1、概況
涌溪三級(jí)和東固機(jī)組位于同個(gè)廠房,涌溪三級(jí)裝機(jī)2×20MW,東固裝機(jī)1×12MW,涌溪四級(jí)裝機(jī)2×11MW,電站按“無人值班”(少人值守)原則設(shè)計(jì)。現(xiàn)在用的是水科院H9000計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng),分成現(xiàn)地控制層、廠站控制層、梯調(diào)控制層,系統(tǒng)最早投入運(yùn)行的已10年。H9000計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)采用分布式結(jié)構(gòu),將現(xiàn)地控制層依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備分成一個(gè)一個(gè)單元,每個(gè)單元建立相對(duì)獨(dú)立LCU,目前智能設(shè)備的通訊采用擴(kuò)展串口接至工控機(jī)。
2.涌溪水電廠現(xiàn)有LCU結(jié)構(gòu)及改進(jìn)的必要性
涌溪水電廠現(xiàn)在使用的LCU結(jié)構(gòu)是以工控機(jī)為網(wǎng)絡(luò)接口的,主要由工控機(jī)、PLC可編程控制器、自動(dòng)準(zhǔn)同期裝置、轉(zhuǎn)速裝置、溫度巡檢、交流采樣裝置、電源等附件組成。工控機(jī)作為計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)部網(wǎng)上的一個(gè)結(jié)點(diǎn),各種數(shù)據(jù)經(jīng)過工控機(jī)送到網(wǎng)上各個(gè)結(jié)點(diǎn),控制命令經(jīng)工控機(jī)下達(dá)到控制器等設(shè)備。因此工控機(jī)的可靠性顯得非常重要。雖然工控機(jī)是工控產(chǎn)品,但由于它的風(fēng)扇、硬盤驅(qū)動(dòng)器、軟驅(qū)等旋轉(zhuǎn)部件的存在,可靠性就有所降低,而且各部件現(xiàn)已老化,現(xiàn)在備品備件也難以購買。針對(duì)這種情況,涌溪水電廠考慮對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)改造,應(yīng)用PLC的直接上網(wǎng)模式,取消原有的工控機(jī),現(xiàn)場(chǎng)增加一臺(tái)觸摸屏以方便現(xiàn)地查看與操作。
3.PLC直接上網(wǎng)的結(jié)構(gòu)模式下智能設(shè)備接入方式探討
采用PLC直接上網(wǎng)的結(jié)構(gòu),必須妥善解決PLC直接上網(wǎng)后智能設(shè)備的接入問題。采用直接上網(wǎng)的結(jié)構(gòu),堅(jiān)持分層分布(單元)式的結(jié)構(gòu)原則,就是要達(dá)到與LCU有關(guān)的各種數(shù)據(jù)采集和控制都必須由LCU來實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)。LCU需要與一定數(shù)量的智能設(shè)備進(jìn)行通訊。在有工控機(jī)結(jié)構(gòu)的LCU結(jié)構(gòu)中,通訊實(shí)現(xiàn)是比較容易的,通訊的方式也比較靈活。
但在采用PLC直接上網(wǎng)的結(jié)構(gòu)后,就必須考慮各種PLC產(chǎn)品特性對(duì)接入LCU智能設(shè)備的影響。PLC與工控機(jī)相比,通訊接口少,方式比較少。
LCU智能設(shè)備接入問題,解決的總的方法有兩種,一種是直接或經(jīng)轉(zhuǎn)換接入PLC,另一種是直接接入以太網(wǎng)。由于各種PLC產(chǎn)品分別產(chǎn)于不同的公司,它們的特性也各不相同,因此實(shí)現(xiàn)智能設(shè)備接人PLC的方法有多種多樣。在比較國外主要PLC產(chǎn)品特性基礎(chǔ)上,在滿足分層分布(單元)式的結(jié)構(gòu)原則前提條件下,對(duì)智能設(shè)備接人LCU的方法進(jìn)行分析對(duì)比,從它們的特性中,力圖找出共性的方法,側(cè)重于通訊速率、實(shí)現(xiàn)方式、是否需要編程、接入智能設(shè)備的數(shù)量、是否易于維護(hù)等方面。
3.1直接接入PLC
每種PLC CPU上的串口或一般通訊模塊的串口所支持的普遍方式是從(Slave)方式,即使它支持主(Master)方式,相應(yīng)通訊協(xié)議也是專有協(xié)議,不是開放的協(xié)議。對(duì)于一些PLC如GE90系列PLC,它有一種模塊該模塊通訊方式為主方式。可以使用不同通訊協(xié)議編程,與智能設(shè)備通訊,這是解決方法之一。
這種方法智能設(shè)備與PLC的數(shù)據(jù)交換的速率是串口的速率,智能設(shè)備采集的數(shù)據(jù)可以在PLC控制流程中使用。設(shè)備通訊協(xié)議一致且數(shù)量不多時(shí),比較適合這種方式。因?yàn)橹悄茉O(shè)備多,總的通訊速度就會(huì)較慢,通訊協(xié)議不一致,就會(huì)占用該模塊較多內(nèi)存。
3.2通過現(xiàn)場(chǎng)總線直接接入PLC
