一、監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展的3個(gè)階段
在科學(xué)技術(shù)高速發(fā)展的今天，作為發(fā)電廠自動(dòng)化系統(tǒng)的一個(gè)組成部分，發(fā)電廠廠用電監(jiān)控系統(tǒng)ECS(Electric Control System)技術(shù)經(jīng)過(guò)了3個(gè)階段的發(fā)展歷程。
第1個(gè)階段是一對(duì)一的控制方式，即設(shè)置發(fā)電機(jī)廠用電控制屏，通過(guò)測(cè)量?jī)x表、光字牌和指示燈進(jìn)行監(jiān)測(cè)，控制開(kāi)關(guān)采用一對(duì)一的強(qiáng)電控制方式，也是發(fā)電廠設(shè)計(jì)原始的控制系統(tǒng)，此方式的控制系統(tǒng)特點(diǎn)是設(shè)備監(jiān)控簡(jiǎn)捷明了，自動(dòng)化程度低。
第2個(gè)階段是電氣監(jiān)控納入集散控制系統(tǒng)(DCS)。隨著計(jì)算機(jī)信息技術(shù)的發(fā)展和分散控制技術(shù)在自動(dòng)控制領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，為提高發(fā)電機(jī)組的電、熱負(fù)荷適應(yīng)能力和自動(dòng)化水平，DCS已經(jīng)在電廠自動(dòng)控制領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，并逐步從較為簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(DAS)、模擬量控制系統(tǒng)(MCS)功能，逐漸發(fā)展到機(jī)電一體化控制系統(tǒng)。在這個(gè)階段，廠用電監(jiān)控納入DCS主要是指發(fā)電機(jī)變壓器組由DCS進(jìn)行測(cè)量與控制;直流系統(tǒng)、不間斷供電系統(tǒng)(UPS)、廠用電快切等由DCS實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集;6kv廠用電保護(hù)、380v電動(dòng)機(jī)控制裝置、380v配電控制裝置等各自獨(dú)立，測(cè)控功能由DCS直接進(jìn)行。但主要存在以下問(wèn)題:通信能力比較弱、可靠性不高(串口鏈路本身是沒(méi)有通信可靠性保證的，只能在通信規(guī)約中增加確認(rèn)一重發(fā)機(jī)制來(lái)保證可靠性，但這是以降低通信效率為代價(jià)的)，對(duì)DCS下發(fā)的控制命令無(wú)法快速響應(yīng)，也無(wú)法快速地把相關(guān)電氣量傳給DCS，不能滿足DCS對(duì)參與順序控制的電氣量迸行快速數(shù)據(jù)采集的要求。所以常規(guī)做法是對(duì)這些要參與DCS順序控制的電氣量專(zhuān)門(mén)鋪設(shè)二次電纜和加裝變送器，由DCS直接進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和控制操作，鋪設(shè)電纜的工作量很大，投資也很高，而廠用電保護(hù)裝置或電機(jī)控制中心(MCC)、動(dòng)力中心(PC)控制裝置本身所具有的采集和控制功能沒(méi)有得至充分利用。
第3個(gè)階段是全數(shù)字化的電氣監(jiān)控系統(tǒng)，并為DCS提供所需信息接口和控制接口。廠用電保護(hù)裝置和MCC、PC控制裝置已能滿足保護(hù)、測(cè)控和高速通信一體化的要求，通過(guò)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線或以太網(wǎng)將廠用電氣系統(tǒng)組成局域網(wǎng)，構(gòu)建成專(zhuān)用的ECS，實(shí)現(xiàn)完全數(shù)字化的電氣信息量監(jiān)控，同時(shí)為DCS提供高速實(shí)時(shí)的數(shù)字化通信接口。這時(shí)DCS對(duì)參與順序控制的電氣量的采集和控制完全是以通信軟報(bào)文的方式進(jìn)行，不需要二次電纜硬接線(簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)和施工的工作量，節(jié)省大量成本)。
系統(tǒng)站控層采用100/10OOMbit/s(注:目前應(yīng)用比較普遍的是10/1OOMbit/s自適應(yīng)的以太網(wǎng))的雙以太網(wǎng)冗余結(jié)構(gòu)，根據(jù)運(yùn)行管理的需要可設(shè)置數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器、電氣操作員站、電氣維護(hù)工程師站、網(wǎng)絡(luò)打印機(jī)、通信主站等，形成電氣系統(tǒng)監(jiān)控和管理中心，并完成與DCS、監(jiān)控信息系統(tǒng)(SIS)、管理信息系統(tǒng)(MIS)等系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換。
