隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,電網(wǎng)容量和用電負(fù)荷的日益增長,電力系統(tǒng)對自動化和可靠性的要求越來越高。電力系統(tǒng)自動化對可靠性的需求,使人們注意到“PLC”(可編程邏輯控制器)這種高可靠性和強(qiáng)抗工業(yè)干擾的技術(shù)。90年代以來,PLC發(fā)展迅猛且應(yīng)用的局域網(wǎng)技術(shù)日趨成熟,產(chǎn)品不斷向系列化、標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展,在自動化控制領(lǐng)域中,新一代的PLC改名為PCC已逐漸躍居主導(dǎo)地位,成為實現(xiàn)自動化控制的關(guān)鍵技術(shù),在電力系統(tǒng)也不例外。
PCC(ProgrammableComputerController)是一種可編程計算機(jī)控制器,它是專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計的工業(yè)計算機(jī),采用“面向用戶的指令”,因此編程方便；它直接應(yīng)用于工業(yè)環(huán)境,具有更強(qiáng)的抗干擾能力、更高的可靠性、廣泛的適應(yīng)能力和應(yīng)用范圍；大容量的存儲能力、標(biāo)準(zhǔn)通信接口,基于過程總線的系統(tǒng)互聯(lián)、高級語言開發(fā)和運(yùn)行環(huán)境,自診斷能力,都使得PCC在電力系統(tǒng)的應(yīng)用具備了出色的友好“平臺”。
1.PCC系統(tǒng)CPU的特點(diǎn)
繼承了PLC與微機(jī)技術(shù)的PCC技術(shù)形成第一代自動化軟硬件平臺結(jié)構(gòu),采用32位CISC和RISC的CPU,多處理器結(jié)構(gòu)。圖1為本系統(tǒng)所用的CPU模塊結(jié)構(gòu)。圖中除了主CPU外,I/O–Processor即I/O處理器主要負(fù)責(zé)獨(dú)立于CPU的數(shù)據(jù)傳輸工作。DPR-Controller即雙向口控制器主要負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)及系統(tǒng)的管理。一個模塊上的3個處理器,既相互獨(dú)立,又相互關(guān)聯(lián)(通過DPR),從而使主CPU的資源得到了合理使用,同時又最大限度地提高了整個系統(tǒng)的速度。
圖1CPU模塊結(jié)構(gòu) 2.PCC在發(fā)電廠監(jiān)控中的應(yīng)用
以某熱電廠機(jī)組設(shè)備改造為例,介紹應(yīng)用PCC實現(xiàn)的智能分布式數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)。該熱電廠有大小機(jī)組7臺,裝機(jī)容量194MW,現(xiàn)準(zhǔn)備對主要的4～5號機(jī)及整個電氣系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控系統(tǒng)改造。
2.1設(shè)計原則
系統(tǒng)按分布式結(jié)構(gòu)設(shè)計,采用開放系統(tǒng)、分層控制等先進(jìn)的計算機(jī)設(shè)計思想,將計算機(jī)技術(shù)、通信和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)、圖形和圖像技術(shù)、多媒體技術(shù)、數(shù)據(jù)采集和自動控制技術(shù)有機(jī)地結(jié)合在一起,技術(shù)成熟,運(yùn)行經(jīng)驗豐富,能夠滿足近期的功能要求和遠(yuǎn)期的發(fā)展需要。整個設(shè)計遵照國際90年代IEC1000系列標(biāo)準(zhǔn),滿足ISO9001國際標(biāo)準(zhǔn)。
(1)整個系統(tǒng)分為5個采集控制站,計有4號機(jī)組監(jiān)控、5號機(jī)組監(jiān)控、35kV出線監(jiān)控、同期控制、01/1～3號機(jī)/6kV監(jiān)控。兩個操作員工作站。
(2)通過計算機(jī)對勵磁調(diào)節(jié)器(KFD)、發(fā)電機(jī)有功進(jìn)行遙調(diào)。在4、5號機(jī)控制屏上設(shè)有手操有功調(diào)節(jié)和KFD無功調(diào)節(jié)及與汽機(jī)聯(lián)系指揮信號。
(3)不含同期點(diǎn)的出線,原控制回路取消,采用計算機(jī)控制。含有同期點(diǎn)的出線,應(yīng)用成熟的計算機(jī)同期裝置,采用計算機(jī)控制。
(4)事故音響,預(yù)告信號原回路取消,功能由計算機(jī)系統(tǒng)實現(xiàn)。
(5)廠用電BZT功能由計算機(jī)實現(xiàn),對4、5號機(jī)強(qiáng)行勵磁及主變風(fēng)扇啟動控制均由計算機(jī)來進(jìn)行判別控制。