對(duì)于部分PLC,一些智能設(shè)備可以通過現(xiàn)場(chǎng)總線直接接入PLC。這種方式較好,因?yàn)楝F(xiàn)場(chǎng)總線的方式,其可靠性、速率與直接插入PLC機(jī)箱的模塊是相同的,而且接入的地點(diǎn)比較靈活,距離可以比較遠(yuǎn)。這種方式不需要編程??梢越槿胼^多設(shè)備,非常方便,是一種很好的方法。參見結(jié)構(gòu)圖一。
3.3間接接入PLC
直接接入PLC的方法不具有普遍性,不是每一種PLC都可以實(shí)現(xiàn)的。下面兩種方法可以在更大范圍使用。尤其是經(jīng)串口轉(zhuǎn)換接入PLC的方法,是一種普遍的方法。
3.3.1經(jīng)串口轉(zhuǎn)換接入PLC
PLC一般具有豐富的通訊模塊可供選擇,多數(shù)PLC的CPU模塊具有一到兩個(gè)串口。由于這些串口多支持從(Slave)方式通用協(xié)議,智能設(shè)備也多為從方式,兩者通訊不能實(shí)現(xiàn)。有些串口雖支持主(Master)的通訊方式,但通訊協(xié)議多為不公開的專有協(xié)議,智能串口設(shè)備很少能支持這些協(xié)議。因此,解決方法之一是采用一種裝置,它一側(cè)接入PLC串口,另一側(cè)接人智能設(shè)備。該裝置起協(xié)議轉(zhuǎn)換作用,而且它對(duì)兩側(cè)都可以是主方式。這種方式可以接入較多串口設(shè)備。這是一種很有前途的、比較經(jīng)濟(jì)的方式,可以適用每一種PLC產(chǎn)品。
3.3.2經(jīng)轉(zhuǎn)換接入現(xiàn)場(chǎng)總線進(jìn)入PLC
為了解決PLC串口從方式不能直接接入PLC的問題,有些PLC廠家如施耐德,它開發(fā)一種網(wǎng)橋裝置,一邊接串口設(shè)備,一邊接PLC的現(xiàn)場(chǎng)總線MB+。它有兩種,一種支持同一種開放的協(xié)議如MODBUS,不需編程,另一種支持各個(gè)串口協(xié)議可以不同,但需要編程。參見結(jié)構(gòu)圖二。
3.4串口設(shè)備經(jīng)轉(zhuǎn)換(不經(jīng)PLC)上網(wǎng)
前面幾種方法都直接或間接通過PLC接入智能設(shè)備。現(xiàn)在,通過一種串口以太網(wǎng)轉(zhuǎn)換器裝置(如MOXA公司生產(chǎn)的串口轉(zhuǎn)換裝置),它的一側(cè)接入串口設(shè)備,另一側(cè)接入局域以太網(wǎng)。串口設(shè)備側(cè)不需任何改變,上位系統(tǒng)直接采集串口設(shè)備的信號(hào)。這樣一個(gè)LCU需要有幾個(gè)IP地址。這種方式可以接入大量的智能設(shè)備。是一種很有前途的方法。
3.5智能設(shè)備直接接入以太網(wǎng)
隨著時(shí)間的推移,越來越多的設(shè)備將可以直接上網(wǎng),因此可以采取智能設(shè)備直接上網(wǎng)的方式;速率可達(dá)到10Mbps或100Mbps,將會(huì)很有應(yīng)用前景。但一個(gè)LCU需要有幾個(gè)IP地址。
(1)智能設(shè)備以直接接入PLC現(xiàn)地總線方式從比較好,因?yàn)閼?yīng)用簡單、速率陜等,在可以選擇直接接入現(xiàn)場(chǎng)總線的設(shè)備時(shí),盡量采用這種方式。
(2)智能設(shè)備經(jīng)串口轉(zhuǎn)換接入PLC方式,是一種較優(yōu)的方法,它雖然與PLC產(chǎn)品有關(guān),但可以在每種PLC產(chǎn)品上使用,接人智能設(shè)備數(shù)量也較多,經(jīng)濟(jì)性能也較好。
(3)智能設(shè)備經(jīng)串口轉(zhuǎn)換上網(wǎng)方式和智能設(shè)備直接上網(wǎng)方式是很有應(yīng)用前景的兩種方式。因?yàn)檫@兩種方法都與具體的PLC產(chǎn)品無關(guān),是一種具有普遍意義的方法,值得引起注意。
4.結(jié)束語
結(jié)合涌溪水電廠實(shí)際需要,經(jīng)過經(jīng)濟(jì)性、可靠性、易維護(hù)性對(duì)比,最終選用了南瑞自動(dòng)控制有限公司的監(jiān)控產(chǎn)品,智能設(shè)備采用經(jīng)串口轉(zhuǎn)換通訊管理機(jī)SJ30接入PLC方式進(jìn)行技術(shù)改造,SJ30裝置上送PLC的各類型數(shù)據(jù)格式符合南瑞自動(dòng)控制有限公司制定的PLC與上位機(jī)機(jī)通信標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議V3.0.5的規(guī)定,PLC程序僅完成轉(zhuǎn)發(fā)功能,數(shù)據(jù)的解析由上位機(jī)驅(qū)動(dòng)程序完成,節(jié)省了PLC的CPU資源,sJ30的串口比較多,能滿足智能設(shè)備較多的要求。
各工程的智能設(shè)備具體采用何種方式接入監(jiān)控系統(tǒng),要結(jié)合工程項(xiàng)目的具體需要及投資,加強(qiáng)現(xiàn)地控制單元(LCU)結(jié)構(gòu)研究,選擇適合自身的接入方式進(jìn)行設(shè)計(jì)改造,最終達(dá)到有利于提高LCU的可靠性、穩(wěn)定性、免維護(hù)性,有利于水電廠創(chuàng)建國際一流水電廠,實(shí)現(xiàn)“無人值班,關(guān)門運(yùn)行”的目標(biāo)。
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