簡論發(fā)電廠電氣綜合自動化系統(tǒng)的構(gòu)建與應(yīng)用

查顯躍

（銅陵學(xué)院　電氣工程學(xué)院，安徽　銅陵　244000）

簡論發(fā)電廠電氣綜合自動化系統(tǒng)的構(gòu)建與應(yīng)用

查顯躍

（銅陵學(xué)院電氣工程學(xué)院，安徽銅陵244000）

電氣綜合自動化系統(tǒng)包含很多子系統(tǒng)、涉及很多較為專業(yè)的知識，其在電廠中的應(yīng)用，極大的提高了電廠運營效率及服務(wù)質(zhì)量，可以為發(fā)電廠的長遠(yuǎn)發(fā)展奠定良好基礎(chǔ).因此，有關(guān)電氣綜合自動化系統(tǒng)的研究受到越來越多業(yè)內(nèi)人士的關(guān)注.本文對電廠電氣自動化系統(tǒng)的組態(tài)模式及構(gòu)建進行分析，從硬件及軟件兩個方面入手對測控單元設(shè)計進行探討，以供參考.

發(fā)電廠；電氣；綜合自動化；系統(tǒng)；探討

在社會發(fā)展推動下，發(fā)電廠規(guī)模越來越大，容量不斷增加，同時，我國經(jīng)濟正處于蓬勃發(fā)展的重要時期，無論是各個生產(chǎn)行業(yè)，還是人們的日常生活對電能有著較大的依賴，無疑給電廠運營水平提出更高要求.因此，我國在發(fā)電廠電氣綜合自動化系統(tǒng)方面研究投入大量的財力、人力支持，取得了卓越成效.當(dāng)前，電廠電氣綜合自動化系統(tǒng)應(yīng)用廣泛，提高了發(fā)電廠運營質(zhì)量及服務(wù)水平，對其進行研究具有重要的現(xiàn)實意義.

1　電氣自動化系統(tǒng)組態(tài)模式及構(gòu)建

1.1組態(tài)模式分析

對電廠電氣綜合自動化系統(tǒng)進行總結(jié)得知，電氣監(jiān)控由現(xiàn)場總線監(jiān)控方式、遠(yuǎn)程監(jiān)控方式、集中式監(jiān)控方式之分，其中現(xiàn)場總線監(jiān)控具有較強的針對性，尤其可針對不同間隔設(shè)計相關(guān)功能.該方式優(yōu)點主要有可使用較少的模擬量卡件、I/O卡件、端子柜、隔離器件等.同時，可就地安裝智能電氣、并且通過通信線實現(xiàn)與監(jiān)控系統(tǒng)的連接，使得施工安裝、維護工作量大大減少.另外，不同裝置間的功能彼此獨立，不受影響，而且裝置之間聯(lián)接借助網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)，使得網(wǎng)絡(luò)組態(tài)靈活性大大增強，整個系統(tǒng)的可靠性提高明顯.

遠(yuǎn)程監(jiān)控方式優(yōu)點主要體現(xiàn)在可靠性高、控制面積小、安裝費用低等方面，但考慮到現(xiàn)場總線的通信速度不太理想，而且電氣部分擁有較大通信量，因此，該種方式比較適合應(yīng)用在小單元系統(tǒng)中.

集中監(jiān)控方式設(shè)計難度小、控制站防護等級低、容易開展維護工作等優(yōu)點，不過該種方式下的處理器運行負(fù)擔(dān)較重，難免給處理速度造成不良影響.另外，引進長距離電纜使得系統(tǒng)可靠性受影響，而且電纜大量進入到控制室中使得控制室火災(zāi)發(fā)生機率大大增加.

1.2電氣綜合自動化系統(tǒng)構(gòu)建分析

電氣綜合自動化系統(tǒng)的二次設(shè)備包括單元層、站控層兩層，其中前者包括公共端子系統(tǒng)、各發(fā)電機組子系統(tǒng).站控層將全站的監(jiān)控主機包括在內(nèi).

單元層不同子系統(tǒng)和通信管理機的連接主要借助現(xiàn)場總線實現(xiàn)，而現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)可有可靠性高、速度快的CAN總線充當(dāng).同時，為實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)可靠性的進一步提高，采用的連接方式為雙網(wǎng)連接，確保系統(tǒng)的不間斷運行.

