水電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)通訊方式研究

夏江庭

摘要：隨著社會(huì)進(jìn)步以及經(jīng)濟(jì)發(fā)展，科技水平顯著提升，計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)普及應(yīng)用，其可謂全面集合數(shù)據(jù)庫技術(shù)與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)與計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)、自動(dòng)化控制技術(shù)等多元化專業(yè)學(xué)科于一身的綜合性集成系統(tǒng)，在各行業(yè)發(fā)展中占據(jù)十分關(guān)鍵應(yīng)用地位。本文將針對水電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)具體的通訊方式進(jìn)行簡要探討。

關(guān)鍵詞：水電廠 監(jiān)控系統(tǒng) 通訊 方式研究

中圖分類號：TP277 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-9416（2016）06-0000-00

1 前言

通常而言，在實(shí)際的水電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行進(jìn)程當(dāng)中，一般選用的是分布采集并集中進(jìn)行處理的相關(guān)模式，也就是說讓現(xiàn)場各臺設(shè)備實(shí)現(xiàn)具體信息的獨(dú)自采集，而后基于通訊手段應(yīng)用向監(jiān)控計(jì)算機(jī)傳輸數(shù)據(jù)信息，展開處理分析，與此同時(shí)，現(xiàn)場設(shè)備能夠完成對來自于計(jì)算機(jī)設(shè)備的控制命令的全面接受，便于通過監(jiān)控計(jì)算機(jī)監(jiān)視及控制并管理水電廠設(shè)備日常運(yùn)行狀態(tài)。由此可見，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場設(shè)備跟監(jiān)控計(jì)算機(jī)相互間的準(zhǔn)確實(shí)施穩(wěn)定通訊是保障水電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)可靠工作的重要基礎(chǔ)內(nèi)容。在系統(tǒng)日常運(yùn)行進(jìn)程當(dāng)中，時(shí)常會(huì)出現(xiàn)因?yàn)橥ㄓ嵐收蠈?dǎo)致監(jiān)控系統(tǒng)備受威脅甚至癱瘓，影響著水電廠系統(tǒng)的安全穩(wěn)定，基于此，需因地制宜地合理選用正確通訊手段，完善水電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的優(yōu)化應(yīng)用。

2 簡述水電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)通訊方式

縱觀可知，在水電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)用中，基于多元化通訊手段應(yīng)用，能夠?qū)⒎稚⒃诂F(xiàn)場的設(shè)備及相關(guān)監(jiān)測儀器跟計(jì)算機(jī)監(jiān)控有效連接起來，其中，包括變送器以及傳感器、現(xiàn)場單元以及PLC等各項(xiàng)設(shè)備。就目前的情況來看，水電廠各個(gè)設(shè)備相互之間進(jìn)行的通訊行為均是通過采用串口通信模式實(shí)現(xiàn)的，其是在設(shè)備相互間基于地線以及數(shù)據(jù)信號線、控制線等應(yīng)用，根據(jù)位完成數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊环N主要通訊手段。結(jié)合現(xiàn)場設(shè)備實(shí)際通訊情況，根據(jù)其數(shù)據(jù)鏈路層以及物理層的差異進(jìn)行通訊方式合理劃分。

2.1 簡單串口通訊

一般地，通訊方式物理層通常所使用的是RS485或者是RS232、RS422。相較而言，RS485實(shí)際應(yīng)用范圍是最廣泛的，此類通訊手段物理層能夠組合使用差分接收器與平衡驅(qū)動(dòng)，頗具良好的抗噪聲干擾特性；最多可以支持32個(gè)節(jié)點(diǎn)；其通信距離最大能夠達(dá)到1219米；傳輸速率最快可達(dá)10Mbps；使用雙絞線實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的傳輸行為，所采用通訊線纜間隔成本低廉，設(shè)備借口設(shè)施價(jià)格經(jīng)濟(jì)。簡單串口通訊手段數(shù)據(jù)鏈路層擁有較為簡單的通訊協(xié)議，多數(shù)協(xié)議開對于MODBUS-RTU標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議均有著良好兼容性，加之因?yàn)镸ODBUS協(xié)議屬于是一主多從協(xié)議類型，進(jìn)而全部通訊均是通過主設(shè)備完成發(fā)起的，基于輪詢方式應(yīng)用進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，錯(cuò)誤重傳機(jī)制以及差錯(cuò)控制機(jī)制欠缺一定完善性，導(dǎo)致實(shí)際傳輸效率相對較低。因?yàn)榇祟愅ㄓ嵤侄巫陨斫Y(jié)構(gòu)十分簡單，頗具最佳性價(jià)比，適合用在通訊質(zhì)量要求比較低的現(xiàn)場設(shè)備監(jiān)控中。簡單串口通訊示意圖1所示。

