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[摘要]:我國電站自動化從上世紀(jì)80年代末開始。目前隨著自動化技術(shù)、計算機技術(shù)的逐漸成熟,各大系統(tǒng)集成商面對業(yè)主需求和市場競爭,緊跟系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展潮流,開發(fā)新的系統(tǒng),應(yīng)對客戶在自動化程度、功能、可靠性以及開放程度上的更高要求。[關(guān)鍵詞]:水電站自動化系統(tǒng) LCU 雙網(wǎng)/單網(wǎng)控制  一、系統(tǒng)概述:

1、水電站自動化系統(tǒng)概括說明:

水電站自動化系統(tǒng)是電站安全、優(yōu)質(zhì)、高效運行的重要保證。 目前我國絕大多數(shù)大中型電廠以及新建電廠均投入計算機自動化系統(tǒng)設(shè)備,國內(nèi)自動化系統(tǒng)的市場已步入成熟發(fā)展的階段。

水電站自動化系統(tǒng)采用全開放、分層分布式結(jié)構(gòu),系統(tǒng)由站控層、網(wǎng)絡(luò)層和現(xiàn)地層設(shè)備構(gòu)成。 站控層各站點功能相對獨立,互不影響;現(xiàn)地層以間隔為單元,各個LCU(現(xiàn)地控制單元Local Control Unit)功能也相對獨立,在站控層故障的情況下,LCU 仍能獨立完成其監(jiān)測和控制功能。 站控層是水電廠/站設(shè)備監(jiān)視、測量、控制、管理的中心。站控層包括:操作員站、工程師站、通信服務(wù)器。另外根據(jù)水電廠/站的需要可以配置模擬屏、背投系統(tǒng)。 現(xiàn)地層一般以間隔為單元,配有機組LCU、公用設(shè)備及升壓站LCU、壩區(qū)LCU以及輔機控制單元等,不同的控制對象分散在各個機旁,或是中控室。在站控層及網(wǎng)絡(luò)層故障的情況下,現(xiàn)地層仍能獨立完成各間隔的監(jiān)測和控制功能。現(xiàn)地層各LCU完成各單元的任務(wù),相互獨立,一個LCU故障不會影響其他LCU的運行。 網(wǎng)絡(luò)層是站控層與現(xiàn)地層數(shù)據(jù)傳輸通道通。網(wǎng)絡(luò)層可以按不同的容量的水電廠/站和不同的客戶需求,配置成單以太網(wǎng)、雙以太網(wǎng)和光纖自愈環(huán)網(wǎng)。網(wǎng)絡(luò)通訊介質(zhì)可采用光纖、同軸電纜或屏蔽雙絞線。 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)有:單以太網(wǎng)、雙以太網(wǎng)模式等。 單以太網(wǎng)系統(tǒng)特點是:在保證系統(tǒng)數(shù)據(jù)通道帶寬的同時,做到系統(tǒng)擴展能力強,形式簡潔,接口簡單,方便安裝調(diào)試。在實現(xiàn)系統(tǒng)性能的同時,可以有效地降低系統(tǒng)的成本。系統(tǒng)適合與中小型水電站,以及對系統(tǒng)成本控制有較高要求的水電站。

選用雙以太網(wǎng)模式,相比單以太網(wǎng)而言,有效地提高系統(tǒng)的可靠性以及分擔(dān)數(shù)據(jù)流量、減輕網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷,相應(yīng)得網(wǎng)絡(luò)投資加大。正常時,設(shè)備的數(shù)據(jù)交換分配在兩個網(wǎng)絡(luò)上,當(dāng)某個網(wǎng)絡(luò)發(fā)生故障的時候,立即自動切換到非故障的網(wǎng)絡(luò)上,保證系統(tǒng)得正常通訊。該網(wǎng)絡(luò)模式適用于各類大中型水電站,以及對系統(tǒng)可靠性要求相對較高的用戶。

現(xiàn)地層可以根據(jù)電廠的情況配備各種功能的LCU(現(xiàn)地控制單元),按對象分散,可設(shè)機組LCU,公用設(shè)備及開關(guān)站LCU,壩區(qū)LCU等。

現(xiàn)地控制單元LCU主要有以下設(shè)備構(gòu)成: 現(xiàn)地I/O控制單元:PLC+現(xiàn)地工作站 同期裝置 溫度巡檢、轉(zhuǎn)速信號裝置 接收232/485設(shè)備的參數(shù),并通過工業(yè)以太網(wǎng)總線,使用modbus TCP協(xié)議,協(xié)調(diào)232/485設(shè)備和P微機保護裝置 微機測控裝置 LCU現(xiàn)場模式,圖示如下: LCU的設(shè)備包括PLC,保護、測控裝置,溫度巡檢、轉(zhuǎn)速信號以及調(diào)速和勵磁等智能設(shè)備,以及以串口RS485/RS232方式接入并轉(zhuǎn)換為以太網(wǎng)接入的嵌入式服務(wù)器機組

