发电厂网控系统自动化方案的分析与比较［短文］张弓１，李檀２，梁静２，王秀宝２(1.中国电力科学研究院，北京10085；2.天津军粮城发电厂，天津300300)摘要：介绍了发电厂网控系统的两种组态方案，通过对两种方案中站级控制层和间隔控制层各单元的功能和数据的流程的研究，得出了两种方案的在网络性能及投资方面的优劣的比较结果。关键词：[HTSS]网控系统；站级控制层；间隔控制层随着计算机及其网络通讯技术的发展，越来越多的发电厂采用分层分布式网控系统替代原来的RTU，由于分层分布式监控系统具有开放式网络结构，克服了传统RTU的很多缺点，如功能单一，与站内设备或控制中心进行通讯时只能用简单的RS-232串行通信，通信质量和灵活性均不够理想等。分层分布式监控系统基于广泛应用在自动化控制领域中的现场工业总线和工业以太网，构成了站内通信网，其灵活的组态方式方便了系统工程师的应用与维护，其分布式的结构大大节省了电缆投资，这一点在机组较多，占地面积大的发电厂尤其突出［１］。目前应用于发电厂的分层分布式网控系统一般有两种方案，第一种设有网关或网络通讯管理机，第二种所有间隔层设备和站级层设备均连接在以太网上。本文将对这两种方案的网络构成方式、数据的流向等方面进行分析，并列出比较结果。 1方案一图1显示了方案一的组态方式，在方案一中，间隔层采取现场总线构成间隔层网络，间隔层设备中的各个I/O单元负责采集发电机、线路及变压器的数字量(DI)、模拟量(AI)，对发电机、线路的开关和刀闸进行控制输出(DO)，对发电机DCS系统输出模拟量(AO)，并同保护、电度表等其他智能设备通讯。公共I/O单元负责同全厂公共的自动化设备通讯，例如：火灾报警系统等，并对其实现控制。其中各个I/O单元均具有现场总线接口，例如：CAN、LONWORK和PROFIBUS等。站级挖掘层采用工业以太网作为通讯网，采用双网关、双服务器、双操作员工作站和一个工程师站。站级控制层中的网关是整个分层分布式监控系统的通信枢纽，是信息的综合点。两个网关互为热备用，它们负责与间隔层通讯，将间隔层设备的数据收集、汇总并分类，并将分类数据传送到主服务器中，接受由主服务器下发的控制命令，通过MODEM实现同调度的通信。主服务器具有同网关机通讯、统计计算、数据库生成与管理、画面监视、报警处理、控制和操作、制表打印、时钟同步和人机接口功能。两台主服务器采取互为热备用方式。值长工作站负责管理和显示有关的运行信息，供值长对开关站和发电机设备的运行情况进行监视和控制。两台值长工作站采取互为热备用方式。工程师站负责全站的程序开发，系统诊断，控制系统状态，数据库和画面的编辑及修改。在方案一中，数据的流程是这样的：由网关循环询问间隔层设备的模拟量(AI)、数字量(DI)，并将对时信息、控制输出(DO)和模拟量输出(AO)发送到间隔层设备，考虑到数字信号的变位信息需要优先传送，一旦有变位发生间隔层设备主动将变位信息(带时标)传送到网关；网关通过以太网同服务器交换信息，接受服务器发送来的控制输出(DO)和模拟量输出(AO)命令；网关还通过模拟通道同调度端通信，将调度所需的远动信息以规约方式(如CDT、U4F、IEC60870-5-101等)发送到调度，同时接受由调度发送过来的遥控和遥调信息。网关在该方案中的作用非常重要，应选用可靠性高、稳定性好、容量大的工控机或高等级的可编程计算机控制器(PCC)来实现。而且两台网关机应在以太网上和现场总线上均相互通讯，以保持数据的一致性，并能达到双机切换的目的。2方案二图2显示了方案二的组态方式，在方案二中站控层和间隔层均采用以太网通讯方式，网络传输协议为TCP/IP。方案二间隔层设备在功能上与方案一大致相同，只是各个I/O单元均具有以太网接口。通过以太网将信息传送到远动主机和服务器。传输规约一般应采用IEC60870-5-103［2］。方案二的站级控制层同样采用以太网，双主服务器均通过以太网和间隔层交换数据，远动主机也通过以太网和间隔层交换数据，站控层其他设备的功能和方案一一致。在方案二中数据的流程和方案一有很大区别，间隔层的数据通过以太网分别传向主服务器以及远动主机，整个站控层不再有信息的综合点，网络上任意节点退出运行不会影响其他节点的正常工作。以数字量的收集过程为例说明站控层和间隔层的通讯过程。站控层收集数字量的过程主要有两种方式，①总召唤，当站控层设备初始化或间隔单元初始化的时候，以及在正常运行的时候定时地进行一次总召唤。②数字信号的变位传送，当数字信号发生变位时，间隔单元内产生一级用户数据，将时间、相对时间和故障序号记录下来，并将向站控层单元传送的链路规约数据单元中的要求访问(ACD)位置1，站控层得知ACD=1，就向间隔单元发送请求1级用户数据链路规约数据单元，间隔单元就以应用服务数据单元作为响应帧回答。3两种方案比较表1给出了两种方案的比较结果。 两种方案均在现场有实际应用，方案一应用于天津某电厂，该厂装机容量为1?000?MW，共10台机组，共计40个I/O单元，I/O单元和网关采用可编程计算机控制器(PCC)，间隔层通讯采用CAN总线，通讯速率为500?K，站控层采用快速以太网，通讯速率为100?M。方案二应用于内蒙古某电厂，该厂装机1?200?MW，500?kV开关站为3/2接线方式，共计22个I/O单元，间隔层通讯速率为10?M，站控层通讯速率为100?M，采用双以太网配置。目前两个电厂的网控系统均运行良好。4结论[1][2]下一页
来源：中国电力资料网
