发电厂辅控网络故障诊断研究＊

林贤良，金晓辉

（1.浙能长兴发电有限公司，浙江长兴313100；2.浙江省火电建设公司，浙江杭州310016）

发电厂辅控网络故障诊断研究＊

林贤良1，金晓辉2

（1.浙能长兴发电有限公司，浙江长兴313100；2.浙江省火电建设公司，浙江杭州310016）

对火电厂的辅控网络系统的故障诊断和报警系统进行了研究.通过应用故障诊断和报警系统，及时的消除了辅网的故障隐患，保证了辅控网络的平稳运行.

辅控网络；PLC控制系统；故障诊断

火电厂辅网系统一般可以分为三个系统：水处理控制系统、灰渣处理控制系统、输煤处理控制系统，近年来，基于工业以太网的辅控网络系统（辅网）广泛地应用火力发电厂，提高了火电厂的自动化水平，而且达到了减员增效的目的.但运行维护人员的减少，使得每一位人员需要监控的设备相应增加，有可能不能及时发现隐蔽的故障点，从而导致事故扩大化.火力发电厂辅网故障诊断与报警系统的提出，有针对性地解决了这个问题.

1 辅网的故障分析

目前火电厂辅网系统，一般采用PLC与上位机组成控制系统，通过工业以太网实现分散控制、集中监控的功能.故障诊断与报警系统提出的目的，是在当辅网系统出现故障时，迅速诊断出以下故障并及时报警.主要的故障诊断类型有：①CPU故障：PLC CPU的故障诊断及报警；②通讯模块故障：各通讯模块的故障诊断及报警；③过程通道故障：PLC的远程站、I/O模块以及IO通道的故障诊断及报警；④网络故障：以太网络通讯设备的在线诊断及故障报警；⑤电源故障：所有控制电源的失电报警；⑥人机接口故障：所有监控站点的故障诊断及报警；⑦辅控系统其它设备故障报警.

2 故障诊断与报警系统的硬件设计

辅网故障诊断与报警系统充分利用辅网的庞大实时数据库以及PLC自带的强大自诊断功能，通过OPC技术，使用高级编程语言（VC）完成算法构建及故障研判，最终完成对辅网的故障诊断与报警.同时，它配备过程工业历史数据库，实现历史数据的永久保存与发布.

2.1 系统配置

辅网故障诊断与报警系统采用C/S结构，依托于原辅网的体系结构.系统配置工业级以太网交换机，组成典型单环单结点超级冗余环结构；配置实时数据库软件，监视辅网系统控制设备实时状态；配置故障分析软件，正确研判系统故障信息；配置历史数据库软件，保存历史数据，并完成网络发布.

2.2 网络结构

辅网故障诊断与报警系统采用典型的单环单结点超级冗余环结构.该拓扑结构允许网络中出现一个链路故障.当某一条链路发生故障时，交换机的冗余机制能够瞬间激活备用链路，并在最多500毫秒的时间内恢复全网的通信.相较于常见的星型拓扑结构，该拓扑结构将故障点分散，不因为网络链路中出现任一节点断路而影响网络的正常运行.

辅网故障诊断与报警系统网络包含以下主要节点：PLC（可编程逻辑控制器）、工业以太网交换机、实时数据服务器、历史数据服务器、监视站.

2.2.1 可编程逻辑控制器

PLC（可编程逻辑控制器）可靠性高、故障率低、抗干扰能力强，能在恶劣的生产环境里正常地工作，因此广泛地应用于电厂辅助控制系统.目前大部分品牌PLC控制器的诊断寄存器均提供了关于自身的若干状态信息，包括诊断状态寄存器、诊断参数寄存器等.当设备出现故障时，这些诊断寄存器能指明错误位置并提供错误代码.因此，可以利用诊断寄存器开发故障诊断与报警系统.但由于不同品牌PLC具有不同的故障状态及参数寄存器，且提供不同的通讯协议与接口，因此辅网故障诊断与报警系统必须根据不同品牌PLC配置相应的接口.虽然PLC能够提供一部份自诊断功能，但仍然不能满足辅网故障诊断与报警的需要.因此，辅网故障诊断与报警利用故障分析软件来弥补这方面的不足.

