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,對集控中心 PPA 系統(tǒng)的建 立、OPC技術(shù)對異構(gòu)系統(tǒng)的多系統(tǒng)集成及系統(tǒng)技術(shù)特點進行了分析,實際運行表明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 4X45MW，軸流轉(zhuǎn)漿式機組，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4X34MW，燈泡貫流式機組，電廠監(jiān)控系統(tǒng)為 北京ABB BAILY公司的Freelance LANCE2000系統(tǒng)。公司為實現(xiàn)對兩個電廠集中管理，實現(xiàn) “無人值班，少人值守”目的，提高公司的生產(chǎn)管理自動化水平，決意建立集控中心，經(jīng)多 方案經(jīng)濟技術(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)實現(xiàn)對各過程控制系統(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)場實時信息，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水電廠進行集中控制，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DELL的poweredge2650型服務(wù)器作

4、系統(tǒng)Aspect Server，連接兩個電站的OPC Server也分別采用兩臺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與兩個電站的過程級控制系統(tǒng)通訊，配置的通訊服 務(wù)器用于實現(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、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)場實際運行表明，OPC Server系統(tǒng)的動態(tài)點刷新周期，畫面調(diào)用時間、遙控、遙調(diào)量的響應(yīng)時間均能滿足系統(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，系統(tǒng)對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時將 Aspect Server中的兩臺作為互為備用的域控制服務(wù)器，不至于因一臺域服務(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)對過程控制器數(shù)據(jù)執(zhí)行寫操作 時，另外的兩臺進行數(shù)據(jù)驗證機制，這樣即使系統(tǒng)中的兩臺Aspect Server故障仍然能實現(xiàn) 對控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)的讀取。分別連接兩個電站的OPC SERVER也采用冗余方式配置，一臺工作 一臺后備，當(dāng)其中一臺機器或網(wǎng)絡(luò)故障，能自動切換至后備機工作，其間

7、不會存在數(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)與電站級控制系統(tǒng)彼此獨立，互不影響，保證了原有電站控制系統(tǒng)的獨立性, 一旦PPA系統(tǒng)故障，運行人員可將控制權(quán)限切換至電站控制級，保證生產(chǎn)的正常進行。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)場信號與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是由電站級控制系統(tǒng)開發(fā)商提供的帶有OPC接口的數(shù)據(jù)存儲服務(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 象、組對象、項對象、數(shù)據(jù)存儲區(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)會自動尋找到系統(tǒng)中的OPC Server，通過簡單的設(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OPC Server目標(biāo)對象后，PPA系統(tǒng)會自動生成相應(yīng)的 基本 Aspect 對象，每一個 Aspect 對

10、象就是該 Object 對象的相關(guān)屬性。如 Upload Aspect 就是實現(xiàn)從控制網(wǎng)絡(luò)上載各控制器的過程信號，如示圖中控制器demo中的I/O信號，示意 圖如下：個過程信號的當(dāng)前的OPC屬性狀態(tài)。4. PPA系統(tǒng)技術(shù)特點便捷的組態(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，如報警和事件處理、操作員畫面、I/O操做面板、歷史趨勢等，對于系統(tǒng)的各種 應(yīng)用組態(tài)在Plan t explore workplace下的哪個st rue ture下，PPA系統(tǒng)沒有嚴(yán)格的規(guī)定， 但作為建立一個結(jié)構(gòu)清晰的系統(tǒng)，將同類的應(yīng)用歸納在一個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)動態(tài)點畫面元素建立在Object type structure下等?；?VB 的畫面設(shè)計PPA系統(tǒng)基于VB的畫面組態(tài)能為用戶設(shè)計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 合的需要，用戶可以按

12、照自己的應(yīng)用要求用簡單的表達(dá)式自定義或更改動態(tài)點畫面元素，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 從控制器自動收集相關(guān)數(shù)據(jù)，用戶只需為相關(guān)動態(tài)量建立趨勢顯示畫面即可。收集的歷史數(shù) 據(jù)存儲在OPC Server的硬盤上，與DCS系統(tǒng)的趨勢和歷史功能相比，節(jié)省了控制器的存儲 空間。報警和事件處理功能PPA系統(tǒng)的報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 現(xiàn)，這部分功能通常由OPC Server服務(wù)器軟件的開發(fā)商按廠級控制系統(tǒng)報警和事件處理原 理而實現(xiàn)，因此PPA系統(tǒng)的Alarm&Event處理與廠級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)商提供的報警和事件優(yōu)先級代碼作相應(yīng)設(shè)置即可組態(tài)出用戶要 求的報警和事件處理列表。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 每個登錄 PPA 系統(tǒng)的用戶，管理員都對它們分配相應(yīng)的權(quán)限，同時系統(tǒng)還可以單獨為某一個 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)場控制網(wǎng)絡(luò)的“信息孤島”瓶頸問題，有效的實 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)的通訊實現(xiàn)方式更為簡單。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)約要求進行相應(yīng)的規(guī)約 轉(zhuǎn)換，從而實現(xiàn)了省/地調(diào)和兩個電廠之間數(shù)據(jù)的遙測、遙控、遙調(diào)功能。本地語言支持PPA 系統(tǒng)對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。時鐘同步系統(tǒng)支持時鐘同步功能，用戶可在 PPA 系統(tǒng)中指定網(wǎng)絡(luò)上某臺服務(wù)器作為系統(tǒng)的時鐘服 務(wù)提供者，從而保證PPA系統(tǒng)與過程級控制網(wǎng)絡(luò)的時鐘同步。5結(jié)束語通過多次試驗和運行實踐證明 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，實現(xiàn)了目前兩個水電站的控制系統(tǒng)集成，達(dá)到了預(yù)期的設(shè)計目 標(biāo)。PPA系統(tǒng)完全能勝任目前由工業(yè)自動化網(wǎng)絡(luò)承擔(dān)的控制任務(wù)