摘要：由于DCS系統(tǒng)在全廠設(shè)備中的核心地位，國內(nèi)諸多的電廠DCS系統(tǒng)采用進(jìn)口設(shè)備，對進(jìn)口DCS系統(tǒng)的軟件和硬件的設(shè)置和配置了解都不夠深入，很難在技術(shù)上有所突破，很多方面都受制于人，更不會輕易對網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造和設(shè)置，DCS系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)配置優(yōu)化改造項目的實施，是對西門子網(wǎng)絡(luò)設(shè)計的一次突破和改良，更是是對最初設(shè)計的一次全面優(yōu)化，在技術(shù)上也是一次巨大的創(chuàng)新。

關(guān)鍵詞：TXP;OSM/ESM;網(wǎng)絡(luò)屏蔽

1系統(tǒng)概述

某電廠一期工程4×600WM機(jī)組DCS系統(tǒng)采用西門子TXP系統(tǒng)，4臺機(jī)組從2005年底相繼投入商業(yè)運(yùn)行.其中伴隨2號機(jī)組的公用系統(tǒng)最早投入使用。DCS系統(tǒng)在單元機(jī)組上層分別配置了3對PU過程服務(wù)器，1對SU歷史數(shù)據(jù)存儲服務(wù)器和5臺OT操作員站，同時配置一臺ES680工程師站，公用系統(tǒng)配置輛1對PSU服務(wù)器。TXP系統(tǒng)采用雙層虛擬環(huán)網(wǎng)技術(shù)，快速以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)采用多個OpticalSwitchMoudle（OSM）ITP62連接，其中工廠總線網(wǎng)絡(luò)負(fù)責(zé)現(xiàn)場數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)的采集和運(yùn)算處理的通訊工作，終端網(wǎng)絡(luò)負(fù)責(zé)反饋設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)和接收手動操作指令的基本工作等。

在DCS系統(tǒng)的配置方面，4臺單元機(jī)組和公用系統(tǒng)分別采用1套DCS系統(tǒng)，同時為能實現(xiàn)4臺機(jī)組對公用系統(tǒng)設(shè)備操作監(jiān)控的基本功能，設(shè)計了單元機(jī)組通過DCS系統(tǒng)終端網(wǎng)絡(luò)分別和公用系統(tǒng)終端網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)互通，達(dá)到報警信息能同時觸發(fā)，并且能同時操作公用系統(tǒng)設(shè)備的目的。而工廠總線網(wǎng)絡(luò)則只與2號機(jī)組總線網(wǎng)絡(luò)連接，且設(shè)置單向傳輸方式，同時公用系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫和2號機(jī)組公用1臺ES680工程師站。由于各個單元機(jī)組終端網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)通過OSM與公用系統(tǒng)終端網(wǎng)絡(luò)連接的特殊性，造成了4臺機(jī)組相互之間的互通互聯(lián)，在特定情況下極易造成單元機(jī)組網(wǎng)絡(luò)故障擴(kuò)大影響到其他單元機(jī)組包括公用系統(tǒng)。為解決這一潛在隱患，必須對終端網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行改造，并且屏蔽隔離某些設(shè)備，限制終端網(wǎng)絡(luò)之間服務(wù)器的相互干擾。

2 TXP系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)（LAN）結(jié)構(gòu)功能介紹

西門子TXP系統(tǒng)在AP與OM650系統(tǒng)各部份間的通訊（LAN），是以SINEC H1 總線為基礎(chǔ)的，通訊速度達(dá)到100Mbits/s。

在物理上，它可以由同軸銅線或者光纜來連接。兩者間對電報的處理是一樣的。SINEC H1 FO最大允許使用距離為4300米，除此以外，SINEC H1 FO還具有抗磁性、抗電性，能與電流隔絕。SINEC H1 FO增加了虛擬環(huán)的單容錯的可靠性。系統(tǒng)的所有OSM連接成一個環(huán)結(jié)構(gòu)，并在某一點(diǎn)中斷開。在這斷開點(diǎn)處所有從兩邊到達(dá)的信號都會被全天候監(jiān)視著。如果一邊的信號消失或斷開，即為故障產(chǎn)生，斷開點(diǎn)自動閉合，于是重新形成了一個有效路徑。當(dāng)故障排除后，‘虛擬環(huán)將再次被激活，閉合點(diǎn)斷開。

