淺談應(yīng)用計(jì)算機(jī)監(jiān)控的水電站站內(nèi)通信

朱雪雄

摘 要：水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)是現(xiàn)代水電站的重要組成部分，其技術(shù)水平、安全可靠性及其運(yùn)行維護(hù)水平對(duì)水電站的安全穩(wěn)定與經(jīng)濟(jì)運(yùn)行密切相關(guān)。目前，我國(guó)大、中型水電站已普遍采用計(jì)算機(jī)監(jiān)控，計(jì)算機(jī)監(jiān)控設(shè)備之間利用通信系統(tǒng)連接。該文首先闡述水電站站內(nèi)通信常用通信介質(zhì)雙絞線、光纖的結(jié)構(gòu)，并比較了兩種通信介質(zhì)，其次分析了水電站站內(nèi)下位機(jī)之間的RS485通信、現(xiàn)場(chǎng)總線通信以及上位機(jī)與下位機(jī)之間的以太網(wǎng)通信，最后分析了水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)與MIS系統(tǒng)、狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的通信方式。

關(guān)鍵詞：雙絞線 光纖 串行通信 現(xiàn)場(chǎng)總線 以太網(wǎng)

中圖分類號(hào)：TV73 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2017）03（a）-0006-03

應(yīng)用計(jì)算機(jī)監(jiān)控的水電站站內(nèi)通信系統(tǒng)通常有水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)、水電站狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、水電站MIS系統(tǒng)等。各個(gè)通信系統(tǒng)有雙絞線、光纖、交換機(jī)、路由器等通信介質(zhì)和通信設(shè)備。水電站站內(nèi)通信具有通信系統(tǒng)可靠性要求高、通信方式多樣化、傳輸信息種類繁多等特點(diǎn)。因此，通信系統(tǒng)是水電站正常運(yùn)行的可靠保障，要求在任何情況下均能暢通。

1 水電站站內(nèi)通信常用通信介質(zhì)

1.1 雙絞線

雙絞線是目前使用最廣的一種傳輸介質(zhì)，它有價(jià)格便宜、易于安裝、適用于多種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)等優(yōu)點(diǎn)。雙絞線一般由兩根絕緣銅導(dǎo)線相互纏繞而成，實(shí)際使用時(shí)，雙絞線是由多對(duì)雙絞線一起包在一個(gè)絕緣電纜套管里的。典型的雙絞線有四對(duì)的，也有更多對(duì)雙絞線放在一個(gè)電纜套管里的。雙絞線可分為非屏蔽雙絞線（UTP）和屏蔽雙絞線（STP）兩類。UTP易受外部干擾，包括來(lái)自環(huán)境噪聲和附近其他雙絞線的干擾。[1]屏蔽雙絞線STP就是在其外面加上金屬包層來(lái)屏蔽外部干擾，雖然抗干擾性能更好，但比UTP貴，且安裝也較困難。雙絞線與網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的接口是RJ-45接口。

水電站通信用雙絞線一般有2種線序：直連線、翻轉(zhuǎn)線。水電站通信直連線用得最多，主要用于水電站上位機(jī)與交換機(jī)連接；翻轉(zhuǎn)線用于對(duì)水電站路由器、交換機(jī)等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備進(jìn)行設(shè)置。

1.2 光纖

光纖是一根很細(xì)的可傳導(dǎo)光線的纖維媒體，其半徑為幾微米至一、二百微米。制造光纖的材料可以是超純硅、合成玻璃或塑料。一根或多根光纖再由外皮包裹構(gòu)成光纜。按照光纖中光的傳輸模式分為單模光纖和多模光纖，單模光纖只允許一束光傳播，多模光纖，即發(fā)散為多路光波，每一路光波走一條通路。[2]

如圖1所示，光纜連接器有用戶通道連接器（Subscribers Channel-SC）、直插式連接器（Straight-tip，ST）、MT-RJ連接器3種。其中用戶通道連接器用于有線電視，采用推拉式固定方法。直插式連接器將光纜連接到網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，使用卡口式固定方法。MT-RJ連接器與RJ-45規(guī)格一樣。水電站通信用光纜連接器一般用的是直插式連接器和MT-RJ連接器。

1.3 雙絞線、光纖在水電站站內(nèi)通信的比較

在水電站站內(nèi)通信的應(yīng)用中， 雙絞線與光纖比較而言，光纖具有以下優(yōu)點(diǎn)。

（1）布線方便。

在具有相同信息傳輸能力的情況下，光纖要比雙絞線細(xì)得多，也輕便得多。給水電站通信布線帶來(lái)明顯的優(yōu)勢(shì)，光纖即可降低對(duì)支撐物的要求也可減小管道的體積。

（2）低衰減。

水電站站內(nèi)上位機(jī)和下位機(jī)的范圍可能達(dá)到幾百米，雙絞線在100 m范圍內(nèi)才能達(dá)到數(shù)百M(fèi)b/s的數(shù)據(jù)速率，100 m以上范圍信號(hào)會(huì)衰減。相對(duì)于雙絞線，使用光纖信號(hào)的衰減要小得多，不加中繼或放大直接傳輸，其速率達(dá)若干Gb/s。

