CAN總線對(duì)發(fā)電廠電氣系統(tǒng)的自動(dòng)化控制分析

王洪鑫

【摘 要】本文主要通過對(duì)相關(guān)的工程實(shí)踐進(jìn)行總結(jié)，對(duì)如今火電廠電氣監(jiān)控系統(tǒng)所采用的模式進(jìn)行一些相關(guān)問題的探討，通過采用CAN總線對(duì)電網(wǎng)的系統(tǒng)組態(tài)模式自動(dòng)化進(jìn)行完善，并利用現(xiàn)有的案例，發(fā)現(xiàn)這種模式具有配置靈活和更容易維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)。

【關(guān)鍵詞】發(fā)電廠；熱工自動(dòng)化；電氣自動(dòng)化；電氣監(jiān)控系統(tǒng)

【Abstract】In this paper， through the related engineering practice summary of today thermal power plant electrical control system model used to explore a number of related issues， through the use of CAN bus system configuration mode for automatic grid was perfect， and the use of existing case ， we found that this model has flexible configuration and easier to maintain.

【Key words】Thermal automation；Electric automation；Electrical monitoring system power plant

1. 引言

發(fā)電廠電氣自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)的布置方式和數(shù)量相對(duì)而言較復(fù)雜，而且廠用電設(shè)備的安裝一般都具有較多的元件數(shù)量，因?yàn)槠溥\(yùn)行管理的信息量相當(dāng)巨大。這一系列因素造成了檢修維護(hù)工作復(fù)雜。但是電氣系統(tǒng)或設(shè)備在運(yùn)行正常的過程中，人為的操作時(shí)間一般較少。所以這就要求電氣設(shè)備的可靠性高和運(yùn)行速度快等特點(diǎn)。

2. 電氣監(jiān)控功能

2.1 基本功能。

2.1.1 相關(guān)數(shù)據(jù)處理和收集。 眾所周知，搜集現(xiàn)場(chǎng)的相關(guān)信息是測(cè)控的主要目的，其作用是能夠?qū)⒁恍┈F(xiàn)場(chǎng)的模擬量等數(shù)據(jù)經(jīng)過系統(tǒng)的計(jì)算檢驗(yàn)出來。在進(jìn)行檢驗(yàn)的過程中，還能夠?qū)σ恍┫嚓P(guān)的預(yù)處理數(shù)據(jù)進(jìn)行合理性的校正，有利于對(duì)其重要數(shù)據(jù)進(jìn)行整理。一般情況下，在對(duì)模擬量等信號(hào)類型進(jìn)行采集的過程中，對(duì)電流、有功功率、無(wú)功功率等因數(shù)也能夠同時(shí)進(jìn)行測(cè)定。脈沖量通常是指的有功電能和無(wú)功電能，狀態(tài)量則由信號(hào)斷路器、繼電保護(hù)等裝置組成的，其主要作用是對(duì)一些電力系統(tǒng)的不利狀態(tài)進(jìn)行報(bào)警，當(dāng)然其信號(hào)的監(jiān)視功能也包含其中。

2.1.2 畫面顯示。

畫面顯示的主要作用是將所有的模擬量、相關(guān)計(jì)算量以及隔離開關(guān)、斷路器等在同一屏幕上顯示出來，當(dāng)然實(shí)際掛牌檢修狀態(tài)也在其顯示的行列。

2.1.3 監(jiān)視報(bào)警功能。

（1）監(jiān)視報(bào)警功能能夠讓工作人員將電站的全部設(shè)備運(yùn)行信息實(shí)質(zhì)的顯示出來，包括設(shè)備參數(shù)、系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)和操作指令等重要信息。與此同時(shí)，還能夠?qū)⑾到y(tǒng)的實(shí)時(shí)信息通過結(jié)合畫面顯示功能顯示出來。

（2）例如發(fā)電廠的模擬量發(fā)生越限狀況，其監(jiān)視報(bào)警功能能夠自動(dòng)將越限對(duì)象名稱、編號(hào)、越限參數(shù)值、越限時(shí)間等重要數(shù)據(jù)顯示出來，并進(jìn)行打印，還能夠自動(dòng)的對(duì)越限次數(shù)進(jìn)行計(jì)算。事故報(bào)警和預(yù)告報(bào)警是監(jiān)視報(bào)警功能進(jìn)行報(bào)警的兩種形式，通常利用不同信號(hào)燈的顏色來進(jìn)行區(qū)分。

