ABB PPA系統(tǒng)在嘉陵江水電廠集控中心的應(yīng)用

1、ABB PPA 系統(tǒng)在水電站集控中心的應(yīng)用張鵬程 四川華能嘉陵江水電有限公司(637000) email: HYPERLINK mailto:mr_ mr_ 摘 要：本文 ABB PPA 系統(tǒng)在華能嘉陵江水電站集控中心應(yīng)用為例,對(duì)集控中心 PPA 系統(tǒng)的建 立、OPC技術(shù)對(duì)異構(gòu)系統(tǒng)的多系統(tǒng)集成及系統(tǒng)技術(shù)特點(diǎn)進(jìn)行了分析,實(shí)際運(yùn)行表明ABB PPA系 統(tǒng)在以O(shè)PC技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)以太網(wǎng)控制系統(tǒng)中具有的實(shí)用性、可靠性。關(guān)鍵詞：PPA系統(tǒng)OPC Server控制系統(tǒng) 域1引言四川華能嘉陵江公司位于四川省南充市，公司目前管轄位于嘉陵江上的東西關(guān)水電廠和 青居水電廠。東西關(guān)水電廠位于四川省武勝縣境內(nèi)，距南充

2、市50KM，距青居電站20KM，裝機(jī) 4X45MW，軸流轉(zhuǎn)漿式機(jī)組，電廠監(jiān)控系統(tǒng)為瑞典ABB公司ADVANT OCS系統(tǒng)；青居電廠位于四 川省南充市高坪區(qū)境內(nèi)，距南充市20KM，裝機(jī)4X34MW，燈泡貫流式機(jī)組，電廠監(jiān)控系統(tǒng)為 北京ABB BAILY公司的Freelance LANCE2000系統(tǒng)。公司為實(shí)現(xiàn)對(duì)兩個(gè)電廠集中管理，實(shí)現(xiàn) “無人值班，少人值守”目的，提高公司的生產(chǎn)管理自動(dòng)化水平，決意建立集控中心，經(jīng)多 方案經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較，考慮到多系統(tǒng)集成的技術(shù)要求，選用了 ABB公司司PPA系統(tǒng)作為最終方 案。該系統(tǒng)是ABB公司開發(fā)的新一代基于WINDOWS平臺(tái)下的工業(yè)控制軟件包，系統(tǒng)采用分布式 客

3、戶/服務(wù)器(C/S)架構(gòu)，采用OPC技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)對(duì)各過程控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)訪問，其開放的 OPC技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)使用戶可以在企業(yè)的不同層次都很方便獲取工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)信息，為企業(yè)生產(chǎn)管 理提供了幫助。2. PPA系統(tǒng)建立根據(jù)控制系統(tǒng)規(guī)模和可靠性要求，PPA系統(tǒng)提供多種系統(tǒng)搭建模式，最小的系統(tǒng)可將系 統(tǒng)Client ,Aspect Server,Connect Server (OPC Server)組態(tài)在同一臺(tái)服務(wù)器上?？紤]到 目前嘉陵江集控中心需要將其下轄的兩個(gè)水電廠進(jìn)行集中控制，并從系統(tǒng)的可靠性、穩(wěn)定性 考慮，采用了PPA系統(tǒng)推薦采用的3+2冗余系統(tǒng)架構(gòu)，三臺(tái)DELL的poweredge2650型服務(wù)器作

4、系統(tǒng)Aspect Server，連接兩個(gè)電站的OPC Server也分別采用兩臺(tái)DELL的poweredge2650型服 務(wù)器，所有服務(wù)器配置兩塊SCSI硬盤，作RAID 1磁盤陣列管理，有效的保證系統(tǒng)核心部件的TCP/IPASPECT SERVERPPA Client (OS)通訊服務(wù)器OPCSERVEROSOSOPCSERVER東西關(guān)電廠DCS青居電廠DCSMB300100H Fiber EthernetLCU1LCU8LCU1 .LCU7安全和可靠性。集控中心通過OPC Server與兩個(gè)電站的過程級(jí)控制系統(tǒng)通訊，配置的通訊服 務(wù)器用于實(shí)現(xiàn)省/地調(diào)調(diào)度系統(tǒng)通訊。系統(tǒng)在硬件、網(wǎng)絡(luò)、系統(tǒng)服務(wù)

