全新工業(yè)信息和自動化系統(tǒng)跨邊界全程可信交換平臺的制作方法
【專利說明】全新工業(yè)信息和自動化系統(tǒng)跨邊界全程可信交換平臺
[0001]本發(fā)明全新工業(yè)信息和自動化系統(tǒng)跨邊界全程可信交換平臺屬于電子領域。
[0002]今天企業(yè)自動化與信息化方興未艾，對于提升制造性企業(yè)的競爭力而言，其內容和建設的程度都有著重大的影響。
[0003]企業(yè)要想做好信息化與自動化，首先必須對其概念有清楚地了解。
[0004]工業(yè)自動化系統(tǒng)集成推出、創(chuàng)新的工業(yè)生產解決方案，具體是指綜合運用控制理論、電子設備、儀器儀表、計算機軟硬件技術及其他技術，對發(fā)電過程實現(xiàn)檢測、控制、優(yōu)化、調度、管理和決策，達到增加發(fā)電量、提高發(fā)電生產效率和質量、降低消耗、確保安全等目的的一類綜合性技術。
[0005]現(xiàn)今，我國發(fā)電廠基本上全部采用了分散控制系統(tǒng)或可編程邏輯控制器等計算機控制系統(tǒng)，系統(tǒng)裝備水平大大提升。
[0006]現(xiàn)今，創(chuàng)新的自動化系統(tǒng)控制著復雜的工藝流程，并確保過程運行的可靠及安全，為先進的維護策略也打造了相應的基礎。電力過程自動化技術的日新月異和控制水平的不斷提高，為電力工業(yè)解決能源資源和環(huán)境約束的矛盾創(chuàng)造了條件。隨著社會及電力工業(yè)的發(fā)展，電力自動化的重要性與日劇增。傳統(tǒng)的信息、通訊和自動化技術之間的障礙正在逐漸消失。最新的技術，包括無線網(wǎng)絡、現(xiàn)場總線、變頻器及人機界面、控制軟件等，大大提升了過程系統(tǒng)的效率和安全性能。
[0007]自動化是指機器或裝置在無人干預的情況下按規(guī)定的程序或指令自動進行操作或控制的過程。采用自動化技術不僅可以把人從繁重的體力勞動、部分腦力勞動以及惡劣、危險的工作環(huán)境中解放出來，而且能擴展人的器官功能，極大地提高勞動生產率，增強人類認識世界和改造世界的能力。生產過程自動化和辦公自動化可極大地提高社會生產率和工作效率，節(jié)約能源和原材料消耗，保證產品質量，改善勞動條件，改進生產工藝和管理體制，加速社會產業(yè)結構的變革和社會信息化的進程。
[0008]現(xiàn)場總線(Fieldbus)被譽為自動化領域的計算機局域網(wǎng)。信息技術的飛速發(fā)展，引起了自動化系統(tǒng)結構的變革，隨著工業(yè)電網(wǎng)的日益復雜，人們對電網(wǎng)的安全要求也越來越高，現(xiàn)場總線控制技術作為一門新興的控制技術必將取代過去的控制方式而應用在電力自動化中。
[0009]現(xiàn)場總線在電廠、變電站和電力系統(tǒng)中有非常廣闊的應用前景，特別是在新建項目中能在可靠性、高精度、經(jīng)濟性等諸多方面獲得最大的效益。電力系統(tǒng)歷來是自動化程度最高的生產部門，在國內外現(xiàn)場總線廠家和設計研究部門的共同努力下，基于現(xiàn)場總線的控制系統(tǒng)必將分系統(tǒng)、分階段地逐步取代現(xiàn)有的分散式控制系統(tǒng)，在未來定將成為我國電力系統(tǒng)自動化的主導設備。
[0010]一些公司在國際上率先將LonWorks現(xiàn)場總線技術應用于變電站綜合自動化系統(tǒng)，并將基于微處理器的間隔層設備直接并入LonWorks現(xiàn)場總線，以其高可靠的性能和大容量高速度的通信能力，大大提高了通信系統(tǒng)的信息吞吐和數(shù)據(jù)處理能力，從而解決了應用低速串口通信采樣數(shù)據(jù)時經(jīng)常產生的瓶頸現(xiàn)象。LonWorks現(xiàn)場總線網(wǎng)絡具有很強的抗干擾、抗震動性，適用于較大的溫度范圍，適合于變電站較惡劣的工業(yè)環(huán)境。其傳輸速率已遠遠滿足變電站綜合自動化系統(tǒng)對信息傳輸速度的要求。