在網(wǎng)絡(luò)總線中，終端總線是連接OM650的PU、SU及OT的高速數(shù)據(jù)總線為工業(yè)以太網(wǎng)，遵循ISO/OSI的層結(jié)構(gòu)建立起來的國際標(biāo)準(zhǔn)通訊協(xié)議，其總線是通過光纜建立的局域以太網(wǎng)，采用IEEE802.3標(biāo)準(zhǔn)的CSMA/CD協(xié)議，傳輸速率為100M bit/s。

總線系統(tǒng)由若干個OSM（OpticalSwitchMoudle）模件組成。OSM模件為光纜總線接口總站，帶有自己的電源，通過OSM模件，T-XP系統(tǒng)的各成員以星型結(jié)構(gòu)連接在一起。

OSM的每個端口都能監(jiān)測診斷接收到的數(shù)據(jù)包，并將其計數(shù)累加。監(jiān)視的內(nèi)容包括：

1、CRC：循環(huán)冗余校驗; 2、Jabbers：無效的CRC; 3、Under size：數(shù)據(jù)位數(shù)不夠; 4、Over size：數(shù)據(jù)位數(shù)超標(biāo); 5、Collisions：信息沖突

OSM模件具有下述特點(diǎn)：兩套獨(dú)立的電源，LED診斷，通過信號開關(guān)報告故障，遠(yuǎn)程管理。

工廠總線（PLANTBUS）承擔(dān)DCS系統(tǒng)各子系統(tǒng)間（AS620、OM650、ES680）的通訊任務(wù)，工廠總線的原理與終端總線完全一樣，僅其接口模件的數(shù)量及類型因其所掛用戶不同而有所不同。

TELEPERM XP中與裝置總線相連的各個系統(tǒng)之間進(jìn)行通信所用的協(xié)議 如下表

3 網(wǎng)絡(luò)配置優(yōu)化前公用系統(tǒng)和單元機(jī)組終端網(wǎng)絡(luò)連接狀態(tài)和存在的問題

全廠最初設(shè)計采用4臺機(jī)組采用獨(dú)特的四機(jī)一控結(jié)構(gòu)，運(yùn)行集控中心突破傳統(tǒng)的現(xiàn)場布置方式，將4臺機(jī)組集控中心統(tǒng)一放置在汽輪機(jī)平臺前面，為運(yùn)行人員營造了更加安靜的工作空間。同時相應(yīng)的DCS系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)也采用了四機(jī)一控的分布方式，即公用系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)通過冗余的網(wǎng)橋分別和4臺機(jī)組網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)互通。其簡單拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖如下（一）

這種連接方式，不僅實現(xiàn)了4臺機(jī)組可以同時操作和監(jiān)控公用系統(tǒng)設(shè)備，而且因為每臺機(jī)組都采用冗余網(wǎng)橋結(jié)構(gòu)，物理結(jié)構(gòu)上極大的提高了系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的可靠性。但與此同時，也存在了相當(dāng)大的弊端，一方面4臺機(jī)組運(yùn)行人員都可以同時操作公用系統(tǒng)，極易出現(xiàn)不同機(jī)組之間的搶操和誤操，為了保證這些人為因素的不出現(xiàn)，有運(yùn)行人員制定相應(yīng)制度來消除這方便的隱患。另外一方面，由于西門子網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的本身特性，極易造成公用系統(tǒng)和單元機(jī)組網(wǎng)絡(luò)堵塞，且事故可能擴(kuò)大影響到其他機(jī)組，在采用的冗余網(wǎng)橋設(shè)備上存在較大的安全隱患。

冗余網(wǎng)橋短接線在實現(xiàn)單元機(jī)組和公用系統(tǒng)之間的通訊連接上起到了直觀關(guān)重要的作用。在OSM作為節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備上，與外網(wǎng)實現(xiàn)冗余方式連接必須要使用短接線，并且接在端口Port1上。然后在OSM上對撥碼開關(guān)進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)置，從而到達(dá)冗余網(wǎng)橋通訊的主從之分。