5、上的多種冗余，有效提 高系統(tǒng)的安全可靠性。電廠過程控制系統(tǒng)通過連接于控制網(wǎng)絡(luò)OPC Server發(fā)送上行遙測(cè)、遙 信量，并接受集控中心PPA Client(OS)發(fā)出的遙控、遙調(diào)量?，F(xiàn)場(chǎng)實(shí)際運(yùn)行表明，OPC Server系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)點(diǎn)刷新周期，畫面調(diào)用時(shí)間、遙控、遙調(diào)量的響應(yīng)時(shí)間均能滿足系統(tǒng)的應(yīng) 用要求。TCP/IPASPECT SERVERPPA Client (OS)通訊服務(wù)器OPCSERVEROSOSOPCSERVER東西關(guān)電廠DCS青居電廠DCSMB300100H Fiber EthernetLCU1LCU8LCU1 .LCU7嘉陵江水電廠集控中心網(wǎng)絡(luò)拓樸圖PPA系統(tǒng)中的Server安裝

6、有Windows 2000 Server操作系統(tǒng)平臺(tái)，系統(tǒng)對(duì)Server和Client采用了 Windows域的管理模式，為提高域管理的安全性，系統(tǒng)在配置DNS時(shí)將 Aspect Server中的兩臺(tái)作為互為備用的域控制服務(wù)器，不至于因一臺(tái)域服務(wù)器的故障而導(dǎo) 致系統(tǒng)的不可用狀態(tài)。系統(tǒng)Aspect Server的工作方式為當(dāng)對(duì)過程控制器數(shù)據(jù)執(zhí)行寫操作 時(shí)，另外的兩臺(tái)進(jìn)行數(shù)據(jù)驗(yàn)證機(jī)制，這樣即使系統(tǒng)中的兩臺(tái)Aspect Server故障仍然能實(shí)現(xiàn) 對(duì)控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)的讀取。分別連接兩個(gè)電站的OPC SERVER也采用冗余方式配置，一臺(tái)工作 一臺(tái)后備，當(dāng)其中一臺(tái)機(jī)器或網(wǎng)絡(luò)故障，能自動(dòng)切換至后備機(jī)工作，其間

7、不會(huì)存在數(shù)據(jù)和服 務(wù)的中斷問題，保證控制網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的可靠性。PPA系統(tǒng)與電站級(jí)控制系統(tǒng)彼此獨(dú)立，互不影響，保證了原有電站控制系統(tǒng)的獨(dú)立性, 一旦PPA系統(tǒng)故障，運(yùn)行人員可將控制權(quán)限切換至電站控制級(jí)，保證生產(chǎn)的正常進(jìn)行。2. PPA系統(tǒng)0PC服務(wù)器數(shù)據(jù)存取原理OPC 技術(shù)建立了一組符合工業(yè)控制要求的接口規(guī)范，將硬件和應(yīng)用軟件有效地分離開， 要將現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)與PPA HMI軟件無縫連接起來，其數(shù)據(jù)必須采用統(tǒng)一的OPC接口規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，系 統(tǒng)中的OPC Server是由電站級(jí)控制系統(tǒng)開發(fā)商提供的帶有OPC接口的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)服務(wù)器。東 西關(guān)電廠側(cè)OPC Server為ABB公司為其Advant系統(tǒng)開發(fā)的AC400