2.2 現(xiàn)場總線通訊

現(xiàn)場總線主要指的是將自動(dòng)化系統(tǒng)及智能現(xiàn)場設(shè)備有效連接在一起的雙向全自動(dòng)多站式通信系統(tǒng)，其關(guān)鍵作用在于針對工業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)現(xiàn)場控制器以及執(zhí)行結(jié)構(gòu)、智能儀表儀器等現(xiàn)場設(shè)備相互間信息進(jìn)行傳遞的問題展開優(yōu)化解決。在2003年四月份，IEC61158 Ed.3現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)第3版正式被座位是國際標(biāo)準(zhǔn)，其就10類現(xiàn)場總線進(jìn)行較為詳細(xì)的規(guī)定。其中，CAN現(xiàn)場總線以及以太網(wǎng)現(xiàn)場總線、PROFIBUS-DP現(xiàn)場總線在水電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行中應(yīng)用相對較為廣泛，CAN總線作用在于就整個(gè)系統(tǒng)實(shí)施全面保護(hù)，以太網(wǎng)總線作用是充分實(shí)現(xiàn)站級設(shè)備相互間的良好通訊，Profibus-DP總線則能夠完成在PLC系統(tǒng)中的合理使用。

（1）CAN現(xiàn)場總線，德國Bosch公司在1993年全面推出了CAN現(xiàn)場總線，其較多使用在制造業(yè)DCS系統(tǒng)以及汽車監(jiān)控等，此類總線一般運(yùn)用的為多主競爭模式總線結(jié)構(gòu)，自身主要特征包括實(shí)現(xiàn)多主站運(yùn)行以及完成仲裁串行總線和廣播通信的分散等，在有著較高實(shí)時(shí)性需求的小型計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行中有著較強(qiáng)適用性。無論是在何種時(shí)刻，CAN現(xiàn)場總線上涉及的任意節(jié)點(diǎn)均能無主次之分地向剩余節(jié)點(diǎn)進(jìn)行信息發(fā)送，所以，其能夠與多個(gè)節(jié)點(diǎn)相互間盡可能完成自由化的通信行為，光纖以及雙絞線、同軸電纜等均可作為是主要通信介質(zhì)，對應(yīng)的線型結(jié)構(gòu)多表現(xiàn)為網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洹?/p>

（2）以太網(wǎng)，現(xiàn)如今，在當(dāng)前所有局域網(wǎng)絡(luò)中，以太網(wǎng)可謂是通用性最強(qiáng)的通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)?？v觀互聯(lián)設(shè)備相互間，以太網(wǎng)能夠通過10到100Mbps的速率全面完成信息包的合理傳送。在水電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用中，由于雙絞線電纜以太網(wǎng)成本低廉且可靠性很高，進(jìn)而獲取普及使用。跟CAN現(xiàn)場總線相似的是，以太網(wǎng)同樣運(yùn)用了多主競爭模式總線結(jié)構(gòu)，然而，其針對總線存取沖突使用破壞性解決手段，若處于重負(fù)荷狀態(tài)則會(huì)嚴(yán)重?fù)p失具體數(shù)據(jù)信息。由此可見，在水電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行中是否能夠采用以太網(wǎng)通訊手段仍待經(jīng)歷深入論證，近些來，隨著科技進(jìn)步，伴隨著IEC 60870-5-105以太網(wǎng)遠(yuǎn)動(dòng)通訊規(guī)約和IEC 61850 變電站通信網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)對應(yīng)國際標(biāo)準(zhǔn)的先后頒布，水電廠監(jiān)控工作開展?jié)B透運(yùn)用以太網(wǎng)，加之其速率相較于剩余類型總線是非常之快的，進(jìn)而不會(huì)讓數(shù)據(jù)通訊經(jīng)常陷入到重負(fù)荷情況之中。