[0011]無線通訊技術因其不必在廠區(qū)范圍內進行繁雜、昂貴的布線，因而有著誘人的特質。位于現(xiàn)場的巡視和檢修維護人員借此可保持和集中控制室等控制管理中心的聯(lián)系，并實現(xiàn)信息共享。此外，無線技術還具有高度靈活性、易于使用、通過遠程鏈接可實現(xiàn)遠方設備或系統(tǒng)的可視化、參數(shù)調整和診斷等獨特功能。無線技術的出現(xiàn)及快速進步，正在賦予電力工業(yè)領域以一種嶄新的視角來觀察問題，并由此在電力流程工業(yè)領域及資產管理領域，開創(chuàng)一個激動人心的新紀元。
[0012]本發(fā)明全新工業(yè)信息和自動化系統(tǒng)跨邊界全程可信交換平臺目前存在多種無線技術，但僅有幾種特別適用于電力流程工業(yè)。這是因為無線信號通過空間傳播的過程、搭載的數(shù)據(jù)容量(帶寬)、抗RFI (射頻干擾)/EMI (電磁干擾)干擾性、對物理屏障的易感性、可伸縮性、可靠性，還有成本，都因無線技術網(wǎng)絡的不同而不同。因此，很多用戶都傾向于“依據(jù)具體的應用場合，來選定合適的無線技術”?？刂朴玫臒o線技術主要有GSM/GPRS(蜂窩)、900MHz Rad1s、wi — Fi (802.lla/b/g)、WIMAX (802.16)、ZigBee (802.15.4)、自組織網(wǎng)絡等，其中尤以W1- Fi和WIMAX應用增長速度最快，這是因為其在帶寬和安全性能方面較優(yōu)、在數(shù)據(jù)集中和網(wǎng)絡化方面具備卓越的安全框架、具有主機數(shù)據(jù)集成的高度靈活性、高的魯棒性及低的成本。
[0013]美國的某些集團公司為了降低電廠運行維護成本，由一套電廠人員集中管理其下屬容量為650Mw的Sim Gideon電廠和容量為545MW的Lost Pines電廠，采用了 Appr1n公司的WiMAx無線網(wǎng)絡系統(tǒng)，以集成上述兩個電廠監(jiān)控管理層的通訊和控制。其無線網(wǎng)絡系統(tǒng)由APPr1n的1N系統(tǒng)和1N服務構成。1N系統(tǒng)即工業(yè)無線應用網(wǎng)絡，包括1Nosphere和集中應用軟件，后者具有數(shù)據(jù)服務、工作流程、安保、監(jiān)視、維護和第三方應用集成的管理功能。1Nosphere管理軟件連續(xù)監(jiān)視整個無線網(wǎng)絡設施的工作性能、健康狀況和完整性，從而在共享數(shù)據(jù)環(huán)境下保證基于QOS應用的性能最優(yōu)化。1N服務支持現(xiàn)場分析、技術選擇、基礎結構設計和實施、性能監(jiān)視、安保管理、連續(xù)的網(wǎng)管及優(yōu)化功能。借助臺式PC機，運行人員可以以無線、遠程方式分別訪問前述兩個電廠所用的Foxbor砰口westinghouse 控制系統(tǒng)。
[0014]在電力企業(yè)，經(jīng)過多年的建設，信息化基礎設施相對完善，中小型機、微型計算器裝備級別不斷更新提高，各電力公司本部主要崗位工作人員使用計算器的比例很高。電力生產、調度自動化系統(tǒng)，電力營銷管理系統(tǒng)得到廣泛應用，信息化機構建設不斷健全。目前，電力工業(yè)正面臨更加復雜的競爭環(huán)境。各電力企業(yè)通過控制生產成本、提高發(fā)電安全可靠性、采用較先進的技術與設備以及更合理的營銷過程提高企業(yè)的競爭力。
[0015]電力信息化包括電力生產、調度自動化和管理信息化兩部分。廠站自動化歷來是電力信息化的重點，大部分水電廠、火力發(fā)電廠以及變電站配備了計算機監(jiān)控系統(tǒng)；相當一部分水電廠在進行改造后還實現(xiàn)了無人值班、少人值守。發(fā)電生產自動化監(jiān)控系統(tǒng)的廣泛應用大大提高了生產過程自動化水平。電力調度的自動化水平更是國際領先，目前電力調度自動化的各種系統(tǒng)，如SCADA、AGC以及EMS等已建成，省電力調度機構全部建立了 SCADA系統(tǒng)，電網(wǎng)的三級調度100%實現(xiàn)了自動化。華北電力調度局自動化處處長郭子明說，早在20世紀70年代華北電力調度局就用晶體管計算機調度電力，從國產121機到176機，再到176雙機，華北電力調度局全用過，到1978年已經(jīng)基本實現(xiàn)了電網(wǎng)調度自動化。