（3）抗電磁干擾。

水電站高低壓設(shè)備運(yùn)行時(shí)會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)大的電磁場(chǎng)，雙絞線傳輸?shù)男盘?hào)是電信號(hào)，會(huì)受到電磁干擾影響通信效果。而光纖傳輸?shù)氖枪庑盘?hào)，在水電站使用不受外部電磁場(chǎng)的影響。此外，光纖也不向外輻射電磁場(chǎng)，不會(huì)對(duì)水電站的上位機(jī)和下位機(jī)造成電磁干擾。

2 水電站站內(nèi)通信方式

2.1 水電站監(jiān)控系統(tǒng)下位機(jī)之間通信

下位機(jī)設(shè)備的互聯(lián)通信可以增加數(shù)據(jù)采集的靈活性和數(shù)量、節(jié)省大量電纜，減少施工時(shí)間，常用的通信互聯(lián)方式包括串行通信、現(xiàn)場(chǎng)總線通信方式。

（1）串行通信接口。

串行通信接口RS485是目前監(jiān)控系統(tǒng)下位機(jī)設(shè)備之間相互連接的一種通信接口方式。由于水電站下位機(jī)需要通信互聯(lián)的設(shè)備較多，且各設(shè)備通信接口和規(guī)約標(biāo)準(zhǔn)不一，串行通信接口和編程比較簡(jiǎn)單且形式多樣，能比較好地適應(yīng)當(dāng)前下位機(jī)各設(shè)備接入的實(shí)際情況。如圖2所示，參與控制的設(shè)備需直接接入主PLC控制器，監(jiān)控系統(tǒng)一般均配置通信工作站、嵌入式智能通信裝置、串口轉(zhuǎn)現(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)備等，提供8～16個(gè)串行口接入現(xiàn)場(chǎng)串行通信設(shè)備，并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)接口連接監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)。

（2）現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)。

現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)采用RS485通訊接口，通訊波特率多在4 800～19 200 bps之間，最遠(yuǎn)傳輸距離為1 000 m左右，一般采用屏蔽雙絞線或同軸電纜作為通訊介質(zhì)。[3]如圖3所示，水電站采用現(xiàn)場(chǎng)總線將分散在現(xiàn)場(chǎng)的微機(jī)保護(hù)系統(tǒng)、調(diào)速系統(tǒng)、勵(lì)磁系統(tǒng)、PLC、非電氣量測(cè)量等連接成一體，組成現(xiàn)地控制子系統(tǒng)，提高了系統(tǒng)的自治性和可靠性，節(jié)省了大量信號(hào)電纜和控制電纜。

2.2 水電站監(jiān)控系統(tǒng)上位機(jī)與下位機(jī)之間的以太網(wǎng)通信

水電站監(jiān)控系統(tǒng)上位機(jī)與下位機(jī)之間的以太網(wǎng)通信是使用交換機(jī)來(lái)連接通信設(shè)備，交換機(jī)的高速背板和強(qiáng)大的存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)功能，使得上位機(jī)與下位機(jī)可以獨(dú)自享用10 Mbps或100 Mbps的傳輸速率，網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際帶寬大幅度提高。[4]如圖4所示，水電站上位機(jī)與下位機(jī)以太網(wǎng)通信方式互聯(lián)。這種通訊方式可靠性高，設(shè)備直接上網(wǎng)，便于網(wǎng)絡(luò)控制和管理，提高了系統(tǒng)響應(yīng)速度。

2.3 水電站監(jiān)控系統(tǒng)與MIS系統(tǒng)、水電站狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)通信

水電站監(jiān)控系統(tǒng)位于生產(chǎn)控制大區(qū)，MIS系統(tǒng)、水電站狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)位于管理信息大區(qū)（安全Ⅲ區(qū)）。根據(jù)《電力二次系統(tǒng)安全防護(hù)規(guī)定》，生產(chǎn)控制大區(qū)與管理信息大區(qū)兩個(gè)系統(tǒng)間數(shù)據(jù)雙向交換需通過(guò)電力專用正反向物理隔離裝置，專用正反向物理隔離裝置需經(jīng)國(guó)家指定部門(mén)檢測(cè)認(rèn)證。圖5是水電站監(jiān)控系統(tǒng)與MIS系統(tǒng)、狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)經(jīng)隔離裝置隔離后的以太網(wǎng)通信。

3 結(jié)語(yǔ)

該文分析了水電站站內(nèi)通信常用通信介質(zhì)雙絞線、光纖的結(jié)構(gòu)及水電站站內(nèi)通信方式。得出以下結(jié)論：光纖具有布線方便、低衰減、抗電磁干擾等特性，水電站站內(nèi)通信應(yīng)采用光纖作為通信介質(zhì)。以太網(wǎng)通信方式可靠性高，設(shè)備直接上網(wǎng)便于網(wǎng)絡(luò)控制和管理，提高了系統(tǒng)響應(yīng)速度，水電站監(jiān)控系統(tǒng)上位機(jī)與下位機(jī)、下位機(jī)之間應(yīng)采用以太網(wǎng)通信。水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)與MIS系統(tǒng)、狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的通信方式應(yīng)采用隔離裝置和以太網(wǎng)通信。

參考文獻(xiàn)

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[3] 汪志強(qiáng)，彭煜民，張學(xué)峰.清遠(yuǎn)抽水蓄能電站監(jiān)控系統(tǒng)下位機(jī)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)綜述[J].水電與抽水蓄能，2016，2（5）.

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