專利名稱：電廠電氣自動化系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電力系統(tǒng)中電氣的自動化領(lǐng)域，特別是涉及電廠中的一種分層分布式的電氣監(jiān)控系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著電力行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步，電廠運(yùn)行的自動化水平日趨提高，要求電廠鍋爐、汽機(jī)和電氣實(shí)現(xiàn)一體化運(yùn)行，這不僅包括鍋爐、汽機(jī)自動化而且包括電氣的自動化。電廠的電氣部分分為廠用電部分、網(wǎng)控部分和發(fā)變機(jī)組部分。其中廠用電和發(fā)變組部分直接關(guān)系到電廠的生產(chǎn)與運(yùn)行；網(wǎng)控部分是電廠與輸電網(wǎng)發(fā)生聯(lián)系的重要部分。
目前，大多數(shù)電廠都具有側(cè)重于汽機(jī)、鍋爐自動化控制的DCS系統(tǒng)，以熱工自動化部分為龍頭的電廠分布式運(yùn)行監(jiān)控系統(tǒng)(DCS)已經(jīng)在新建和改建電廠中得以大量應(yīng)用，對電氣部分的自動化運(yùn)行考慮較少。電氣系統(tǒng)的測量、保護(hù)動作、整定、事故追憶等信息在DCS系統(tǒng)無法反應(yīng)。電氣設(shè)備(電動機(jī)、變壓器、斷路器等)與DCS測控單元之間采用電纜連接，成本高。電廠電氣監(jiān)控及自動化融入整個(gè)電廠的監(jiān)控系統(tǒng)成為電廠的迫切需要。電廠電氣自動化系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)將直接完善了DCS系統(tǒng)的監(jiān)控范圍，將大大提高電廠運(yùn)行的自動化水平。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了克服上述缺陷，適應(yīng)電廠電氣監(jiān)控及自動化融入整個(gè)電廠的監(jiān)控系統(tǒng)為電廠的迫切需要，提出了一種電廠電氣自動化系統(tǒng)，所述的系統(tǒng)是通過如下的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，所述的電廠電氣自動化系統(tǒng)包括監(jiān)控計(jì)算機(jī)系統(tǒng)及網(wǎng)絡(luò)層，該層包括主計(jì)算機(jī)、備計(jì)算機(jī)和虛擬數(shù)據(jù)處理單元計(jì)算機(jī)，并通過兩個(gè)雙以太網(wǎng)EtherNet將它們進(jìn)行連接，主、備計(jì)算機(jī)組成典型的電氣監(jiān)控系統(tǒng)，采用雙機(jī)、雙網(wǎng)冗余熱備用方式進(jìn)行工作，以便確保其可靠性，所述的虛擬數(shù)據(jù)處理單元計(jì)算機(jī)用于實(shí)現(xiàn)電氣監(jiān)控系統(tǒng)與電廠控制系統(tǒng)DCS的網(wǎng)絡(luò)通訊；
通信處理機(jī)及現(xiàn)場總線層，該層包括數(shù)據(jù)處理單元(DPU)、通信處理機(jī)、DPU通信處理機(jī)，并通過Lonworks現(xiàn)場總線將它們進(jìn)行連接，所述的通信處理機(jī)用于通過現(xiàn)場總線Lonworks向以太網(wǎng)EtherNet和RS232傳輸數(shù)據(jù)，并對其所連設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)報(bào)文處理和規(guī)約轉(zhuǎn)換；測控保護(hù)裝置層，該層包括微機(jī)保護(hù)、測控裝置，所述微機(jī)保護(hù)、測控裝置(7)通過Lonworks現(xiàn)場總線與通信處理機(jī)進(jìn)行連接，用于對系統(tǒng)的裝置進(jìn)行保護(hù)和測控。
所述的微機(jī)保護(hù)、測控裝置與通信處理機(jī)采用Lonworks現(xiàn)場總線通信，設(shè)備層通信規(guī)約采用IEC870-5-101、ModBus、其它主流廠家規(guī)約等；通信處理機(jī)與電氣監(jiān)控計(jì)算機(jī)系統(tǒng)之間采用雙以太網(wǎng)通信，采用監(jiān)控系統(tǒng)層規(guī)約，如IEC870-5-104、其它主流廠家規(guī)約等。