8、Connect server,青居電 站側(cè)則為德國(guó)Hartmann & Braun公司為其Freelance2000系統(tǒng)開發(fā)的F2K OPC Server。OPC 技術(shù)是以微軟的COM或DCOM技術(shù)為基礎(chǔ)，其OPC Server通常具有相似的數(shù)據(jù)存取結(jié)構(gòu)，區(qū) 別僅在于不同的控制系統(tǒng)訪問的底層硬件接口不同。 OPC 數(shù)據(jù)存取服務(wù)器主要由服務(wù)器對(duì) 象、組對(duì)象、項(xiàng)對(duì)象、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)和通信接口組成。如圖示：PPA客戶程序VOPC 接口VValueQualityTime stamp Device No. Board No.Channel通訊卡OPC Server 數(shù)據(jù)存取結(jié)構(gòu)示意圖3PPA 客戶端與 OP

9、C Server 的連接PPA系統(tǒng)提供了界面友好的系統(tǒng)組態(tài)工具Plant explore,要建立PPA系統(tǒng)客戶端和各OPC Server之間的連接，首先在Plant explore工具的Control structure中建立相應(yīng)的 OPC Object對(duì)象，如圖示的QJ(Generic OPC Server Network)，在系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)連接正常情況 下，PPA系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)尋找到系統(tǒng)中的OPC Server，通過簡(jiǎn)單的設(shè)置即可建立PPA系統(tǒng)和OPC Server之間的連接。在建立的每一個(gè)OPC Server目標(biāo)對(duì)象后，PPA系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)生成相應(yīng)的 基本 Aspect 對(duì)象，每一個(gè) Aspect 對(duì)

10、象就是該 Object 對(duì)象的相關(guān)屬性。如 Upload Aspect 就是實(shí)現(xiàn)從控制網(wǎng)絡(luò)上載各控制器的過程信號(hào)，如示圖中控制器demo中的I/O信號(hào)，示意 圖如下：個(gè)過程信號(hào)的當(dāng)前的OPC屬性狀態(tài)。4. PPA系統(tǒng)技術(shù)特點(diǎn)便捷的組態(tài)工具PPA系統(tǒng)集成有便捷的組態(tài)工具Plant explorer,通過該工具用戶可以按自己要求建立 系統(tǒng)應(yīng)用，如報(bào)警和事件處理、操作員畫面、I/O操做面板、歷史趨勢(shì)等，對(duì)于系統(tǒng)的各種 應(yīng)用組態(tài)在Plan t explore workplace下的哪個(gè)st rue ture下，PPA系統(tǒng)沒有嚴(yán)格的規(guī)定， 但作為建立一個(gè)結(jié)構(gòu)清晰的系統(tǒng)，將同類的應(yīng)用歸納在一個(gè)struct

11、ure下是比較理想的，如 上述的與 OPC Server 的連接，就組態(tài)在 Plant explore workplace 的 Control structure 下，用戶 的操作員畫面組態(tài)在Plant explore workplace的workplace structure下，畫面 使用的標(biāo)準(zhǔn)I/O操作面板，標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)態(tài)點(diǎn)畫面元素建立在Object type structure下等?；?VB 的畫面設(shè)計(jì)PPA系統(tǒng)基于VB的畫面組態(tài)能為用戶設(shè)計(jì)出各種精美的過程控制畫面，豐富的ActiveX 控件為熟悉VB的用戶提供了制作HMI的便利工具，畫面元素能充分滿足用戶在諸多控制場(chǎng) 合的需要，用戶可以按

12、照自己的應(yīng)用要求用簡(jiǎn)單的表達(dá)式自定義或更改動(dòng)態(tài)點(diǎn)畫面元素，給 用戶豐富畫面內(nèi)容，定制各種風(fēng)格的操作界面提供了非常便捷 的工具。歷史和趨勢(shì)功能OPC Server 為 PPA 系統(tǒng)提供了歷史數(shù)據(jù)服務(wù)，用 Plant explorer 中的趨勢(shì)和歷史組態(tài) 工具：Log template和Log Configuration，可組態(tài)需求的歷史階段數(shù)據(jù)，OPC Server會(huì) 從控制器自動(dòng)收集相關(guān)數(shù)據(jù)，用戶只需為相關(guān)動(dòng)態(tài)量建立趨勢(shì)顯示畫面即可。收集的歷史數(shù) 據(jù)存儲(chǔ)在OPC Server的硬盤上，與DCS系統(tǒng)的趨勢(shì)和歷史功能相比，節(jié)省了控制器的存儲(chǔ) 空間。報(bào)警和事件處理功能PPA系統(tǒng)的報(bào)警和事件處理功能完