（3）PROFIBUS-DP總線，該總線模式是德國Simens公司進(jìn)行推出的，其較常使用在制造業(yè)DCS系統(tǒng)中，一般地，能夠?qū)?yīng)產(chǎn)品合理劃分為三種主要類型，即為PA作用為實(shí)現(xiàn)過程行業(yè)從站相互間的良好通訊行為；FMS作用是完成主站相互間通訊操作；DP則能夠做到制造行業(yè)從站相互間的有效通訊。實(shí)踐表明，在水電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)工作中較常采用的是DP類產(chǎn)品，PROFIBUS-DP總線設(shè)計(jì)的多個(gè)主站相互間總線控制權(quán)令牌傳遞，其中，主站跟從站相互之間實(shí)施的主從傳統(tǒng)，其對于單主系統(tǒng)或者是多主系統(tǒng)均實(shí)現(xiàn)支持，樹型以及線型為其主要的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，或者是能夠有機(jī)混合這兩種拓?fù)湫问?，能夠完成靈活組網(wǎng)行為，組建規(guī)模較大的通訊網(wǎng)絡(luò)。同軸電纜以及雙絞線均可作為其的通信介質(zhì)，基于總線位置能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)有效傳送，同時(shí)又可運(yùn)用總線供電給現(xiàn)場設(shè)備。

3 水電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的未來發(fā)展趨勢

現(xiàn)如今，在水電廠運(yùn)行中，現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)普及使用，其屬于最新的分布式控制結(jié)構(gòu)，傳統(tǒng)意義上的分層分布式水電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)較多使用的是三級結(jié)構(gòu)，也就指的是廠級至現(xiàn)地級至現(xiàn)場儀表。每個(gè)廠商自己生產(chǎn)的監(jiān)控系統(tǒng)均配套有對應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致互連操作難以充分實(shí)現(xiàn)，所產(chǎn)生的系統(tǒng)成本相對較高?，F(xiàn)場總線控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)包括兩層，即為工作站至現(xiàn)場總線智能儀表，此類模式應(yīng)用能夠?qū)崿F(xiàn)相關(guān)成本的優(yōu)化降低，促進(jìn)系統(tǒng)運(yùn)行可靠性的合理強(qiáng)化。在統(tǒng)一國際標(biāo)準(zhǔn)之后，便能夠切實(shí)獲取開放式互連系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。在新時(shí)代背景下，隨著社會(huì)發(fā)展，科技進(jìn)步，立足自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用，針對水電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)提出更高新要求，首先，將無人值班作為是水電廠運(yùn)行管理工作開展所需實(shí)現(xiàn)的主要目標(biāo)，深化推動(dòng)自動(dòng)化技術(shù)不斷發(fā)展進(jìn)步，研發(fā)新型監(jiān)控系統(tǒng)，強(qiáng)化系統(tǒng)可靠性獲取，開拓新分析功能，普及使用跨平臺技術(shù)，實(shí)現(xiàn)跟其他系統(tǒng)信息的透明共享，使得只能數(shù)字化水電廠建設(shè)變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)；其次，將狀態(tài)檢修作為是設(shè)備管理及相關(guān)診斷檢測技術(shù)的主要標(biāo)志，近些年來，我國部分水電廠積極實(shí)施狀態(tài)檢修技術(shù)試點(diǎn)工作，大力興建涵蓋有氣隙監(jiān)測以及振動(dòng)擺度監(jiān)測、絕緣局部放電監(jiān)測等多項(xiàng)內(nèi)容，同時(shí)做到遠(yuǎn)程監(jiān)測分析。

4 結(jié)語

綜上，在水電廠日常各項(xiàng)工作實(shí)施中，其計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)通訊方式是多種多樣的，各具有缺，共同構(gòu)成監(jiān)控通訊系統(tǒng)，唯有針對性選用適合方式實(shí)現(xiàn)可靠通訊，保障穩(wěn)定監(jiān)控，方可推動(dòng)水電廠穩(wěn)步發(fā)展。

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