摘 要：介紹了發(fā)電廠網(wǎng)控系統(tǒng)的兩種組態(tài)方案，通過(guò)對(duì)兩種方案中站級(jí)控制層和間隔控制層各單元的功能和數(shù)據(jù)的流程的研究，得出了兩種方案的在網(wǎng)絡(luò)性能及投資方面的優(yōu)劣的比較結(jié)果。
關(guān)鍵詞：[HTSS]網(wǎng)控系統(tǒng)；站級(jí)控制層；間隔控制層
隨著計(jì)算機(jī)及其網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)的發(fā)展，越來(lái)越多的發(fā)電廠采用分層分布式網(wǎng)控系統(tǒng)替代原來(lái)的RTU，由于分層分布式監(jiān)控系統(tǒng)具有開放式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，克服了傳統(tǒng)RTU的很多缺點(diǎn)，如功能單一，與站內(nèi)設(shè)備或控制中心進(jìn)行通訊時(shí)只能用簡(jiǎn)單的RS-232串行通信，通信質(zhì)量和靈活性均不夠理想等。分層分布式監(jiān)控系統(tǒng)基于廣泛應(yīng)用在自動(dòng)化控制領(lǐng)域中的現(xiàn)場(chǎng)工業(yè)總線和工業(yè)以太網(wǎng)，構(gòu)成了站內(nèi)通信網(wǎng)，其靈活的組態(tài)方式方便了系統(tǒng)工程師的應(yīng)用與維護(hù)，其分布式的結(jié)構(gòu)大大節(jié)省了電纜投資，這一點(diǎn)在機(jī)組較多，占地面積大的發(fā)電廠尤其突出［１］。
目前應(yīng)用于發(fā)電廠的分層分布式網(wǎng)控系統(tǒng)一般有兩種方案，第一種設(shè)有網(wǎng)關(guān)或網(wǎng)絡(luò)通訊管理機(jī)，第二種所有間隔層設(shè)備和站級(jí)層設(shè)備均連接在以太網(wǎng)上。本文將對(duì)這兩種方案的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成方式、數(shù)據(jù)的流向等方面進(jìn)行分析，并列出比較結(jié)果。
1方案一
圖1顯示了方案一的組態(tài)方式，在方案一中，間隔層采取現(xiàn)場(chǎng)總線構(gòu)成間隔層網(wǎng)絡(luò)，間隔層設(shè)備中的各個(gè)I/O單元負(fù)責(zé)采集發(fā)電機(jī)、線路及變壓器的數(shù)字量(DI)、模擬量(AI)，對(duì)發(fā)電機(jī)、線路的開關(guān)和刀閘進(jìn)行控制輸出(DO)，對(duì)發(fā)電機(jī)DCS系統(tǒng)輸出模擬量(AO)，并同保護(hù)、電度表等其他智能設(shè)備通訊。公共I/O單元負(fù)責(zé)同全廠公共的自動(dòng)化設(shè)備通訊，例如：火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)等，并對(duì)其實(shí)現(xiàn)控制。其中各個(gè)I/O單元均具有現(xiàn)場(chǎng)總線接口，例如：CAN、LONWORK和PROFIBUS等。
站級(jí)挖掘?qū)硬捎霉I(yè)以太網(wǎng)作為通訊網(wǎng)，采用雙網(wǎng)關(guān)、雙服務(wù)器、雙操作員工作站和一個(gè)工程師站。站級(jí)控制層中的網(wǎng)關(guān)是整個(gè)分層分布式監(jiān)控系統(tǒng)的通信樞紐，是信息的綜合點(diǎn)。兩個(gè)網(wǎng)關(guān)互為熱備用，它們負(fù)責(zé)與間隔層通訊，將間隔層設(shè)備的數(shù)據(jù)收集、匯總并分類，并將分類數(shù)據(jù)傳送到主服務(wù)器中，接受由主服務(wù)器下發(fā)的控制命令，通過(guò)MODEM實(shí)現(xiàn)同調(diào)度的通信。主服務(wù)器具有同網(wǎng)關(guān)機(jī)通訊、統(tǒng)計(jì)計(jì)算、數(shù)據(jù)庫(kù)生成與管理、畫面監(jiān)視、報(bào)警處理、控制和操作、制表打印、時(shí)鐘同步和人機(jī)接口功能。兩臺(tái)主服務(wù)器采取互為熱備用方式。值長(zhǎng)工作站負(fù)責(zé)管理和顯示有關(guān)的運(yùn)行信息，供值長(zhǎng)對(duì)開關(guān)站和發(fā)電機(jī)設(shè)備的運(yùn)行情況進(jìn)行監(jiān)視和控制。兩臺(tái)值長(zhǎng)工作站采取互為熱備用方式。工程師站負(fù)責(zé)全站的程序開發(fā)，系統(tǒng)診斷，控制系統(tǒng)狀態(tài)，數(shù)據(jù)庫(kù)和畫面的編輯及修改。