所述的微機(jī)保護(hù)、測控裝置(7)包括線路保護(hù)測控裝置、變壓器保護(hù)測控裝置、電動機(jī)保護(hù)測控裝置、電動機(jī)差動保護(hù)測控裝置、測控模塊以及其他保護(hù)測控裝置。
采用該系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是采用現(xiàn)場總線通信技術(shù)，替代電纜直連傳輸模擬信號的落后自動化方式，設(shè)備就地安裝，與DCS間通過數(shù)據(jù)交換實(shí)現(xiàn)連接，可節(jié)省大量測量、控制電纜，可省略變送器，經(jīng)濟(jì)效益顯著。新系統(tǒng)可提供的電氣信息量極大豐富，且交換不受限制；可實(shí)現(xiàn)運(yùn)行分析、畫面顯示、報(bào)表生成、打印、人機(jī)接口、事件記錄、報(bào)警、事故追憶、防誤閉鎖等豐富的電氣自動化應(yīng)用功能。


下面結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對本發(fā)明再作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
圖1為本發(fā)明的監(jiān)控計(jì)算機(jī)系統(tǒng)及網(wǎng)絡(luò)層構(gòu)成示意圖；圖2為本發(fā)明中的通信處理機(jī)數(shù)據(jù)流程圖；圖3是本發(fā)明的虛擬數(shù)據(jù)處理單元向監(jiān)控系統(tǒng)寫入數(shù)據(jù)的過程示意圖；圖4是監(jiān)控系統(tǒng)通過虛擬數(shù)據(jù)處理單元下發(fā)遙控的執(zhí)行過程示意圖。
具體實(shí)施例方式
圖1為本發(fā)明的監(jiān)控計(jì)算機(jī)系統(tǒng)及網(wǎng)絡(luò)層構(gòu)成示意圖。如圖1所示，本發(fā)明的電廠電氣自動化系統(tǒng)包括監(jiān)控計(jì)算機(jī)系統(tǒng)及網(wǎng)絡(luò)層(第一層)，該層包括主計(jì)算機(jī)CSPA1、備計(jì)算機(jī)CSPA2和虛擬數(shù)據(jù)處理單元計(jì)算機(jī)SDPU3，并通過兩個(gè)雙以太網(wǎng)EtherNet101，EtherNet102將它們進(jìn)行連接，主、備計(jì)算機(jī)CSPA1，CSPA2組成典型的電氣監(jiān)控系統(tǒng)，采用雙機(jī)、雙網(wǎng)冗余熱備用方式進(jìn)行工作，以便確保其可靠性，所述的虛擬數(shù)據(jù)處理單元計(jì)算機(jī)SDPU3用于實(shí)現(xiàn)電氣監(jiān)控系統(tǒng)與電廠控制系統(tǒng)DCS的網(wǎng)絡(luò)通訊；通信處理機(jī)及現(xiàn)場總線層(第二層)，該層包括數(shù)據(jù)處理單元DPU4、通信處理機(jī)5、DPU通信處理機(jī)6，并通過Lonworks現(xiàn)場總線8將它們進(jìn)行連接，所述的DPU通信處理機(jī)6用于接收Lonworks現(xiàn)場總線8的數(shù)據(jù)，向以太網(wǎng)EtherNet101、以太網(wǎng)EtherNet102傳輸數(shù)據(jù)，通過RS232向DPU4傳輸數(shù)據(jù)，并處理其所連設(shè)備的通信傳輸數(shù)據(jù)報(bào)文和進(jìn)行規(guī)約轉(zhuǎn)換。Lonworks一種廣泛應(yīng)用的工業(yè)控制現(xiàn)場總線技術(shù)，通信速率為78K-1.25M bps；在電力自動化中大量使用。測控、保護(hù)裝置與CSE200通信處理機(jī)采用Lonworks現(xiàn)場總線8通信、設(shè)備層通信規(guī)約，如IEC870-5-101，ModBus，主流廠家規(guī)約等；CSE200與電氣監(jiān)控計(jì)算機(jī)系統(tǒng)之間采用雙以太網(wǎng)通信，監(jiān)控系統(tǒng)層規(guī)約，如IEC870-5-104，主流廠家規(guī)約等。CSE200如與DPU通信，則稱為CSE200-DPU。與熱控有關(guān)的電動機(jī)保護(hù)測控裝置通過CSE200-DPU與DPU用雙RS232連接，進(jìn)入DPU熱控連鎖邏輯，并受DPU控制。