站控層包括的內(nèi)容較多，主要有通信站、工程師維護工作站、運行工作站以及主機兼操作員工作站構(gòu)成.其中通信站和電廠SIS、MIS以及DCS系統(tǒng)相連，實現(xiàn)信息的共享.而且其可與INTERNET/INTRANET相連，利用遠(yuǎn)程工作站便可維護、訪問系統(tǒng).工程師維護工作站的作用在于為維護技術(shù)人員維護、修改報表、界面、數(shù)據(jù)庫提供方便.而且可被用作培訓(xùn)工作站，預(yù)演操作流程、仿真培訓(xùn)工作人員等.遠(yuǎn)動工作站用于連接遠(yuǎn)動中心和監(jiān)控管理系統(tǒng)，實現(xiàn)電氣系統(tǒng)部分運行信息向遠(yuǎn)動中心的傳輸，同時接收遠(yuǎn)動中心傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，為定值遠(yuǎn)程管理功能的實現(xiàn)奠定基礎(chǔ).運行工作站便于對電氣系統(tǒng)運行工況的實時監(jiān)控，而且故障信息管理、小電流接地選線、自動抄表等一些應(yīng)用軟件仍可運用.根據(jù)實際情況，可實現(xiàn)配置主、備方式運行的兩個運行工作站.主機兼操作員工作站負(fù)責(zé)處理及遠(yuǎn)程控制下層測控單元的電氣運行參數(shù).操作員工作站的作用主要體現(xiàn)在：對發(fā)電機有功進行調(diào)節(jié)、操作控制以及監(jiān)視電氣設(shè)備等.

2　測控單元硬件設(shè)計

測控單元是電氣綜合自動化系統(tǒng)的重要部分，不僅實現(xiàn)電廠運行參數(shù)的采集與發(fā)送，而且可接收并執(zhí)行監(jiān)控主機發(fā)出的控制和調(diào)節(jié)命令，主要核心部分有時鐘模塊、CAN模塊、開關(guān)量模塊、模擬量采樣模塊、CPU模塊以及電源模塊等，在對其進行設(shè)計時，尤其應(yīng)注重CAN總線接口、開關(guān)量輸入輸出電路以及模擬量等內(nèi)容的設(shè)計.

2.1CAN總線接口設(shè)計

考慮到CAN總線控制器在MPC555內(nèi)部集成，其底層協(xié)議的實現(xiàn)可不使用外來的CAN控制器，可大大簡化硬件連線，即，將CAN總線收發(fā)器與抗干擾的光耦天劍在CAN物理通道與輸出端子之間即可.其中使用切換時間為75ns的高速光耦，便可很好的滿足通信速度要求.CAN收發(fā)器使用抗干擾、具有多種保護的差動驅(qū)動器作為總線接口即可，其不僅具備對CAN控制器差動接受能力，而且具備對總線的差動發(fā)送能力，使得通信距離得以延長、系統(tǒng)瞬間抗干擾能力得以明顯提高

2.2開關(guān)量輸入輸出電路設(shè)計

測控裝置包括1路頻率測量、80路開出量以及324路開入量，因開出、開入量具有較多的數(shù)目，應(yīng)采用4塊開出板、9塊開入板，硬件設(shè)計成插拔式結(jié)構(gòu)，使用EPM7128 SLC84實現(xiàn)接口的擴展.EPM7128具有電路可擦除、高阻抗特點，芯片內(nèi)部包含邏輯陣列塊8個、宏單元128個、可用邏輯門2500個，其中8個邏輯陣列塊之間的連接由可編程連線陣列實現(xiàn).同時，含有標(biāo)準(zhǔn)I/O引腳100個，借助I/O控制模塊可對I/O引腳的輸出、輸入以及雙向工作方式進行單獨配置，并配備有三態(tài)緩存器，引腳間的延遲時間為15ns.另外，具備在線編程功能，借助下載電纜實現(xiàn)對片內(nèi)邏輯組合的更改，以實現(xiàn)不同的功能.

開關(guān)量輸入輸出電路設(shè)計還應(yīng)注重考慮開入量采集電路、開出控制電路、頻率測量電路三部分電路.其中開入量采集電路如圖1所示：

圖1　開入量采集電路

設(shè)計裝置開關(guān)量輸出回路時應(yīng)用并行輸出端口實現(xiàn)對有接點繼電器的控制.同時，為實現(xiàn)抗干擾能力的進一步提高，運用光電隔離.出口跳閘設(shè)計時，使用EPM7128擴展芯片的OT2與OT1并行口，安排不同的電平輸出，其中OT2輸出“1”，OT1輸出“0”，從而使發(fā)光二極管發(fā)光，進而OUT因得到直流電壓驅(qū)動信號使繼電器啟動，以有效避免繼電器出現(xiàn)短時誤動情況.原因在于直流工作電源分合時，OT2和OT1均為電平輸出且相同，無法使二級管發(fā)光，從而大大降低誤動作的出現(xiàn).

系統(tǒng)頻率是電氣綜合自動化系統(tǒng)的關(guān)鍵指標(biāo)，應(yīng)對其進行動態(tài)測量.設(shè)計時可應(yīng)用的測量方法為：首先，將過零比較器LM211和測量信號相連，方波整形后，將其傳輸給MPC555芯片TPU3的捕獲單元.如此每周期會出現(xiàn)兩正向脈沖輸入，借助定時計數(shù)器的值實現(xiàn)測頻.電路示意圖如圖2：

圖2　測頻電路

2.3模擬量采集設(shè)計

模擬量采集信號包括直流電流、交流電流、交流電壓等，這些信號需借助直流電流變換器、電流電壓變換器、電壓變換器轉(zhuǎn)變成模擬電壓量，降低二次側(cè)電氣量給裝置造成的干擾.

