CAN總線對發電廠電氣系統的自動化控制分析

王洪鑫

【摘 要】本文主要通過對相關的工程實踐進行總結，對如今火電廠電氣監控系統所采用的模式進行一些相關問題的探討，通過采用CAN總線對電網的系統組態模式自動化進行完善，并利用現有的案例，發現這種模式具有配置靈活和更容易維護等優點。

【關鍵詞】發電廠；熱工自動化；電氣自動化；電氣監控系統

【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

發電廠電氣自動化監控系統的布置方式和數量相對而言較復雜，而且廠用電設備的安裝一般都具有較多的元件數量，因為其運行管理的信息量相當巨大。這一系列因素造成了檢修維護工作復雜。但是電氣系統或設備在運行正常的過程中，人為的操作時間一般較少。所以這就要求電氣設備的可靠性高和運行速度快等特點。

2. 電氣監控功能

2.1 基本功能。

2.1.1 相關數據處理和收集。 眾所周知，搜集現場的相關信息是測控的主要目的，其作用是能夠將一些現場的模擬量等數據經過系統的計算檢驗出來。在進行檢驗的過程中，還能夠對一些相關的預處理數據進行合理性的校正，有利于對其重要數據進行整理。一般情況下，在對模擬量等信號類型進行采集的過程中，對電流、有功功率、無功功率等因數也能夠同時進行測定。脈沖量通常是指的有功電能和無功電能，狀態量則由信號斷路器、繼電保護等裝置組成的，其主要作用是對一些電力系統的不利狀態進行報警，當然其信號的監視功能也包含其中。

2.1.2 畫面顯示。

畫面顯示的主要作用是將所有的模擬量、相關計算量以及隔離開關、斷路器等在同一屏幕上顯示出來，當然實際掛牌檢修狀態也在其顯示的行列。

2.1.3 監視報警功能。

（1）監視報警功能能夠讓工作人員將電站的全部設備運行信息實質的顯示出來，包括設備參數、系統運行狀態和操作指令等重要信息。與此同時，還能夠將系統的實時信息通過結合畫面顯示功能顯示出來。

（2）例如發電廠的模擬量發生越限狀況，其監視報警功能能夠自動將越限對象名稱、編號、越限參數值、越限時間等重要數據顯示出來，并進行打印，還能夠自動的對越限次數進行計算。事故報警和預告報警是監視報警功能進行報警的兩種形式，通常利用不同信號燈的顏色來進行區分。

2.1.4 操作控制。 操作控制的方式主要有兩級控制、就地控制、上位機或DCS控制這四種控制方式。其中就地控制、上位機和DCS控制方式相比兩級控制其技術更為完善，統稱為操作命令的優先級，能夠確保控制系統的一致性和安全性，加大發電廠安全生產的力度。

2.1.5 事件次序記錄。 發電站的一些重要設備一旦發生事故，對其主要信息及時的顯示出來是非常重要的，與此同時對其進行相關的記錄也是一項重要的工作。將安全自動裝置和斷路器的信號名稱、編號、動作時間、動作性質及信號狀態等按正確的時間順序記錄下來并打印有利于對事故起因進行分析，進而得出相應的解決辦法，預防下一次相同事故的發生。

2.2 高級管理。

2.2.1 電氣設施管理。 保護和自動管理裝置的臺帳、檔案、維修記錄等均為電氣設施的管理范圍。以如今的技術做到電氣主站系統及時的記錄設備的動作、運行等情況，并自動被傳至MIS 系統。

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記錄所有的相關信息，并做一些簡單必要的分析，確定故障發生的主要原因，這對如何防范事故不會再次發生具有十分重要的意義。

3. 系統的組態模式及構建

3.1 組態模式。

3.1.1 集中監控。 集中監控這種方法的好處就是能夠最大限度的保護控制器，該系統的設計相對而言較為簡單。然而，由于主要集中監控在一個焦點上，各種功能的系統特征無法很好的發揮出來，所以該處理器的任務將太重，影響處理速度。將所有的電氣設備都插入顯示器，也能夠將被監視對象的數量大量增加，這也將使控制區域增加。