保護(hù)測控裝置層(第三層)，該層微機(jī)保護(hù)測控裝置包括線路保護(hù)測控裝置、變壓器保護(hù)測控裝置、電動機(jī)保護(hù)測控裝置、電動機(jī)差動保護(hù)測控裝置、測控模塊以及其他保護(hù)測控裝置。這些保護(hù)測控裝置通過Lonworks現(xiàn)場總線8與通信處理機(jī)連接；CSE200通信處理機(jī)一般現(xiàn)場安裝，支持以LonWorks現(xiàn)場總線8、RS485或者RS232單元接口方式管理分散的智能設(shè)備，通過專門的報(bào)文解析任務(wù)解析設(shè)備報(bào)文，把測量數(shù)據(jù)整理為有序的數(shù)據(jù)庫供遠(yuǎn)動規(guī)約的任務(wù)訪問，把遙信變位、遙控、遙調(diào)的響應(yīng)填寫入FIFO的信息隊(duì)列，激活遠(yuǎn)動規(guī)約任務(wù)。遠(yuǎn)動任務(wù)以標(biāo)準(zhǔn)的遠(yuǎn)動規(guī)約形式通過RS232串行遠(yuǎn)動接口或者高速工業(yè)以太網(wǎng)聯(lián)接終端管理系統(tǒng)，例如調(diào)度主站或者當(dāng)?shù)乇O(jiān)控主站。目前配置時(shí)可以選擇的遠(yuǎn)動規(guī)約有IEC101、IEC104、DNP3.0、CDT、MODBUS和SC1801。CSE200串行口支持從300到57600bps的波特率，以太網(wǎng)的容量為10M，支持雙絞線電纜或者光纜以太網(wǎng)方式。CSE200除了可以報(bào)送裝置本身實(shí)際的物理量外，還能夠?qū)γ恳粋€(gè)設(shè)備、端口的信息進(jìn)行監(jiān)視，生成裝置通訊故障和端口通訊故障的虛遙信，通知主站端進(jìn)行檢修。當(dāng)判斷出裝置通訊故障時(shí)，報(bào)送的測量數(shù)據(jù)則置數(shù)據(jù)無效標(biāo)志，以保障主站數(shù)據(jù)的有效性。同時(shí)，CSE200的數(shù)據(jù)庫還支持多個(gè)遙信點(diǎn)的合成，這樣在必要的條件下，多個(gè)相關(guān)的遙信可以以一個(gè)同時(shí)刷新一個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，便于主站端配置數(shù)據(jù)。例如，多個(gè)裝置的故障告警信號可以合成為一個(gè)總告警信號以驅(qū)動主站的電笛。
CSE200的以太網(wǎng)固定配置了專用監(jiān)控規(guī)約，可以支持CSPA2000主站。該規(guī)約基于以太網(wǎng)UDP通訊，CSE200通過一個(gè)UDP端口循環(huán)向主站報(bào)送帶有品質(zhì)描述的遙測、遙信和遙脈信息，并實(shí)時(shí)插送遙信變位、SOE、遙控響應(yīng)報(bào)文。CSE200的UDP報(bào)文以組播方式發(fā)送，當(dāng)多個(gè)CSE200裝置工作于一個(gè)物理網(wǎng)段下時(shí)，可以有效的防止互相之間的報(bào)文沖撞。CSE200的CPU為Motorola公司的工業(yè)級32位高速通訊處理芯片-68360，內(nèi)嵌實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，在快速采集現(xiàn)場數(shù)據(jù)的同時(shí)可以實(shí)時(shí)響應(yīng)監(jiān)控系統(tǒng)中的突發(fā)事件。工業(yè)級的PCB板設(shè)計(jì)，保證裝置可以在現(xiàn)場的惡劣條件下可靠工作。扁平機(jī)箱設(shè)計(jì)便于現(xiàn)場組屏安裝。使用CSE200擴(kuò)展了商用PC前置機(jī)的通訊容量，并將設(shè)備的現(xiàn)通訊與監(jiān)控系統(tǒng)的商業(yè)通訊網(wǎng)實(shí)現(xiàn)物理上和規(guī)約上的有效隔離，增強(qiáng)了其通訊的可靠性，也利于主站系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化。