某電廠從2009年開始關(guān)注TXP系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)問題，并收集各方面資料，從2010年初開始立項研究對西門子TXP系統(tǒng)終端網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的改造和完善，同時，也是解決安全隱患的需要。2010年3月份，國華公司聯(lián)合系統(tǒng)內(nèi)多家電廠在南京西門子電站公司召開關(guān)于網(wǎng)絡(luò)隱患治理的專題會議，與會的各個電廠DCS系統(tǒng)都是采用同樣或者是類似配置，同時，參加會議的有西門子系統(tǒng)的中國專家組，會議過程中就對系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的改造展開激烈的辯論，經(jīng)過兩天的會議，最終由于各個方面原因未能達(dá)成共識，但要求在隨后利用有限時間搭建TXP系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)仿真平臺，模擬試驗單元機(jī)組和公用系統(tǒng)之間網(wǎng)絡(luò)設(shè)置和結(jié)構(gòu)改變所造成的影響。

2010年3月份在某電廠2號機(jī)組C203檢修過程中，搭建公用系統(tǒng)和單元機(jī)組網(wǎng)絡(luò)仿真平臺，同時，請到西門子專家共同研究，經(jīng)過兩天的試驗，并結(jié)合同行的交流經(jīng)驗，分析西門子TXP系統(tǒng)終端網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，認(rèn)為對于OSM節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，在取消主從設(shè)置已經(jīng)RM設(shè)置后，可以將冗余的網(wǎng)絡(luò)改為單網(wǎng)形式，其次，在特定的設(shè)備網(wǎng)絡(luò)通訊端口，同時沒有設(shè)置STANDBY的OSM設(shè)備上可以通過填寫靜態(tài)列表實現(xiàn)對網(wǎng)絡(luò)上設(shè)備的屏蔽隔離。考慮到網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，試圖從有限的資料中找到有關(guān)設(shè)置，但說明書深度非常淺顯，這給我們真正的實施造成很大的壓力。在應(yīng)用實踐方面，國華公司也出面到多家電廠考察參考，但都沒有相似或者是相同的設(shè)置經(jīng)驗。綜合考慮各方面的因素，決定編寫詳細(xì)的方案后在機(jī)組檢修期間，進(jìn)行在線優(yōu)化試驗。

優(yōu)化的主要內(nèi)容包括：終端網(wǎng)絡(luò)設(shè)備結(jié)構(gòu)改變的安全操作方式，端口屏蔽設(shè)置點(diǎn)的選擇，軟件設(shè)置操作方法，應(yīng)該的注意事項，已經(jīng)應(yīng)用效果評估，系統(tǒng)風(fēng)險等級，系統(tǒng)試驗與測試等

其中確定的關(guān)鍵技術(shù)主要有：

1）確定單元機(jī)組終端網(wǎng)絡(luò)與公用系統(tǒng)終端網(wǎng)絡(luò)采用單網(wǎng)橋方式連接的安全性和可靠性

2）單元機(jī)組終端網(wǎng)絡(luò)與公用系統(tǒng)終端網(wǎng)絡(luò)采用單網(wǎng)橋方式連接的安全可靠情況下，再對單元機(jī)組的OSM進(jìn)行端口屏蔽，確定屏蔽的有效性.和單元機(jī)組的終端網(wǎng)的安全可靠性.

3）評估其推廣應(yīng)用的可行性

3 網(wǎng)絡(luò)配置優(yōu)化主要的技術(shù)創(chuàng)新方面

改造前后冗余網(wǎng)橋的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

3.1取消終端網(wǎng)絡(luò)的冗余結(jié)構(gòu)配置

TXP系統(tǒng)終端網(wǎng)絡(luò)采用ESM/OSM做為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，使用光纖電纜連接，通過網(wǎng)橋耦合虛擬環(huán)，開放通訊，以太網(wǎng)訪問模式，并且總線采用 TCP/IP 協(xié)議，遵循ISO/OSI 規(guī)約結(jié)構(gòu)，與公共網(wǎng)使用網(wǎng)橋聯(lián)接每臺機(jī)組，具有單容錯方式，高可用率。其冗余采用二選一方式，通過人工設(shè)置主從關(guān)系來實現(xiàn)，正常情況下，主側(cè)線路運(yùn)行，從側(cè)線路備用，在端口監(jiān)視到主側(cè)線路故障后，從側(cè)線路自動與其連接，從而實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的安全穩(wěn)定。此次項目實施過程，首先將單元機(jī)組和公用系統(tǒng)完全隔離，取消主從設(shè)置后，使用單根網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)單元機(jī)組和公用系統(tǒng)的連接。

3.2通過設(shè)置靜態(tài)列表屏蔽隔離4臺機(jī)組之間網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)互通功能

