一、監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展的3個階段
在科學(xué)技術(shù)高速發(fā)展的今天，作為發(fā)電廠自動化系統(tǒng)的一個組成部分，發(fā)電廠廠用電監(jiān)控系統(tǒng)ECS(Electric Control System)技術(shù)經(jīng)過了3個階段的發(fā)展歷程。
第1個階段是一對一的控制方式，即設(shè)置發(fā)電機廠用電控制屏，通過測量儀表、光字牌和指示燈進行監(jiān)測，控制開關(guān)采用一對一的強電控制方式，也是發(fā)電廠設(shè)計原始的控制系統(tǒng)，此方式的控制系統(tǒng)特點是設(shè)備監(jiān)控簡捷明了，自動化程度低。
第2個階段是電氣監(jiān)控納入集散控制系統(tǒng)(DCS)。隨著計算機信息技術(shù)的發(fā)展和分散控制技術(shù)在自動控制領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，為提高發(fā)電機組的電、熱負荷適應(yīng)能力和自動化水平，DCS已經(jīng)在電廠自動控制領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，并逐步從較為簡單的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(DAS)、模擬量控制系統(tǒng)(MCS)功能，逐漸發(fā)展到機電一體化控制系統(tǒng)。在這個階段，廠用電監(jiān)控納入DCS主要是指發(fā)電機變壓器組由DCS進行測量與控制;直流系統(tǒng)、不間斷供電系統(tǒng)(UPS)、廠用電快切等由DCS實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集;6kv廠用電保護、380v電動機控制裝置、380v配電控制裝置等各自獨立，測控功能由DCS直接進行。但主要存在以下問題:通信能力比較弱、可靠性不高(串口鏈路本身是沒有通信可靠性保證的，只能在通信規(guī)約中增加確認一重發(fā)機制來保證可靠性，但這是以降低通信效率為代價的)，對DCS下發(fā)的控制命令無法快速響應(yīng)，也無法快速地把相關(guān)電氣量傳給DCS，不能滿足DCS對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)做法是對這些要參與DCS順序控制的電氣量專門鋪設(shè)二次電纜和加裝變送器，由DCS直接進行數(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，而廠用電保護裝置或電機控制中心(MCC)、動力中心(PC)控制裝置本身所具有的采集和控制功能沒有得至充分利用。
第3個階段是全數(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。廠用電保護裝置和MCC、PC控制裝置已能滿足保護、測控和高速通信一體化的要求，通過工業(yè)現(xiàn)場總線或以太網(wǎng)將廠用電氣系統(tǒng)組成局域網(wǎng)，構(gòu)建成專用的ECS，實現(xiàn)完全數(shù)字化的電氣信息量監(jiān)控，同時為DCS提供高速實時的數(shù)字化通信接口。這時DCS對參與順序控制的電氣量的采集和控制完全是以通信軟報文的方式進行，不需要二次電纜硬接線(簡化了設(shè)計和施工的工作量，節(jié)省大量成本)。這個階段的ECS網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)見圖1。
圖1反映出ECS系統(tǒng)采用分層、分布的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，由系統(tǒng)站控層、通信層和間隔層3層所組成。
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)運行管理的需要可設(shè)置數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、電氣操作員站、電氣維護工程師站、網(wǎng)絡(luò)打印機、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，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，主要由多臺通信管理機組成，起到溝通通信的作用。
從上述系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖可看出，DCS對電氣間隔進行軟采集和控制主要經(jīng)過以下3個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。要實現(xiàn)DCS對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)計時對這3個主要環(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)特別是國外進口的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站控層的通信主機之間的通信。串口介質(zhì)本身就是相對低速的，通信帶寬有限;Modbus規(guī)約是個問答式規(guī)約，DCS是通信主機，ECS等其他裝置是通信的從機，只有主機能主動啟動通信過程，從機只能被動應(yīng)答，即使從機中有數(shù)據(jù)變化，只要主機不召喚，從機無法主動上送;另外Modbus規(guī)約本身的通信機制也過于簡單，只能進行全數(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)，這對有限的通信帶寬是很不利的;Modbus規(guī)約無通信鏈路通斷的判斷機制，DCS只能是根據(jù)連續(xù)兒次查詢而ECS都不應(yīng)答來判斷通信鏈路已斷。這樣一個變化點在DCS和ECS控制層之間的傳輸時間是秒級的。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(
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