圖2為本發(fā)明中的通信處理機(jī)數(shù)據(jù)流程圖。如圖2所示，對于圖1中的CSE200通信處理機(jī)5，該CSE200通過現(xiàn)場總線Lonwork接口，接收圖1中微機(jī)保護(hù)、測控裝置7的數(shù)據(jù)報(bào)文，進(jìn)行報(bào)文處理。CSE200對報(bào)文進(jìn)行解釋，從中得到裝置地址、數(shù)據(jù)索引、數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)寫入CSE200自身的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫。CSE200定時(shí)的將數(shù)據(jù)從實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫中取出，通過雙以太網(wǎng)接口，向圖1中的CSPA主機(jī)1或CSPA備機(jī)2發(fā)送數(shù)據(jù)。CSPA主機(jī)1的控制命令，通過以太網(wǎng)發(fā)給CSE200，CSE200通過現(xiàn)場總線Lonworks接口發(fā)給目標(biāo)裝置。對于圖1中的CSE200-DPU通信處理機(jī)6，除上述功能外，CSE200定時(shí)的將數(shù)據(jù)從實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫中取出，通過串口，向圖1中的DPU數(shù)據(jù)處理單元4發(fā)送數(shù)據(jù)。DPU數(shù)據(jù)處理單元4的控制命令，通過串口發(fā)給CSE200，CSE200通過現(xiàn)場總線Lonworks接口發(fā)給目標(biāo)裝置。
圖3是本發(fā)明的虛擬數(shù)據(jù)處理單元SDPU向監(jiān)控系統(tǒng)寫入數(shù)據(jù)的過程示意圖。對于圖1中的SDPU虛擬數(shù)據(jù)處理單元3，通過以太網(wǎng)101與圖1中的CSPA主機(jī)1或CSPA備機(jī)2通信，保證SDPU上的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的及時(shí)刷新。SDPU定時(shí)取實(shí)時(shí)庫數(shù)據(jù)(遙測YC、遙信YX、遙脈YM)。如果判斷遙信數(shù)據(jù)YX有變化，則將其寫入DCS系統(tǒng)，通過以太網(wǎng)102，按照‘DCS的SBP機(jī)制’，傳到DCS，否則放棄。如果判斷遙測數(shù)據(jù)YC或遙脈數(shù)據(jù)YM有變化，并且未超出變化的合理范圍，則將其寫入DCS系統(tǒng)，通過以太網(wǎng)2，按照‘DCS的SBP機(jī)制’，傳到DCS。如果判斷遙測數(shù)據(jù)YC或遙脈數(shù)據(jù)YM不變或超出變化的合理范圍，則放棄。
圖4是DCS監(jiān)控系統(tǒng)通過虛擬數(shù)據(jù)處理單元SDPU下發(fā)遙控到最終測控裝置的執(zhí)行過程示意圖。發(fā)電機(jī)組DCS通過以太網(wǎng)2將控制命令下達(dá)給SDPU虛擬數(shù)據(jù)處理單元3，SDPU通過以太網(wǎng)1將此控制命令下達(dá)給CSPA主機(jī)1，CSPA主機(jī)1通過以太網(wǎng)1將此控制命令下達(dá)給CSE200通信處理機(jī)5或CSE200-DPU通信處理機(jī)6，CSE200通過現(xiàn)場總線Lonworks將此控制命令下達(dá)給微機(jī)保護(hù)、測控裝置7，保護(hù)測控裝置最終執(zhí)行該控制命令。
由于上述的一些通信處理機(jī)和線路保護(hù)測控裝置、變壓器保護(hù)測控裝置、電動機(jī)保護(hù)測控裝置、電動機(jī)差動保護(hù)測控裝置、測控模塊以及其他保護(hù)測控裝置等可以使用現(xiàn)有技術(shù)的設(shè)備，因此，對于上述裝置的具體構(gòu)成沒有進(jìn)一步描述的必要，但是，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以根據(jù)本發(fā)明權(quán)利要求限定的技術(shù)方案進(jìn)行增減某些裝置等修改，這些修改都在本發(fā)明的權(quán)利要求書的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種電廠電氣自動化系統(tǒng)，所述的電廠電氣自動化系統(tǒng)包括監(jiān)控計(jì)算機(jī)系統(tǒng)及網(wǎng)絡(luò)層，該層包括主計(jì)算機(jī)(1)、備計(jì)算