模擬量采樣可通過AD780BR、ADS8364、INA2132U芯片實現(xiàn)，即，隔離變換后的模擬量先經(jīng)INA2132U芯片處理，確保輸入信號的穩(wěn)定性.ADS8364芯片是模擬量采樣的核心部件，實質(zhì)上是具有六通道同步采樣的16位模數(shù)轉(zhuǎn)換器，具有功耗低、速度快等優(yōu)點，而且三個保持信號可對指定通道進行轉(zhuǎn)換.另外，為進一步提高變換精度，可使用AD780這一外部參考電壓源，為AD向參考電壓的轉(zhuǎn)換提供保障.

3　測控單元軟件設(shè)計

電廠電氣綜合自動化系統(tǒng)測控單元功能的實現(xiàn)僅僅依靠硬件是不行的，還應(yīng)借助軟件設(shè)計，只有硬件系統(tǒng)與軟件系統(tǒng)相互配合，才能缺乏系統(tǒng)功能的正常發(fā)揮，其中操作系統(tǒng)、任務(wù)及中斷以及通信軟件設(shè)計是進行軟件設(shè)計應(yīng)重點考慮的內(nèi)容，應(yīng)引起足夠的重視.

3.1操作系統(tǒng)設(shè)計

操作系統(tǒng)可使用AT1的實時多任務(wù)操作系統(tǒng)Nucleus PLUS平臺.該平臺包含很多組件，不同組件承擔(dān)各自的功能，通過匯編語言模塊，向外部提供清晰的接口，為組件的引用奠定基礎(chǔ).另外，該平臺不僅能提供源代碼，而且具有比較豐富的功能模塊.尤其將經(jīng)嚴(yán)格注釋的C源代碼提供給用戶，使用戶能夠?qū)Φ讓觾?nèi)核的運作方式有個深刻了解，并根據(jù)實際情況實現(xiàn)對系統(tǒng)軟件的改動或刪減.同時，還提供有RTOS源代碼，供用戶研究與學(xué)習(xí)，產(chǎn)品量產(chǎn)可免去License支付，減少開支.

3.2任務(wù)及中斷設(shè)計

實時操作系統(tǒng)降低了應(yīng)用程序擴展及程序升級難度，尤其可將復(fù)雜應(yīng)用程序分解成不同模塊，對不同模塊進行修改、調(diào)試并不會給其他模塊造成影響.另外，結(jié)合MPC555微處理器特征以及測控裝置的實現(xiàn)功能，分割系統(tǒng)中斷及任務(wù).

3.3通訊軟件設(shè)計

電氣綜合自動化系統(tǒng)測控單元中，上下位機之間需進行通信，因此，在對數(shù)據(jù)通信模塊進行設(shè)計時，應(yīng)確保其具有開出命令執(zhí)行、開入量狀態(tài)上傳、有效值上傳、采樣值上傳、時間同步、復(fù)位通信單元等.

工作期間當(dāng)上位機將廣播信息發(fā)送給繼電保護設(shè)備時，并不通過應(yīng)答幀進行確認(rèn)，而當(dāng)上位機將復(fù)位通信單元向間隔單元或保護設(shè)備進行通信時，需有確認(rèn)幀應(yīng)答.當(dāng)上位機向間隔單元、保護設(shè)備開出命令、讀取數(shù)據(jù)時，應(yīng)有響應(yīng)幀進行回答.當(dāng)受其他因素影響，上位機未接收到響應(yīng)幀、確認(rèn)幀時，一旦時間超出，結(jié)合用戶給定的重傳次數(shù)，原報文進行重傳，當(dāng)其和重傳次數(shù)保持一致為止.

4　結(jié)語

隨著社會發(fā)展，人們對電能的依賴程度不斷加強，對發(fā)電廠運營提出了較高要求，為更好的滿足人們生產(chǎn)生活對電能的要求，實現(xiàn)自身服務(wù)質(zhì)量的提高，發(fā)電廠應(yīng)根據(jù)自身實際，運用電氣綜合自動化系統(tǒng)，不斷提高運營管理水平，尤其應(yīng)認(rèn)真分析當(dāng)前電氣自動化技術(shù)，從硬件及軟件兩方面對所用電氣綜合自動化系統(tǒng)進行優(yōu)化，提升系統(tǒng)工作性能，為發(fā)電廠健康、穩(wěn)步發(fā)展奠定良好基礎(chǔ).

〔1〕張文忠，李春菊.淺談發(fā)電廠的電氣綜合自動化系統(tǒng)［J］.電子測試，2016（01）：94-95+79.

〔2〕劉亞.發(fā)電廠電氣綜合自動化系統(tǒng)設(shè)計原理與應(yīng)用［J］.科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2013（22）：21.

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〔4〕張文忠，李春菊.淺談發(fā)電廠的電氣綜合自動化系統(tǒng)［J］.電子測試，2016（01）：94-95+79.

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TM62

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1673-260X（2016）10-0028-02

2016-06-11