3.1.2 遠程監控。 與集中監控相比，遠程監控對安裝成本所需的費用更少，而且通過使用電纜，能夠讓控制區的配置更靈活和可靠性更高。但是缺點是現場總線的通信速度比較慢，近年來電廠電業務大大增加，所以這種監測方法只適用于電廠機組系統。

3.1.3 現場總線監控。 變電站綜合自動化系統已被廣泛使用，積累了豐富的經驗，此技術的信息傳輸速度也越來越快，加大了自動化電氣設備的發展。現場總線監測系統設計更具有針對性，能夠根據設計的不同時間間隔，同時運行多種不同的功能。這種方法的優點是可以減少大量的隔離設備，如模擬卡部分。電氣設備的智能監控還可以實現本地安裝和監控系統通信線路自動連接，可以節省大量的現場總線的控制，這種方式是計算機監控系統未來的主要發展方向。

3.2 大電廠電氣監控系統的構建。

（1）CPU分布式結構設計是電廠電氣綜合自動化系統的子系統，每一層次都有不同的功能。整個體系被分為基站控制層和間隔層。不但能夠對計算機進行監控，還能夠完成主機之間正常的信息交換，以便提高發電站的整體監控水平。操作工作站、遠程工作站、專業維修工作站被統稱為單元層的信號站。主機和操作工作站的電氣運行參數監測為控制單元，是保證操作人員監控的發電廠電氣系統的重要設備，它還能夠自動抄表，對線路等相關信息進行記錄，自動發現錯誤，以供其使用。

（2）例如：裝置管理工作站將有一個特殊的運行狀態需要運作，其遠程工作站會將其連接到遠程監測和管理系統，遠程控制中心將操作的動力裝置利用電氣系統發送到遠程控制中心，它將可以接收來自遠程控制中心的數據，技術人員可在任何時間段修改和維護數據庫，進行報表和界面的設計工作，同時利用網絡監控維護系統，對工作站進行維護。

4. ECS 和DCS 的連接

4.1 根據發電廠的實際工作習慣，DCS 仍然是監控的首要選擇。ECS 與DCS的連接，從DCS的角度來看，可以看作是擴展了DCS的功能與監控性能。包括數據采集系統（DAS）、模擬量控制系統（MCS）、順序控制系統（SCS）。對于采用全開放式的系統而言，ECS和DCS在保護層、通信層、現場監控層實行全方位數據交換。

4.2 ECS和DCS的連接方式有很多種，大多數電廠采用以下兩種方式連接：（1）ECS 的通信處理采用以太網/RS-485/232 與DCS 的DPU 通信，根據預計的設置，把DCS的實時數據迅速的轉發到DPU，同時接受DPU下發的各種控制命令，并轉送到具體的測控保護裝置。本方案的特色之處在于ECS 與DCS 相互獨立，簡單易控，是目前主流的方案。（2）ECS通過以太橋接入DCS以太網。交換一些實時性要求不高的信息，例如事件、分析結果、優化方案等，這些數據往往與DCS的工作流程無關。

5. 發電廠電氣監控系統的發展前景

目前流行的ECS保留了過去DCS的全部優點，并在其基礎上進行了全面的深化，使發電廠監控系統邁向了一個新的水平。未來的電氣監控系統將向著全面提升電氣自動化和熱工自動化水平的方向邁進，方便運行，容易操控，ECS功能全面化是未來監控系統的發展方向，ECS除應將現有的廠用電監控向更深層次發展之外，還應將發電機的數據監控、主從變壓器、SF6斷路器等主要設備的在線監測診斷也納入ECS這一平臺。另外，基于現場總線控制系統，全面使用分層控制，提高電氣監控系統的可靠性，也是其發展方向。

6. 結語

發電廠電氣系統是由一組獨立的分布式計算機系統進行監測和控制的，與發電廠電氣部分的運行相比，這是一個更加經濟可行的解決方案。隨著網絡技術的不斷發展，網絡的可靠性越來越高，未來將實現綜合自動化的發電廠電氣部分，并預計它最終將與工廠的DCS系統合并，實現信息資源的共享，這將使電力系統自動化的整體水平有一個質的飛躍。

參考文獻

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[文章編號]1619-2737（2015）07-29-035