機(jī)(2)和虛擬數(shù)據(jù)處理單元計(jì)算機(jī)(3)，并通過兩個(gè)雙以太網(wǎng)EtherNet(101，102)將它們進(jìn)行連接，主、備計(jì)算機(jī)組成典型的電氣監(jiān)控系統(tǒng)，采用雙機(jī)、雙網(wǎng)冗余熱備用方式進(jìn)行工作，以便確保其可靠性，所述的虛擬數(shù)據(jù)處理單元計(jì)算機(jī)(3)用于實(shí)現(xiàn)電氣監(jiān)控系統(tǒng)與電廠控制系統(tǒng)DCS的網(wǎng)絡(luò)通訊；通信處理機(jī)及現(xiàn)場總線層，該層包括數(shù)據(jù)處理單元DPU(4)、多個(gè)通信處理機(jī)(5-1，5-2)、DPU通信處理機(jī)，并通過Lonworks現(xiàn)場總線(8)將它們進(jìn)行連接，所述的多個(gè)通信處理機(jī)(5-1，5-2)用于通過Lonworks現(xiàn)場總線(8)向以太網(wǎng)EtherNet(101，102)和RS232傳輸數(shù)據(jù)，并對其所連設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)報(bào)文處理和規(guī)約轉(zhuǎn)換；測控保護(hù)裝置層，該層包括微機(jī)保護(hù)、測控裝置(7)，所述微機(jī)保護(hù)、測控裝置(7)通過Lonworks現(xiàn)場總線(8)與通信處理機(jī)進(jìn)行連接，用于對系統(tǒng)的裝置進(jìn)行保護(hù)和測控。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征至于所述的微機(jī)保護(hù)、測控裝置(7)與通信處理機(jī)采用Lonworks現(xiàn)場總線(8)通信，設(shè)備層通信規(guī)約采用IEC870-5-101、ModBus、其它主流廠家規(guī)約；通信處理機(jī)與電氣監(jiān)控計(jì)算機(jī)系統(tǒng)之間采用雙以太網(wǎng)通信，采用監(jiān)控系統(tǒng)層規(guī)約，如IEC870-5-104、其它主流廠家規(guī)約。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的系統(tǒng)，其特征至于所述的微機(jī)保護(hù)、測控裝置(7)包括線路保護(hù)測控裝置、變壓器保護(hù)測控裝置、電動機(jī)保護(hù)測控裝置、電動機(jī)差動保護(hù)測控裝置、測控模塊以及其他保護(hù)測控裝置。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種電廠電氣自動化系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括監(jiān)控計(jì)算機(jī)系統(tǒng)及網(wǎng)絡(luò)層、通信處理機(jī)及現(xiàn)場總線層和測控保護(hù)裝置層。監(jiān)控計(jì)算機(jī)系統(tǒng)及網(wǎng)絡(luò)層包括主計(jì)算機(jī)、備計(jì)算機(jī)和虛擬數(shù)據(jù)處理單元計(jì)算機(jī)，通過兩個(gè)雙以太網(wǎng)將它們進(jìn)行連接；通信處理機(jī)及現(xiàn)場總線層包括通信處理機(jī)、DPU通信處理機(jī)，規(guī)約轉(zhuǎn)換通信處理機(jī)；測控保護(hù)裝置層通過現(xiàn)場總線與各種通信處理機(jī)連接。該系統(tǒng)采用現(xiàn)場總線通信技術(shù)，設(shè)備就地安裝，與DCS間通過通信電纜連接，完成數(shù)據(jù)交換，可節(jié)省大量測量、控制電纜，可省略變送器。該系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)運(yùn)行分析、畫面顯示、報(bào)表生成、打印、人機(jī)接口、事件記錄、報(bào)警、事故追憶、防誤閉鎖等豐富的電氣自動化應(yīng)用功能。
文檔編號G05B15/02GK1482521SQ03153449
公開日2004年3月17日 申請日期2003年8月14日 優(yōu)先權(quán)日2003年8月14日
發(fā)明者杜宏, 焦邵華, 杜 宏 申請人:北京四方華能電網(wǎng)控制系統(tǒng)有限公司, 北京四方繼保自動化有限公司