2.1.4 操作控制。 操作控制的方式主要有兩級(jí)控制、就地控制、上位機(jī)或DCS控制這四種控制方式。其中就地控制、上位機(jī)和DCS控制方式相比兩級(jí)控制其技術(shù)更為完善，統(tǒng)稱為操作命令的優(yōu)先級(jí)，能夠確?？刂葡到y(tǒng)的一致性和安全性，加大發(fā)電廠安全生產(chǎn)的力度。

2.1.5 事件次序記錄。 發(fā)電站的一些重要設(shè)備一旦發(fā)生事故，對(duì)其主要信息及時(shí)的顯示出來是非常重要的，與此同時(shí)對(duì)其進(jìn)行相關(guān)的記錄也是一項(xiàng)重要的工作。將安全自動(dòng)裝置和斷路器的信號(hào)名稱、編號(hào)、動(dòng)作時(shí)間、動(dòng)作性質(zhì)及信號(hào)狀態(tài)等按正確的時(shí)間順序記錄下來并打印有利于對(duì)事故起因進(jìn)行分析，進(jìn)而得出相應(yīng)的解決辦法，預(yù)防下一次相同事故的發(fā)生。

2.2 高級(jí)管理。

2.2.1 電氣設(shè)施管理。 保護(hù)和自動(dòng)管理裝置的臺(tái)帳、檔案、維修記錄等均為電氣設(shè)施的管理范圍。以如今的技術(shù)做到電氣主站系統(tǒng)及時(shí)的記錄設(shè)備的動(dòng)作、運(yùn)行等情況，并自動(dòng)被傳至MIS 系統(tǒng)。

2.2.2 故障事件管理。 一般故障事件的管理要做到可以自動(dòng)記錄所有的相關(guān)信息，并做一些簡(jiǎn)單必要的分析，確定故障發(fā)生的主要原因，這對(duì)如何防范事故不會(huì)再次發(fā)生具有十分重要的意義。

3. 系統(tǒng)的組態(tài)模式及構(gòu)建

3.1 組態(tài)模式。

3.1.1 集中監(jiān)控。 集中監(jiān)控這種方法的好處就是能夠最大限度的保護(hù)控制器，該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)相對(duì)而言較為簡(jiǎn)單。然而，由于主要集中監(jiān)控在一個(gè)焦點(diǎn)上，各種功能的系統(tǒng)特征無(wú)法很好的發(fā)揮出來，所以該處理器的任務(wù)將太重，影響處理速度。將所有的電氣設(shè)備都插入顯示器，也能夠?qū)⒈槐O(jiān)視對(duì)象的數(shù)量大量增加，這也將使控制區(qū)域增加。

3.1.2 遠(yuǎn)程監(jiān)控。 與集中監(jiān)控相比，遠(yuǎn)程監(jiān)控對(duì)安裝成本所需的費(fèi)用更少，而且通過使用電纜，能夠讓控制區(qū)的配置更靈活和可靠性更高。但是缺點(diǎn)是現(xiàn)場(chǎng)總線的通信速度比較慢，近年來電廠電業(yè)務(wù)大大增加，所以這種監(jiān)測(cè)方法只適用于電廠機(jī)組系統(tǒng)。

3.1.3 現(xiàn)場(chǎng)總線監(jiān)控。 變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)已被廣泛使用，積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，此技術(shù)的信息傳輸速度也越來越快，加大了自動(dòng)化電氣設(shè)備的發(fā)展?，F(xiàn)場(chǎng)總線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)更具有針對(duì)性，能夠根據(jù)設(shè)計(jì)的不同時(shí)間間隔，同時(shí)運(yùn)行多種不同的功能。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是可以減少大量的隔離設(shè)備，如模擬卡部分。電氣設(shè)備的智能監(jiān)控還可以實(shí)現(xiàn)本地安裝和監(jiān)控系統(tǒng)通信線路自動(dòng)連接，可以節(jié)省大量的現(xiàn)場(chǎng)總線的控制，這種方式是計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)未來的主要發(fā)展方向。

3.2 大電廠電氣監(jiān)控系統(tǒng)的構(gòu)建。

（1）CPU分布式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是電廠電氣綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的子系統(tǒng)，每一層次都有不同的功能。整個(gè)體系被分為基站控制層和間隔層。不但能夠?qū)τ?jì)算機(jī)進(jìn)行監(jiān)控，還能夠完成主機(jī)之間正常的信息交換，以便提高發(fā)電站的整體監(jiān)控水平。操作工作站、遠(yuǎn)程工作站、專業(yè)維修工作站被統(tǒng)稱為單元層的信號(hào)站。主機(jī)和操作工作站的電氣運(yùn)行參數(shù)監(jiān)測(cè)為控制單元，是保證操作人員監(jiān)控的發(fā)電廠電氣系統(tǒng)的重要設(shè)備，它還能夠自動(dòng)抄表，對(duì)線路等相關(guān)信息進(jìn)行記錄，自動(dòng)發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤，以供其使用。

