现场总线下电力调度与监控

2023-02-22

为了满足优化业务流程, 强化监管能力, 方便客户、提高企业决策和管理水平, 有必要优化服务电力企业的自动化水平。这就需要电力相关的管理信息系统向科学化、正规化迈进。

1 系统应用必要性分析

目前我国与发达国家有着较大的距离, 许多动力厂采用常规的管理方法和手段对供、配电过程进行监视、控制及管理。这主要包括如下几点: (1) 只有调度中心才能够查看和处理相关数据; (2) 各个变电站只能通过人工抄写得到自己变电站的数据;所有的静态数据、报表分散在各个变电站, 调度中心如果想查看各个变电站的设备信息、报表等, 只能通过电话联系由专人传送, 导致部门之间的信息难以及时处理、准确收集及快速传递; (3) 由于动力厂的大部分工作需要调度中心和变电站等部门的协调配合, 造成现有管理方式的低效率。

由此可见, 在动力厂系统上开发一个基于网络技术的调度与变电运行管理信息系统, 改变现有的管理手段, 提高管理效率与水平, 是完全适时必要的。

2 现场总线控制系统 (FCS)

FCS的发展始于20世纪90年代末。由于微电子技术和计算机技术、大规模集成电路的发展, 许多传感器、执行机构、传动装置等现场设备均可实现智能化, 即内置CPU控制器, 对于这些智能现场设备增加一个串行数据接口 (如RS-232/485) 是非常方便的。有了这样的接口, 控制器就可以按照规定的协议, 通过串行通信方式来完成对现场设备的监控, 如果设想全部或大部分现场设备都具有串行通信接口和统一的通信协议, 只需一根通信电缆就可将分散的现场设备连接起来, 形成开放的、具有可操作性的网络将现场各控制器及仪表设备连接, 同时将部分控制功能下放的现场, 降低了安装成本和维护费用。因此, 现场总线控制系统必将成为21世纪监控系统的主流产品。

3 应用现场总线

3.1 现场总线的特点

根据国际电工委员会IEC (Iternational Eletrotechni calocmmissio) 标准:现场总线是一种应用于生产现场, 在现场设备之间、现场设备与控制装置之间实行双向、串行、多节点数字通信的技术。这是由IEC/TC65负责测量和控制系统数据通信部分国际标准化工作的S C 6 5/W G 6定义的。其本质表现在5个方面: (1) 现场通信网络:现场总线把通信线一直延伸到生产现场或生产设备, 是用于过程自动化和制造自动化的现场设备或现场仪表互联的现场通信网络。 (2) 现场设备互连:现场设备能通过一对传输线互连, 传输线可以是双绞线、同轴电缆、光缆和电源线等并可根据需要因地制宜的选择不同类型的传输介质。 (3) 互换性和互操作性:用户希望对不同品牌的现场设备统一组态, 构成所需要的控制回路, 这些就是现场设备互换性和互操作性。 (4) 分散功能块:CFS废止了DCS的输入/输出单元和控制站把DCS控制站的功能分散的分配给现场仪表, 从而构成虚拟控制站。 (5) 通信线供电:通信线供电方式允许现场仪表直接从通信线上摄取能量。

3.2 CC-Link总线

CC-Link在实际应用中不但表现优异而且硬件搭建和系统组态都非常简单。它只需使用通用的PLC编程软件在主站中进行简单的网络参数的设置, 便可以完成系统组态和数据刷新设定工作, 并且一旦网络中的模块出现故障, 可以迅速更换。CC-Link还具有独特的预约站功能即可以事先在系统组态时对计划将来要连接的站加以设定, 当此设备挂接在网络上时, CC-Link可以自动识别, 并纳入系统的运行, 不必重新进行组态, 保持系统的连续工作, 方便设计人员设计和调试系统。另外CC-Link完善的RAS功能如子站脱离功能使得子站在数据连接发生异常时, CC-Link自动切断该站而不影响其它站的正常工作, 而自动上线回复功能使得异常脱离的子站恢复正常时, 会自动连接到数据连接中并不需要重新设置整个系统, 再加上站号重叠检查功能、故障无效站功能、网络链接状态检查功能、自诊断功能等等, 提供了一个可以信赖的网络系统, 帮助用户在最短时间内恢复网络系统。

4 CC-Link下的监控

4.1 基本方案

基于“保证低压配电系统的可靠性”的要求, 现场总线被引入低压配电监控系统, 在企业中得到了广泛应用。系统贯彻“分散控制, 集中管理”的控制思想, 目前基于现场总线的低压配电监控系统的结构一般分为两个层次。 (1) 现场设备层:基于现场总线的低压配电监控系统将整个生产过程的控制功能彻底分散, 为每个配电柜就地配备了现场智能仪表这些现场智能仪表自带微处理器, 各自进行实时数据的采集、A/D转换、并结合实际情况, 对相关设备采取相应的保护措施, 以保证生产设备的安全和电压配电网络的稳定。智能现场仪表之间也可以相互通信实现互操作, 还能将采集的实时数据以及诊断信息上传给监控PC, 便于供配电设备管理。 (2) 过程监控层:过程监控层网络主要用于过程监控、优化、调度等方面信息的传输。其特点是信息传输具有一定的周期性和实时性, 数据吞吐量较大。监控站中计算机上运行着监控软件, 该软件是过程监控层的灵魂, 也是整个监控系统中重要的部分之一。监控软件协调完成同各个现场智能仪表的数据通讯任务, 把现场智能仪表采集到的各种数据如电压、电流以及报警信息、事故信息等以图表、曲线的方式直观地表现出来, 反映生产设备的运行状况, 供操作人员参考、记录;操作人员的控制信息也要通过监控软件才能下达。

4.2 系统详细描述

本系统是基于现场总线的计算机数据采集与控制系统, 现场的电压、电流和功率等电量采用电力监测仪表采集, 各回路断路器的状态 (包括分、合和故障情况) 由PLC采集和控制。采集的数据通过CC-Link/LT的远程I/O模块就地转化为数字信号, 然后通过总线传给PLC。PLC再发出控制指令控制整个系统, 并通过串口送到监控计算机。监控机应用组态软件对PLC传递的数据进行处理、显示和存储, 监控中心也可依据管理的权限向PLC控制中心发出控制要求, 再通过P L C控制整个系统。系统为主从分层分布式结构, 控制系统通信结构分为设备层、现场控制层和管理层。 (1) 设备层。底层设备层采用CC-Link/LT总线, 接入的设备有万能式断路器、塑壳式断路器、电量表、I/O模块、无功补偿控制器等。 (2) 现场控制层 (主站层) 。采用标准CC-LINK/LT总线协议, 以现场总线实现系统控制器与底层设备之间的通信;通信电缆采用C C-LINK/LT总线标准电缆, 具有较长的通信距离及较强的抗干扰能力, 适用于工业现场。 (3) 现场管理层。采用“组态王”监控软件, 实现系统控制器上级管理器之间的通信。

摘要：本文对于电力调度与监控提出了一种基于CC-LINK现场总线的方案。论文给出了现场总线的定义与特点, 给出了系统的结构, 对其主要组成进行了详细分析。

关键词：电力监控,调度,现场总线,信息系统,通信