2.2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)配置如圖2所示。
圖2系統(tǒng)配置框圖
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2.3系統(tǒng)管理層
操作員工作站、工程師工作站和通訊服務(wù)器組成智能分布式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的管理層。 管理層通過PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)與5個PCC采集控制單元相連,各工作站和服務(wù)器分別相當(dāng)于PROFIBUS網(wǎng)上的一個獨(dú)立的結(jié)點(diǎn)。
管理層采用多機(jī)及雙網(wǎng)絡(luò)方式運(yùn)行,各工作站及通訊服務(wù)器之間還組成一個小的局域以太網(wǎng),實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸與共享,互為備用,提高了系統(tǒng)的可靠性;軟件平臺采用32位多任務(wù)、多進(jìn)程設(shè)計,可支持bbbbbbs95/98/NT操作系統(tǒng)軟件,配有多種應(yīng)用軟件接口,并支持OEM開發(fā),為用戶提供了二次開發(fā)平臺；硬件平臺可采用小型機(jī)、微型機(jī)或工作站等設(shè)備。
通訊服務(wù)器完成與地調(diào)、模擬盤、GPS天文時鐘接收裝置以及電廠已有的幾臺RTU設(shè)備的通信；還通過HUB與該廠的MIS網(wǎng)相連,實時監(jiān)控系統(tǒng)與管理信息系統(tǒng)結(jié)合在一起,實現(xiàn)了實時信息的管理。
若用戶具備與Internet連接的條件,管理層還可以提供PVI瀏覽器方案,實現(xiàn)遠(yuǎn)方讀取數(shù)據(jù)。
2.4系統(tǒng)控制層
PROFIBUS網(wǎng)上的各采集控制單元組成智能分布式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的控制層?？刂茖影凑諜C(jī)組或線路等監(jiān)控對象的不同分別組屏,可以使各單元組合置于過程對象附近,減少電纜投資。各監(jiān)控單元分別完成相應(yīng)監(jiān)控對象的模擬量、數(shù)字量采集以及數(shù)字量的輸出控制。模擬量采集采用交流采樣。
系統(tǒng)具有可擴(kuò)充的模塊化結(jié)構(gòu),電源、CPU、網(wǎng)絡(luò)板、I/O板、模擬量輸入板、通訊板等都是獨(dú)立的模板以總線方式連接在底板上,它取代了標(biāo)準(zhǔn)的框架裝配的局限性,可在標(biāo)準(zhǔn)的DIN軌道上任意拆裝、組合。
每個單元都有一電源模塊。系統(tǒng)電源是系統(tǒng)可靠性與完整性的第一保證,PCC的輸入電壓有AC、DC兩種,可實現(xiàn)交/直流切換。
系統(tǒng)配有當(dāng)?shù)卣{(diào)試通信口,便于對不同的數(shù)據(jù)采集與控制設(shè)備進(jìn)行跟蹤與調(diào)試,方便了參數(shù)設(shè)置及運(yùn)行監(jiān)視的維護(hù)。帶電插拔采集板件使得現(xiàn)場維護(hù)變得簡單方便。
在軟件支撐環(huán)境方面,PCC采用高級語言編程,為用戶提供透明的服務(wù)接口,同時,也支持直流采樣,使得功能實現(xiàn)、系統(tǒng)增容都十分方便靈活。
操作系統(tǒng)為實時多任務(wù)系統(tǒng),在操作系統(tǒng)中一個任務(wù)的循環(huán)周期可根據(jù)任務(wù)的優(yōu)先級確定。操作系統(tǒng)主要分三層：
(1)操作系統(tǒng)核。
(2)PCC軟件包。包括：系統(tǒng)管理、系統(tǒng)任務(wù)、功能庫、一般任務(wù)、高速任務(wù)級、通訊軟件。
(3)應(yīng)用程序。包括：循環(huán)任務(wù)、非循環(huán)任務(wù)。操作系統(tǒng)為保證系統(tǒng)的高可靠性提供了監(jiān)視和安全的功能,包括:模塊檢測、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)檢測、棧溢出檢測、I/O數(shù)據(jù)傳輸檢測、循環(huán)周期檢測、硬件看門狗等。
由于PCC的CPU采用68000+RISC的32位微處理器,具有極強(qiáng)的運(yùn)算處理能力,可使大量運(yùn)算、控制功能、保護(hù)功能分散在各智能單元,大大提高了站內(nèi)通信網(wǎng)的利用率,使整個系統(tǒng)效率達(dá)到最高。另外,系統(tǒng)軟硬件方面良好的自診斷功能,可把故障范圍減至最小。
2.5現(xiàn)場層
