,赵俊杰.1000MW火力发电机组检修技改的节能降耗分析[J].工业A,2016,7(11):123-124.
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[5]段双江,温翔宇,陆海涛,胡永佳,赵俊杰.煤炭自燃微观机理分析与煤场管理优化[J].工程技术,2016,5(6):229-230.
论文作者:王金浩1,陈伟巍1,陈铮1,卢珏1,张学丽1,赵俊
论文发表刊物:《防护工程》2018年第2期
论文发表时间:2018/5/24
标签：通讯论文; 网络论文; 系统论文; 以太网论文; 数据采集论文; 控制系统论文; 模块论文; 《防护工程》2018年第2期论文;