13、全依耐于相關(guān)OPC Server提供的OPC A&E服務(wù)而實(shí) 現(xiàn)，這部分功能通常由OPC Server服務(wù)器軟件的開發(fā)商按廠級(jí)控制系統(tǒng)報(bào)警和事件處理原 理而實(shí)現(xiàn)，因此PPA系統(tǒng)的Alarm&Event處理與廠級(jí)DCS系統(tǒng)的處理方式基本一樣。在PPA 系統(tǒng)中按照 OPC Server 開發(fā)商提供的報(bào)警和事件優(yōu)先級(jí)代碼作相應(yīng)設(shè)置即可組態(tài)出用戶要 求的報(bào)警和事件處理列表。方便的操作權(quán)限管理系統(tǒng)的用戶管理工具為登錄Windows域的PPA系統(tǒng)用戶賦予三種不同的權(quán)限，系統(tǒng)工程 師(sys tem engineers)，應(yīng)用工程師(applica tion engineers)，操作員(opera to

14、rs),對(duì) 每個(gè)登錄 PPA 系統(tǒng)的用戶，管理員都對(duì)它們分配相應(yīng)的權(quán)限，同時(shí)系統(tǒng)還可以單獨(dú)為某一個(gè) 目標(biāo)或過程站定制不同的權(quán)限管理，有效的保證了系統(tǒng)的安全管理。開放過程數(shù)據(jù)信息采用 OPC 標(biāo)準(zhǔn)的控制系統(tǒng)解決了工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)控制網(wǎng)絡(luò)的“信息孤島”瓶頸問題，有效的實(shí) 現(xiàn)系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)交互與共享。使控制系統(tǒng)與第三方系統(tǒng)的通訊實(shí)現(xiàn)方式更為簡(jiǎn)單。如網(wǎng)絡(luò)中 的通訊服務(wù)器正是通過 OPC 的方式獲取系統(tǒng)數(shù)據(jù)，按省/地調(diào)通訊規(guī)約要求進(jìn)行相應(yīng)的規(guī)約 轉(zhuǎn)換，從而實(shí)現(xiàn)了省/地調(diào)和兩個(gè)電廠之間數(shù)據(jù)的遙測(cè)、遙控、遙調(diào)功能。本地語言支持PPA 系統(tǒng)對(duì)中文的支持為操作界面提供了很大的幫助，用戶可按照自己的要求定制各種 設(shè)備操作面板，畫面調(diào)用菜單等。時(shí)鐘同步系統(tǒng)支持時(shí)鐘同步功能，用戶可在 PPA 系統(tǒng)中指定網(wǎng)絡(luò)上某臺(tái)服務(wù)器作為系統(tǒng)的時(shí)鐘服 務(wù)提供者，從而保證PPA系統(tǒng)與過程級(jí)控制網(wǎng)絡(luò)的時(shí)鐘同步。5結(jié)束語通過多次試驗(yàn)和運(yùn)行實(shí)踐證明 PPA 系統(tǒng)能夠滿足水電廠控制系統(tǒng)的要求，其可操作 性、開放性、可靠性也較高，實(shí)現(xiàn)了目前兩個(gè)水電站的控制系統(tǒng)集成，達(dá)到了預(yù)期的設(shè)計(jì)目 標(biāo)。PPA系統(tǒng)完全能勝任目前由工業(yè)自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)承擔(dān)的控制任務(wù)