（2）例如：裝置管理工作站將有一個(gè)特殊的運(yùn)行狀態(tài)需要運(yùn)作，其遠(yuǎn)程工作站會(huì)將其連接到遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)和管理系統(tǒng)，遠(yuǎn)程控制中心將操作的動(dòng)力裝置利用電氣系統(tǒng)發(fā)送到遠(yuǎn)程控制中心，它將可以接收來自遠(yuǎn)程控制中心的數(shù)據(jù)，技術(shù)人員可在任何時(shí)間段修改和維護(hù)數(shù)據(jù)庫(kù)，進(jìn)行報(bào)表和界面的設(shè)計(jì)工作，同時(shí)利用網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控維護(hù)系統(tǒng)，對(duì)工作站進(jìn)行維護(hù)。

4. ECS 和DCS 的連接

4.1 根據(jù)發(fā)電廠的實(shí)際工作習(xí)慣，DCS 仍然是監(jiān)控的首要選擇。ECS 與DCS的連接，從DCS的角度來看，可以看作是擴(kuò)展了DCS的功能與監(jiān)控性能。包括數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（DAS）、模擬量控制系統(tǒng)（MCS）、順序控制系統(tǒng)（SCS）。對(duì)于采用全開放式的系統(tǒng)而言，ECS和DCS在保護(hù)層、通信層、現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控層實(shí)行全方位數(shù)據(jù)交換。

4.2 ECS和DCS的連接方式有很多種，大多數(shù)電廠采用以下兩種方式連接：（1）ECS 的通信處理采用以太網(wǎng)/RS-485/232 與DCS 的DPU 通信，根據(jù)預(yù)計(jì)的設(shè)置，把DCS的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)迅速的轉(zhuǎn)發(fā)到DPU，同時(shí)接受DPU下發(fā)的各種控制命令，并轉(zhuǎn)送到具體的測(cè)控保護(hù)裝置。本方案的特色之處在于ECS 與DCS 相互獨(dú)立，簡(jiǎn)單易控，是目前主流的方案。（2）ECS通過以太橋接入DCS以太網(wǎng)。交換一些實(shí)時(shí)性要求不高的信息，例如事件、分析結(jié)果、優(yōu)化方案等，這些數(shù)據(jù)往往與DCS的工作流程無(wú)關(guān)。

5. 發(fā)電廠電氣監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展前景

目前流行的ECS保留了過去DCS的全部?jī)?yōu)點(diǎn)，并在其基礎(chǔ)上進(jìn)行了全面的深化，使發(fā)電廠監(jiān)控系統(tǒng)邁向了一個(gè)新的水平。未來的電氣監(jiān)控系統(tǒng)將向著全面提升電氣自動(dòng)化和熱工自動(dòng)化水平的方向邁進(jìn)，方便運(yùn)行，容易操控，ECS功能全面化是未來監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展方向，ECS除應(yīng)將現(xiàn)有的廠用電監(jiān)控向更深層次發(fā)展之外，還應(yīng)將發(fā)電機(jī)的數(shù)據(jù)監(jiān)控、主從變壓器、SF6斷路器等主要設(shè)備的在線監(jiān)測(cè)診斷也納入ECS這一平臺(tái)。另外，基于現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)，全面使用分層控制，提高電氣監(jiān)控系統(tǒng)的可靠性，也是其發(fā)展方向。

6. 結(jié)語(yǔ)

發(fā)電廠電氣系統(tǒng)是由一組獨(dú)立的分布式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)和控制的，與發(fā)電廠電氣部分的運(yùn)行相比，這是一個(gè)更加經(jīng)濟(jì)可行的解決方案。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)的可靠性越來越高，未來將實(shí)現(xiàn)綜合自動(dòng)化的發(fā)電廠電氣部分，并預(yù)計(jì)它最終將與工廠的DCS系統(tǒng)合并，實(shí)現(xiàn)信息資源的共享，這將使電力系統(tǒng)自動(dòng)化的整體水平有一個(gè)質(zhì)的飛躍。

參考文獻(xiàn)

[1] 馮興林.高速公路交通監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)應(yīng)用的探討[J].中國(guó)新技術(shù)新產(chǎn)品，2010（1）.

[2] 焦邵華，李衛(wèi)等.大型火力發(fā)電廠電氣控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)模式[J]. 電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2005（19）：1～85，95.

[3] 董力群.火力發(fā)電廠廠用電監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用分析[J].山西電力，2007，（增）：77～78.

[文章編號(hào)]1619-2737（2015）07-29-035