2、機組LCU雙網(wǎng)控制方案

系統(tǒng)架構(gòu)
  嵌入式服務(wù)器HMI60-20TU可作為主站從電量采集裝置讀取有用數(shù)據(jù);也可以串連接其他廠家智能裝置(勵磁、調(diào)速器、溫度巡檢等);同時,嵌入式通訊服務(wù)器具有雙網(wǎng)卡,支持雙網(wǎng)冗余,而且,通過ModbusTCP可以與PLC的網(wǎng)絡(luò)口建立連接,監(jiān)視當(dāng)前機組單元的所有信息,并能下發(fā)各種控制以及調(diào)節(jié)命令。

系統(tǒng)分系
  1)、雙網(wǎng)冗余的實現(xiàn)方法:我們使用Modicon Quantum Unity熱備系統(tǒng)實現(xiàn)雙PLC熱備控制,同時每個plc配備兩個NOE以太網(wǎng)模塊,每個plc的以太網(wǎng)模塊和一個交換機形成一個網(wǎng)絡(luò),這樣,我們從系統(tǒng)圖中可以看到,已經(jīng)形成了兩個相互獨立的網(wǎng)絡(luò)。通過嵌入式服務(wù)器HMI60-20TU的雙網(wǎng)卡,我們可以達(dá)到雙網(wǎng)冗余:MODICON QUANTUM Unity 熱備系統(tǒng)可以實現(xiàn)網(wǎng)址的自動轉(zhuǎn)換,我們只要判斷兩個網(wǎng)絡(luò)是否正常,如果正常,選擇主網(wǎng)進行PLC進行監(jiān)控,否則,副網(wǎng)監(jiān)控。如果雙網(wǎng)有問題,報警。
  2)、嵌入式服務(wù)器HMI60-20TU具有四個串口,可以LC整體運行。

3、機組LCU單網(wǎng)控制方案

系統(tǒng)架構(gòu)
  一體化工控機TPC105TD-b可作為主站從232/485設(shè)備讀取有用數(shù)據(jù),比如勵磁、調(diào)速器、溫度巡檢等。同時,一體化工控機TPC105TD-b具一個以太網(wǎng)通訊口,而且,通過ModbusTCP可以與PLC的網(wǎng)絡(luò)口建立連接,監(jiān)視當(dāng)前冗余控制機組單元的所有信息,并能下發(fā)各種控制以及調(diào)節(jié)命令;當(dāng)然,也可以和嵌入式通訊服務(wù)器連接,和第三方的設(shè)備進行數(shù)據(jù)交換。

系統(tǒng)分系
  1)、Modicon Quantum Unity 熱備系統(tǒng)實現(xiàn)雙PLC熱備控制可以實現(xiàn)網(wǎng)址的自動轉(zhuǎn)換,一體化工控機TPC105TD-b有一個以太網(wǎng)口,通過modbus TCP協(xié)議,監(jiān)控PLC。同時,一體化工控機TPC105TD-b有兩個串口,可以接收232/485設(shè)備的參數(shù)。所以,一體化工控機TPC105TD-b可以做master主站,控制和協(xié)調(diào) 232/485設(shè)備與PLC工作。
  2)、一體化工控機TPC105TD-b的以太網(wǎng)口,可以做slave分站modbus TCP通訊,也就是我們可以將一體化工控機TPC105TD-b看作一個帶modbus TCP通訊的子設(shè)備,并通過工業(yè)以太網(wǎng)總線,使用modbus TCP協(xié)議,接受嵌入式通訊服務(wù)器的監(jiān)控。

4、設(shè)備分系:

  1)、嵌入式服務(wù)器HMI60-20TU特點:

12.1" SVGA TFT LCD,分辨率可達(dá)800 X 600 雙10/100 Base-T RJ-45 端口 板載VIA C3-400 MHz (Intel Celeron-400),128 MB/256 MB RAM 2個RS-232,2個 RS-232/422/485端口 2個USB端口 和一個 Type I/II PC 卡符合NEMA4/IP65標(biāo)準(zhǔn)的鋁鎂前面板 面板和壁掛式安裝 支持微軟嵌入式實時多任務(wù)操作系統(tǒng)WinCE.net(中文版)和嵌入版組態(tài)軟件工程。

  2)、一體化工控機TPC105TD-b是一套以嵌入式低功耗CPU為核心(主頻400 MHz)的高性能嵌入式一體化工控機。特點:

10.4英寸高亮度TFT液晶顯示屏(分辨率640× 480) 四線電阻式觸摸屏(分辨率1024×1024) 預(yù)裝微軟嵌入式實時多任務(wù)操作系統(tǒng)WinCE.net(中文版)和HMIBuilder嵌入版無限點組態(tài)軟件 支持usb窗口打印和串口微型打印機行打印 通訊端口豐富:1個232串口、1個232/485串口、2個USB和1個以太網(wǎng)口 24伏直流供電,工業(yè)塑料結(jié)構(gòu),抗干擾能力強;

二、I/O分析:

1、基本I/O分析:
  DI/O:300~400;
  AD/DA:幾十個。

三、軟件說明:

1、嵌入式服務(wù)器HMI60-20TU軟件工程。
2、一體化工控機TPC105TD-b嵌入式組態(tài)。

四、產(chǎn)品明細(xì):

LCU單網(wǎng)控制系統(tǒng)方案:

  1、方案1(推薦):

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