2.2.2 工业以太网交换机

辅网故障诊断与报警系统使用赫斯曼工业以太网交换机.该交换机具有冗余电源输入、无风扇设计、高可靠性等特性，平均无故障工作时间（MTBF）长，支持冗余拓扑结构，最大链路切换时间小于500ms，保证网络安全可靠.

2.2.3 实时数据服务器.

实时数据服务器同时运行故障分析软件与IFIX实时监控软件.辅网故障诊断与报警系统使用故障分析软件进行故障研判，使用IFIX软件监控系统实时状态.故障分析软件读取IFIX的实时数据库，并将研判结果返回给IFIX，然后在画面上予以显示.

IFIX的实时数据库通过OPC方式，将数据库内所有数据实时地传送至历史数据库中保存.

2.2.4 历史数据服务器

辅网故障诊断与报警系统使用Proficy Historian？数据库软件.该软件是一个企业级实时历史数据库，能以极高速完成现场实时数据的采集、归档和发布.它具有针对过程数据的高性能“专用”引擎（＞20，000事件/秒的数据存储和回取速率）以及毫秒级的数据采集速度，并且能达到1ms精度的事件分辨率.它具有极强的数据压缩能力，最高可达100倍的数据压缩比，且死区压缩和斜率压缩两级压缩比可以自由设定.它还具有安全存储功能，提供存储归档文件的备份，恢复等.

3 故障诊断与报警系统的软件设计

3.1 数据采集与通讯

辅网故障诊断与报警系统利用应用广泛的OPC通讯技术完成数据采集工作.OPC（OLE for Process Control）是一套基于Windows操作平台，为工业应用程序之间提供高效的信息集成和交互功能的组件对象模型接口标准.它使系统能够以服务器/客户端标准方式从服务器获取数据并将其传递给任何客户端.

3.2 监视画面分类

辅网故障诊断与报警系统的监视画面涵盖面广泛，以某电厂实施的辅网故障诊断与报警系统为例，其监视画面按下表进行分类（见表1）.

表1 故障诊断与报警系统——监视画面分类表

续表1

3.3 监视画面开发

辅网故障诊断与报警系统的监视画面涵盖各个子系统，每一系统的所有故障点状态均能在画面上实时运态体现.通过IFIX的过程化实时窗口操作界面，运行维护人员能及时发现系统的运行状态，及时处理辅网故障.图1所示为某电厂实施的辅网故障诊断与报警系统一期输灰PLC控制系统的故障监视总画面，点击画面中各子站点可分别进入相应的诊断界面.

3.4 报表开发

得益于高效的历史数据库，辅网故障诊断与报警系统能够提供各种类型功能报表.常用报表比如：班运行报表、日运行报表、月运行报表等.功能报表比如：系统综合分析报表、故障分布报表、故障趋势报表、重点监视报表等.图2所示为某电厂辅网故障诊断与报警系统关于工业以太网系统综合分析报表.

3.5 信息发布

辅网故障诊断与报警系统响应Microsoft IIS机制，提供基于IE的信息发布系统，通过它可以将辅网的实时运行状态、历史数据，以及各类报表及时发布到电厂厂网.电厂各级相关人员可以根据自己权限通过IE浏览到辅控网络系统的实时运行状态和运行趋势.

辅网故障诊断与报警系统采用模块化程序设计方法及智能报警技术，不仅具有常规的历史参数记录、报警事件记录、画面显示、统计报表等功能，而且能快速、准确查找瞬间出现故障点以及发生后即恢复的故障，极大地方便了技术人员对辅网系统进行故障设备更换、检修，减少了系统故障处理的时间，避免了事故扩大化，提高了系统运行的可靠性和生产效率，充分发挥辅网系统应有的优越性.

［1］李向东.电气控制与PLC［M］.北京：机械工业出版社，2005.

［2］徐德鸿，马皓.电力电子装置故障自动诊断［M］.北京：科学出版社，2001.

TK323

A

1009－1734（2011）S0－0028－04

2011－09－10

林贤良，工程师，从事电厂热控研究.