在方案一中，數(shù)據(jù)的流程是這樣的：由網(wǎng)關(guān)循環(huán)詢問間隔層設(shè)備的模擬量(AI)、數(shù)字量(DI)，并將對(duì)時(shí)信息、控制輸出(DO)和模擬量輸出(AO)發(fā)送到間隔層設(shè)備，考慮到數(shù)字信號(hào)的變位信息需要優(yōu)先傳送，一旦有變位發(fā)生間隔層設(shè)備主動(dòng)將變位信息(帶時(shí)標(biāo))傳送到網(wǎng)關(guān)；網(wǎng)關(guān)通過(guò)以太網(wǎng)同服務(wù)器交換信息，接受服務(wù)器發(fā)送來(lái)的控制輸出(DO)和模擬量輸出(AO)命令；網(wǎng)關(guān)還通過(guò)模擬通道同調(diào)度端通信，將調(diào)度所需的遠(yuǎn)動(dòng)信息以規(guī)約方式(如CDT、U4F、IEC60870-5-101等)發(fā)送到調(diào)度，同時(shí)接受由調(diào)度發(fā)送過(guò)來(lái)的遙控和遙調(diào)信息。網(wǎng)關(guān)在該方案中的作用非常重要，應(yīng)選用可靠性高、穩(wěn)定性好、容量大的工控機(jī)或高等級(jí)的可編程計(jì)算機(jī)控制器(PCC)來(lái)實(shí)現(xiàn)。而且兩臺(tái)網(wǎng)關(guān)機(jī)應(yīng)在以太網(wǎng)上和現(xiàn)場(chǎng)總線上均相互通訊，以保持?jǐn)?shù)據(jù)的一致性，并能達(dá)到雙機(jī)切換的目的。
2方案二
圖2顯示了方案二的組態(tài)方式，在方案二中站控層和間隔層均采用以太網(wǎng)通訊方式，網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議為TCP/IP。方案二間隔層設(shè)備在功能上與方案一大致相同，只是各個(gè)I/O單元均具有以太網(wǎng)接口。通過(guò)以太網(wǎng)將信息傳送到遠(yuǎn)動(dòng)主機(jī)和服務(wù)器。傳輸規(guī)約一般應(yīng)采用IEC60870-5-103［2］。
方案二的站級(jí)控制層同樣采用以太網(wǎng)，雙主服務(wù)器均通過(guò)以太網(wǎng)和間隔層交換數(shù)據(jù)，遠(yuǎn)動(dòng)主機(jī)也通過(guò)以太網(wǎng)和間隔層交換數(shù)據(jù)，站控層其他設(shè)備的功能和方案一一致。
在方案二中數(shù)據(jù)的流程和方案一有很大區(qū)別，間隔層的數(shù)據(jù)通過(guò)以太網(wǎng)分別傳向主服務(wù)器以及遠(yuǎn)動(dòng)主機(jī)，整個(gè)站控層不再有信息的綜合點(diǎn)，網(wǎng)絡(luò)上任意節(jié)點(diǎn)退出運(yùn)行不會(huì)影響其他節(jié)點(diǎn)的正常工作。以數(shù)字量的收集過(guò)程為例說(shuō)明站控層和間隔層的通訊過(guò)程。站控層收集數(shù)字量的過(guò)程主要有兩種方式，①總召喚，當(dāng)站控層設(shè)備初始化或間隔單元初始化的時(shí)候，以及在正常運(yùn)行的時(shí)候定時(shí)地進(jìn)行一次總召喚。②數(shù)字信號(hào)的變位傳送，當(dāng)數(shù)字信號(hào)發(fā)生變位時(shí)，間隔單元內(nèi)產(chǎn)生一級(jí)用戶數(shù)據(jù)，將時(shí)間、相對(duì)時(shí)間和故障序號(hào)記錄下來(lái)，并將向站控層單元傳送的鏈路規(guī)約數(shù)據(jù)單元中的要求訪問(ACD)位置1，站控層得知ACD=1，就向間隔單元發(fā)送請(qǐng)求1級(jí)用戶數(shù)據(jù)鏈路規(guī)約數(shù)據(jù)單元，間隔單元就以應(yīng)用服務(wù)數(shù)據(jù)單元作為響應(yīng)幀回答。
3兩種方案比較
表1給出了兩種方案的比較結(jié)果。
兩種方案均在現(xiàn)場(chǎng)有實(shí)際應(yīng)用，方案一應(yīng)用于天津某電廠，該廠裝機(jī)容量為1?000?MW，共10臺(tái)機(jī)組，共計(jì)40個(gè)I/O單元，I/O單元和網(wǎng)關(guān)采用可編程計(jì)算機(jī)控制器(PCC)，間隔層通訊采用CAN總線，通訊速率為500?K，站控層采用快速以太網(wǎng)，通訊速率為100?M。方案二應(yīng)用于內(nèi)蒙古某電廠，該廠裝機(jī)1?200?MW，500?kV開關(guān)站為3/2接線方式，共計(jì)22個(gè)I/O單元，間隔層通訊速率為10?M，站控層通訊速率為100?M，采用雙以太網(wǎng)配置。目前兩個(gè)電廠的網(wǎng)控系統(tǒng)均運(yùn)行良好。
4結(jié)論
從現(xiàn)階段計(jì)算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展來(lái)看，兩種方式均適用于發(fā)電廠的網(wǎng)控系統(tǒng)，方案一系統(tǒng)造價(jià)較低，適合于中小型發(fā)電廠，方案二系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)組態(tài)更為合理適合于大型電廠和有待于擴(kuò)建的發(fā)電廠。各發(fā)電廠應(yīng)結(jié)合本電廠的實(shí)際情況，綜合考慮性能價(jià)格比后再?zèng)Q定其網(wǎng)控系統(tǒng)的組態(tài)方案。
（轉(zhuǎn)載）