[0016]電力是社會的命脈之一，當今人類社會對電力系統(tǒng)的依賴已到了難以想象的程度。
[0017]電力系統(tǒng)發(fā)生大災變對于社會的影響是不可估量的，因此電力系統(tǒng)最重要的是運行的安全性，但這個問題在全世界均未得到很好解決，電力系統(tǒng)發(fā)生大災變的概率小但后果極其嚴重，我國電力系統(tǒng)也出現(xiàn)過穩(wěn)定破壞的重大事故。我國電力系統(tǒng)也出現(xiàn)過穩(wěn)定破壞的重大事故。美國在近100年內發(fā)生過六、七次大范圍災難性的嚴重破壞停電事故。這就告誡人們要更加關注電力系統(tǒng)的安全與穩(wěn)定問題。
[0018]由于我國經(jīng)濟快速發(fā)展的需求，電力工業(yè)將會繼續(xù)以空前的速度和規(guī)模發(fā)展。
[0019]在一個工廠里面，有一個區(qū)域需要維護，但是這個區(qū)域有高壓電的危險，有危險化學品，還有危險的車輛在來來往往。
[0020]如果通過平時我們常用的方式，就是在入口處掛一個指示牌，上面寫著一二三斷電、關閥門幾個步驟，還是存在著安全隱患，首先，進去維護的工程師有可能疲勞、精神恍惚而忘記其中的某一個步驟，第二，就算他沒有忘記前面的步驟，駕駛其他車輛的人并不一定會注意到里面有人而可能開進去，其他人不一定注意到里面有人而重新打開電源或者閥門，這種事故我們見到過很多例。而如果使用安全聯(lián)鎖科技的話，我們會在入口處安裝一個控制設備，工程師要進去維護之前，把一個特制的鑰匙從設備里拔出來，只要他拿著這把“生命之匙”，外面的人絕對無法打開電源、閥門，也無法打開門將車輛開進來。
[0021]發(fā)電站、變電站、直流電源屏是十分重要的設備，隨著科學技術的不斷發(fā)展，單片機技術的日趨完善，電力行業(yè)中對發(fā)電站、變電站設備提出了更高精密、更高質量的要求，直流電源屏是發(fā)電站、變電站二次設備中非常重要的設備，直流電源屏承擔著向發(fā)電站、變電站提供直流控制保護電源的作用，同時提供給高壓開關及斷路器的操作電源，因此直流電源屏的可靠性將直接關系到發(fā)電站的安全運行，直流電源屏的發(fā)展已經(jīng)經(jīng)歷了很長的時間，從早期的直流發(fā)電機、磁飽和直流充電機到集成電路可控硅控制直流充電機、單片機控制可控硅充電機、高頻開關電源充電機等，至目前直流電源屏已很成熟。
[0022]直流電源屏整流充電部分仍然采用目前國際最流行的軟開關技術，將工頻交流經(jīng)過多級變換，最后形成穩(wěn)定的直流輸出，直流電源屏系統(tǒng)控制的核心部件是V80系列可編程控制器PLC，它將系統(tǒng)采集的輸入輸出模似量以及開關量經(jīng)過運算處理，最終控制高頻開關電源模塊使其按電池曲線及有人為設置的工作要求高可靠地工作。
[0023]工業(yè)控制系統(tǒng)指對工業(yè)生產過程及其機電設備、工藝裝備進行測量與控制的自動化技術工具(包括自動測量儀表、控制裝置)的總稱。
[0024]工業(yè)自動化系統(tǒng)以構成的軟、硬件可分類為:
自動化設備、儀器儀表與測量設備、自動化軟件、傳動設備、計算機硬件、通信網(wǎng)絡等。(O自動化設備:包括可編程序控制器(PLC)、傳感器、編碼器、人機界面、開關、斷路器、按鈕、接觸器、繼電器等工業(yè)電器及設備；
(2)儀器儀表與測量設備:包括壓力儀器儀表、溫度儀器儀表、流量儀器儀表、物位儀器儀表、閥門等設備；
(3)自動化軟件:包括計算機輔助設計與制造系統(tǒng)(CAD/CAM)、工業(yè)控制軟件、網(wǎng)絡應用軟件、數(shù)據(jù)庫軟件、數(shù)據(jù)分析軟件等；
(4)傳動設備:包括調速器、伺服系統(tǒng)、運動控制、電源系統(tǒng)、馬達等； (5)計算機硬件:包括嵌入式計算機、工業(yè)計算機、工業(yè)控制計算機等；
(6)通信網(wǎng)絡:網(wǎng)絡交換機、視頻監(jiān)視設備、通信連接器、網(wǎng)橋等。
[0025]工業(yè)自動化系統(tǒng)產品一般可分成下列幾類:
(I)可編程序控制器(PLC)