靜態(tài)列表功能是通過軟件設(shè)置來實現(xiàn)，西門子網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)中都可以采用該設(shè)置，通過有目的性的設(shè)置靜態(tài)列表，達(dá)到的有針對性的網(wǎng)絡(luò)信息屏蔽隔離，從而能有效的阻止4臺機(jī)組之間的網(wǎng)絡(luò)互通。

4 網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化前后對比

（1）取消冗余連接方式后，同時也取消了冗余短接線，在很大程度了減少了由于短接線的故障造成網(wǎng)絡(luò)癱瘓的可能性，消除了DCS系統(tǒng)重大隱患，提高了系統(tǒng)的安全可靠性。

（2）取消單元機(jī)組和公用系統(tǒng)之間連接線的冗余連接后，讓機(jī)組之間的冗余配置更加合理，盤柜網(wǎng)絡(luò)接線連接更加簡潔，清晰，明了，便于單元機(jī)組的檢修。

（3）有目的的屏蔽對單元機(jī)組之間通過共用系統(tǒng)連接，改變網(wǎng)絡(luò)連接的隨意性，有效保證網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷在正常的標(biāo)準(zhǔn)

（4）優(yōu)化應(yīng)用后，外系統(tǒng)與DCS系統(tǒng)單元機(jī)組和共用系統(tǒng)通訊連接出現(xiàn)的問題明顯減少，四機(jī)一控的網(wǎng)絡(luò)更加安全可靠。

5?網(wǎng)絡(luò)配置優(yōu)化過程中遇到的問題分析和對策

（1）在對冗余網(wǎng)橋的改造過程中，由于涉及到公用系統(tǒng)，同時機(jī)組多數(shù)在運(yùn)行狀態(tài)，所有改造過程的操作要相當(dāng)?shù)男⌒?，為保證改造操作的順利和安全進(jìn)行，我們提前制定了詳細(xì)的DCS系統(tǒng)應(yīng)急預(yù)案，成立實施操作指揮組、執(zhí)行組、緊急搶修組，并會同運(yùn)行人員做好相應(yīng)的應(yīng)急準(zhǔn)備。為保證安全，一定要提前搞清楚網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的每一跟連接線，防止誤動造成不可預(yù)計的后果。由于沒有準(zhǔn)確的評估網(wǎng)絡(luò)通訊正常的標(biāo)準(zhǔn)，在對局部進(jìn)行改造后，要嚴(yán)格按照事先的順序，一步一步操作，并要有專人負(fù)責(zé)對網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷的檢查。

（2）OSM上設(shè)置端口屏蔽只能在單網(wǎng)橋方式進(jìn)行，在冗余網(wǎng)橋結(jié)構(gòu)中，是不能實現(xiàn)這一功能。同時，在OSM上能夠檢測到通過信息的數(shù)量和丟失數(shù)據(jù)的信息，以初步判斷網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)

（3）在虛擬環(huán)網(wǎng)中，不要對RM設(shè)置的 OSM進(jìn)行端口屏蔽操作，如果單元機(jī)組和公用系統(tǒng)通訊連接的OSM正好被設(shè)置為RM時，不能進(jìn)行端口屏蔽操作，需要到其他OSM上進(jìn)行。

（4）需要注意的是在冗余網(wǎng)橋配置下的網(wǎng)絡(luò)上，是不能對OSM進(jìn)行屏蔽優(yōu)化工作的。

6 結(jié)束語：

本項目結(jié)合應(yīng)用人員長時間的經(jīng)驗總結(jié)積累，經(jīng)多方面專家和同行的交流，討論，最終確定實施方案，成功應(yīng)用實施，至今全廠DCS系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行平穩(wěn)可靠，單元機(jī)組和公用系統(tǒng)通訊連接出現(xiàn)的問題明顯減少，四機(jī)一控的網(wǎng)絡(luò)更加安全可靠。

參考文獻(xiàn)

[1] TELEPERM XP OSM總線手冊???南京西門子公司提供

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[4] DL/T 774-2004《火力發(fā)電廠熱工自動化系統(tǒng)檢修運(yùn)行維護(hù)規(guī)程》

[5] 《以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)IEEE802.3》

作者簡介：張丁月，性別：男，出生年月：1982年09月，籍貫：河南省南陽市，學(xué)歷：本科。

（作者單位：神華國華孟津發(fā)電有限公司）