間隔層由數(shù)量眾多的廠用電保護(hù)裝置、MCC及PC控制裝置和其他智能裝置組成，考慮到電廠物理位置的分散性，間隔層一般先組成以下幾個(gè)局部網(wǎng)絡(luò):6kV廠用電子系統(tǒng)、380V MCC及PC子系統(tǒng)、廠用公用子系統(tǒng)和保護(hù)及智能設(shè)備子系統(tǒng)等，各局部網(wǎng)絡(luò)之間再連接起來(lái)，形成完整的間隔層網(wǎng)絡(luò)。
通信層是站控層和間隔層之間的橋梁，主要由多臺(tái)通信管理機(jī)組成，起到溝通通信的作用。
從上述系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖可看出，DCS對(duì)電氣間隔進(jìn)行軟采集和控制主要經(jīng)過(guò)以下3個(gè)主要的通信和處理環(huán)節(jié):DCS刊ECS站控層之間的通信，ECS站控層和電氣間隔之間的通信，間隔層裝置的響應(yīng)及處理。要實(shí)現(xiàn)DCS對(duì)電氣間隔的快速軟采集和控制，特別是能滿足順序控制的要求，就需要在ECS整體網(wǎng)絡(luò)方案設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)這3個(gè)主要環(huán)節(jié)都要充分挖掘其通信速率的潛力，片面要求其中某一環(huán)節(jié)加快速度往往并不能使整體的通信速度滿足要求。對(duì)任一通信環(huán)節(jié)而言，通信介質(zhì)和通信規(guī)約的選擇是提高通信速度的主要因素。
二、DCS和ECS控制層之間的通信
由于歷史和習(xí)慣的原因，DCS系統(tǒng)特別是國(guó)外進(jìn)口的DCS系統(tǒng)大都使用串口的Modbus規(guī)約與其他裝置通信，這其中就包括和ECS站控層的通信主機(jī)之間的通信。串口介質(zhì)本身就是相對(duì)低速的，通信帶寬有限;Modbus規(guī)約是個(gè)問(wèn)答式規(guī)約，DCS是通信主機(jī)，ECS等其他裝置是通信的從機(jī)，只有主機(jī)能主動(dòng)啟動(dòng)通信過(guò)程，從機(jī)只能被動(dòng)應(yīng)答，即使從機(jī)中有數(shù)據(jù)變化，只要主機(jī)不召喚，從機(jī)無(wú)法主動(dòng)上送;另外Modbus規(guī)約本身的通信機(jī)制也過(guò)于簡(jiǎn)單，只能進(jìn)行全數(shù)據(jù)或部分全數(shù)據(jù)的召喚和上送，不能優(yōu)先提取少量的變化數(shù)據(jù)，這對(duì)有限的通信帶寬是很不利的;Modbus規(guī)約無(wú)通信鏈路通斷的判斷機(jī)制，DCS只能是根據(jù)連續(xù)兒次查詢而ECS都不應(yīng)答來(lái)判斷通信鏈路已斷。這樣一個(gè)變化點(diǎn)在DCS和ECS控制層之間的傳輸時(shí)間是秒級(jí)的。為此DCS和ECS控制層之間的通信介質(zhì)應(yīng)采用基于TCP/IP的以太網(wǎng)，通信規(guī)約采用IECl04或OPC(OLE for Process Control)為宜。以太網(wǎng)介質(zhì)可達(dá)到1OOMbit/s或10OO Mbit/s的通信帶寬，TCP/IP提供了鏈路層的快速可靠連接，通信雙方的TCP/lP協(xié)議棧提供了不依賴于應(yīng)用層的鏈路通斷測(cè)試機(jī)制，能在毫秒級(jí)范圍內(nèi)偵測(cè)出通信鏈路的中斷，并主動(dòng)進(jìn)行再次的握手連接。lECl04和OPC都是客戶_服務(wù)器模式的平衡式通信協(xié)議，一般DCS是客戶端，ECS側(cè)是服務(wù)器，通信雙方都可以主動(dòng)發(fā)起通信過(guò)程且支持變化數(shù)據(jù)的優(yōu)先上送，這樣只要ECS中有變化數(shù)據(jù)，就會(huì)立即無(wú)延時(shí)地主動(dòng)向DCS上送。目前幾大國(guó)產(chǎn)DCS廠家都能實(shí)現(xiàn)IECl04或OPC協(xié)議通信。
三、ECS站控層和電氣間隔層之間的通信
ECS站控層和電氣間隔層之間的通信實(shí)際包含2個(gè)部分，一個(gè)是ECS站控制層各主機(jī)和通信層之間的通信，另一個(gè)是通信層和間隔層之間的通信。
a.由于ECS站控層主要由多臺(tái)基于Unix和Windows操作系統(tǒng)的服務(wù)器及工控機(jī)組成，操作系統(tǒng)本身對(duì)各種商用以太網(wǎng)卡提供了很好的支持，所以各廠家的ECS組網(wǎng)方案中站控層幾乎無(wú)一例外地由1OOMbit/s或l000Mbit/s的以太網(wǎng)組成;由于站控層各主機(jī)的硬件配置都很高，以太網(wǎng)帶寬也很大，數(shù)據(jù)在這些主機(jī)之間的通信時(shí)間為幾毫秒，可認(rèn)為是無(wú)延
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