智能分布式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的外圍層為現(xiàn)場層,包括采集層使用的傳感器、二次控制回路等。
現(xiàn)場層根據(jù)現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)傳輸速率快(≥500kbps),軟硬件實現(xiàn)簡單的特點(diǎn),可以用CANBUS
(或RS485)來連接廠內(nèi)的其他自動化裝置如保護(hù)單元、故障錄波、無功補(bǔ)償設(shè)備等的主干網(wǎng),并通過現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)連接到采集層,與上一層進(jìn)行必要的數(shù)據(jù)通訊。
2.6網(wǎng)絡(luò)通信
采用的PROFIBUS(ProcessFieldBus)網(wǎng)絡(luò)是一種高速數(shù)據(jù)鏈路,是具有標(biāo)準(zhǔn)通訊能力的開放式現(xiàn)場總線,用于PCC與PCC之間,或與其它接到本網(wǎng)絡(luò)上的智能設(shè)備(如顯示單元、上位機(jī)等)間傳送數(shù)據(jù)和系統(tǒng)狀態(tài)。PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)作為傳輸速度最快的現(xiàn)場工業(yè)總線(500kbit/s～10Mbit/s),物理連接方式簡單,既可以用雙芯屏蔽通訊電纜,也可以用光纖等；多主多從的“PeerToPeer”方式,采用TokenRing結(jié)構(gòu),網(wǎng)上最多可連入多達(dá)128個結(jié)點(diǎn),最大傳輸距離達(dá)4800m；與第三方系統(tǒng)通訊方便,兼容性能；可任意的增加和刪除網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn),而對其他結(jié)點(diǎn)和整個網(wǎng)絡(luò)沒有影響,可靠性高。PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)協(xié)議符合德國國家標(biāo)準(zhǔn)DIN19245。
系統(tǒng)的CPU模塊、專用的網(wǎng)絡(luò)模塊和通訊模塊(本系統(tǒng)未使用)提供了多種標(biāo)準(zhǔn)通信接口(TTY,RS422,RS232,RS485等),使得CPU的局部I/O總線擴(kuò)展、遠(yuǎn)程擴(kuò)展I/O(通過RS485電纜)以及CPU間的現(xiàn)場總線組網(wǎng)非常靈活,從而方便地實現(xiàn)系統(tǒng)縱向或橫向集成。
3.系統(tǒng)改造后效果
應(yīng)用PCC實現(xiàn)的電廠機(jī)組設(shè)備改造,充分發(fā)揮了可編程編輯控制器(PLC)的標(biāo)準(zhǔn)控制功能和工業(yè)計算機(jī)的分時多任務(wù)操作系統(tǒng)的集成優(yōu)勢,不僅方便地實現(xiàn)了各機(jī)組、廠變、出線及同期控制單元的開關(guān)量和模擬量的采集,而且其雙網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的管理層、具有大型機(jī)分析運(yùn)算能力的PCC模塊組成的控制層均為實現(xiàn)發(fā)電機(jī)有功調(diào)節(jié)、同期控制、強(qiáng)行勵磁、備自投等回路的自動控制提供了可靠的保證,從而使該電廠的自動化管理水平登上一個新的臺階,為建立全廠信息監(jiān)控和管理系統(tǒng)打下良好的基礎(chǔ),為電廠節(jié)能增效、提高供電質(zhì)量開辟了更廣闊的空間。
4.結(jié)束語
總之,開放式系統(tǒng)平臺是當(dāng)今電力系統(tǒng)自動化發(fā)展的方向?，F(xiàn)代的PCC與微機(jī)的發(fā)展相互滲透,它已是一種可提供諸多功能、成熟的用戶應(yīng)用控制系統(tǒng),而不是一種簡單的邏輯控制器,它已被開發(fā)出更多的接口與其它控制設(shè)備進(jìn)行通信,生成報告,多任務(wù)調(diào)度,可診斷自身故障及機(jī)器故障?；诂F(xiàn)場總線的智能分布式的新型控制思想,基于標(biāo)準(zhǔn)化的開放性和兼容性,通用性和高度專業(yè)化的融合,這些優(yōu)勢使PCC可以實現(xiàn)電廠的各種運(yùn)行、分析與控制功能,能夠滿足當(dāng)今的電廠實現(xiàn)生產(chǎn)、管理自動化的需要,而且具有很高的性能價格比。PCC應(yīng)用為電廠全面提高管理水平和經(jīng)濟(jì)效益提供了廣闊的前景,是一種值得推廣的可行性方案。
：鞏經(jīng)理
：13915946763
：南京塞姆泵業(yè)有限公司
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