水電站自動化系統(tǒng)機組LCU雙網/單網控制方案

摘要

　　我國電站自動化從上世紀80年代末開始。目前隨著自動化技術、計算機技術的逐漸成熟，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)技術發(fā)展潮流，開發(fā)新的系統(tǒng)，應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。

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、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)設備，國內自動化系統(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、分層分布式結構，系統(tǒng)由站控層、網絡層和現(xiàn)地層設備構成。 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。在站控層及網絡層故障的情況下，現(xiàn)地層仍能獨立完成各間隔的監(jiān)測和控制功能?，F(xiàn)地層各LCU完成各單元的任務，相互獨立，一個LCU故障不會影響其他LCU的運行。
• 網絡層是站控層與現(xiàn)地層數(shù)據(jù)傳輸通道通。網絡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、雙以太網和光纖自愈環(huán)網。網絡通訊介質可采用光纖、同軸電纜或屏蔽雙絞線。
• 系統(tǒng)網絡結構有：單以太網、雙以太網模式等。
• 單以太網系統(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。

  

• 選用雙以太網模式，相比單以太網而言，有效地提高系統(tǒng)的可靠性以及分擔數(shù)據(jù)流量、減輕網絡負荷，相應得網絡投資加大。正常時，設備的數(shù)據(jù)交換分配在兩個網絡上，當某個網絡發(fā)生故障的時候，立即自動切換到非故障的網絡上，保證系統(tǒng)得正常通訊。該網絡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，可設機組LCU，公用設備及開關站LCU，壩區(qū)LCU等。

  

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

2、機組LCU雙網控制方案

系統(tǒng)架構
　　嵌入式服務器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、調速器、溫度巡檢等）；同時，嵌入式通訊服務器具有雙網卡，支持雙網冗余，而且，通過ModbusTCP可以與PLC的網絡口建立連接，監(jiān)視當前機組單元的所有信息，并能下發(fā)各種控制以及調節(jié)命令。

系統(tǒng)分系
　　1）、雙網冗余的實現(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以太網模塊，每個plc的以太網模塊和一個交換機形成一個網絡，這樣，我們從系統(tǒng)圖中可以看到，已經形成了兩個相互獨立的網絡。通過嵌入式服務器HMI60-20TU的雙網卡，我們可以達到雙網冗余：MODICON QUANTUM Unity 熱備系統(tǒng)可以實現(xiàn)網址的自動轉換，我們只要判斷兩個網絡是否正常，如果正常，選擇主網進行PLC進行監(jiān)控，否則，副網監(jiān)控。如果雙網有問題，報警。
　　2）、嵌入式服務器HMI60-20TU具有四個串口，可以LC整體運行。

3、機組LCU單網控制方案

系統(tǒng)架構
　　一體化工控機TPC-TC33可作為主站從232/485設備讀取有用數(shù)據(jù)，比如勵磁、調速器、溫度巡檢等。同時，一體化工控機TPC-TC33具一個以太網通訊口，而且，通過ModbusTCP可以與PLC的網絡口建立連接，監(jiān)視當前冗余控制機組單元的所有信息，并能下發(fā)各種控制以及調節(jié)命令；當然，也可以和嵌入式通訊服務器連接，和第三方的設備進行數(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)網址的自動轉換，一體化工控機TPC-TC33有一個以太網口，通過modbus TCP協(xié)議，監(jiān)控PLC。同時，一體化工控機TPC-TC33有兩個串口，可以接收232/485設備的參數(shù)。所以，一體化工控機TPC-TC33可以做master主站，控制和協(xié)調 232/485設備與PLC工作。
　　2）、一體化工控機TPC-TC33的以太網口，可以做slave分站modbus TCP通訊，也就是我們可以將一體化工控機TPC-TC33看作一個帶modbus TCP通訊的子設備，并通過工業(yè)以太網總線，使用modbus TCP協(xié)議，接受嵌入式通訊服務器的監(jiān)控。

4、設備分系:

　　1）、嵌入式服務器HMI60-20TU特點：

• 12.1" SVGA TFT LCD，分辨率可達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標準的鋁鎂前面板
• 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TPC-TC33是一套以嵌入式低功耗CPU為核心（主頻200 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）
• 支持微軟嵌入式實時多任務操作系統(tǒng) WinCE.net（中文版）和MCGS嵌入版組態(tài)軟件（運行版）
• 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串口和一個以太網口
• 24伏直流供電，不銹鋼外殼，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、嵌入式服務器HMI60-20TU軟件工程。
2、一體化工控機TPC-TC33嵌入式組態(tài)。

四、產品明細：

LCU單網控制系統(tǒng)方案：

　　1、方案1（推薦）：

　　2、方案2（可選）：

LCU雙網控制系統(tǒng)方案：

1、方案1（推薦）：

2、方案2（可選）：