ECS系統(tǒng)與SIS、DCS系統(tǒng)間通信改進(jìn)研究

阮琢

摘 要：發(fā)電廠監(jiān)控系統(tǒng)不是一個(gè)單一的系統(tǒng)，而是由多個(gè)系統(tǒng)相互協(xié)調(diào)一起，不同系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)信息的交換是統(tǒng)一這些系統(tǒng)的關(guān)鍵所在，為了讓每個(gè)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，使用OPC通信協(xié)議來(lái)解決系統(tǒng)間數(shù)據(jù)交換問(wèn)題，并通過(guò)改進(jìn)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸通道，解決數(shù)據(jù)丟失的問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：ECS;DCS;SIS;數(shù)據(jù)流

1前言

電廠監(jiān)控系統(tǒng)是近幾年快速發(fā)展起來(lái)的一個(gè)新領(lǐng)域，它的發(fā)展是信息技術(shù)和電力生產(chǎn)領(lǐng)域多種技術(shù)緊密結(jié)合、相互促進(jìn)的結(jié)果?，F(xiàn)代火電廠采用DCS、ECS、SIS等多個(gè)系統(tǒng)相互配合協(xié)作，共同組成電廠監(jiān)控系統(tǒng)。本文主要研究ECS在與DCS、SIS系統(tǒng)之間通過(guò)OPC協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)包傳輸過(guò)程中發(fā)生的數(shù)據(jù)丟失、中斷的現(xiàn)象，通過(guò)分析試驗(yàn)，對(duì)系統(tǒng)間傳輸通道改進(jìn)，讓數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐暾耘c連續(xù)性得到改進(jìn)，為機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行提供保障。

2概述

2.1 ECS簡(jiǎn)介

計(jì)算機(jī)通信技術(shù)的高速發(fā)展，使我國(guó)電力系統(tǒng)廠站自動(dòng)化水平迅速提高。除部分繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置實(shí)現(xiàn)微機(jī)化，具備通信功能外，大部分電氣監(jiān)控手段仍是在控制屏上手動(dòng)操作和查看常規(guī)儀表水平，控制邏輯一般由繼電器和開(kāi)關(guān)的輔助接點(diǎn)通過(guò)硬接線實(shí)現(xiàn)。該監(jiān)控方式給日常運(yùn)行和維護(hù)帶來(lái)不便。近年來(lái)，以現(xiàn)場(chǎng)總線、工業(yè)以太網(wǎng)為代表的通信技術(shù)在變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)中成功應(yīng)用，使得發(fā)電廠電氣監(jiān)控管理系統(tǒng)（Electric Control System，ECS）得到發(fā)展，ECS是將原來(lái)DCS中的電氣部分獨(dú)立出來(lái)，實(shí)現(xiàn)廠用電中電氣系統(tǒng)的保護(hù)、測(cè)量、控制、分析等綜合功能。提高了發(fā)電廠自動(dòng)化和控制管理水平，保證發(fā)電廠運(yùn)行的安全性和可靠性，增強(qiáng)發(fā)電廠在電力市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的優(yōu)勢(shì)和競(jìng)爭(zhēng)能力。

2.2 SIS簡(jiǎn)介

廠級(jí)監(jiān)控信息系統(tǒng)（Supervisory Information System，SIS）是集過(guò)程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、優(yōu)化控制及生產(chǎn)過(guò)程管理為一體的信息系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過(guò)對(duì)火電廠生產(chǎn)過(guò)程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和分析，提供全廠完整的生產(chǎn)過(guò)程數(shù)據(jù)信息，可作為電力公司信息網(wǎng)絡(luò)化的可靠生產(chǎn)信息資源，使公司管理人員能夠?qū)崟r(shí)掌握各發(fā)電企業(yè)生產(chǎn)信息及輔助決策信息。

2.3 DCS簡(jiǎn)介

分散式控制系統(tǒng)（Distributed Control System，DCS），是網(wǎng)絡(luò)集散和控制技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物。實(shí)現(xiàn)位置上分散，功能上分離，達(dá)到分散控制為主，集中管理為輔。在我國(guó)350MW以上的火電機(jī)組上應(yīng)用較為廣泛，其經(jīng)濟(jì)性和安全性被我國(guó)發(fā)電企業(yè)所認(rèn)同，近年DCS技術(shù)得到了極大的發(fā)展和應(yīng)用，為火力發(fā)電廠的信息化處理提供了必要保障。

2.4 OPC簡(jiǎn)介

OPC（OLE for Process Control）是過(guò)程控制設(shè)計(jì)的OLE（Object Linking and Embedding）技術(shù)。本質(zhì)是采用了Microsoft的COM/DCOM（組件對(duì)象模型/分布式組件對(duì)象模型）技術(shù)，COM主要是為了實(shí)現(xiàn)軟件復(fù)用和互操作，并且為基于WINDOWS的程序提供了統(tǒng)一的、可擴(kuò)充的面向?qū)ο蟮耐ㄐ艆f(xié)議，DCOM是COM技術(shù)在分布式計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的擴(kuò)展，使COM支持在局域網(wǎng)、廣域網(wǎng)甚至Internet上不同計(jì)算機(jī)的對(duì)象之間的通信。

3 ECS系統(tǒng)組成

以某廠為例，ECS是由某公司負(fù)責(zé)搭建，采用該公司提供軟件和硬件共同組成的系統(tǒng)。其中電氣設(shè)備使用綜合測(cè)控裝置，對(duì)各電氣信息量進(jìn)行采集轉(zhuǎn)換后，用通信方式傳輸給通信管理機(jī)，通信管理機(jī)匯總信息后，再通過(guò)以太網(wǎng)將數(shù)據(jù)傳輸?shù)浇粨Q機(jī)，最終服務(wù)器從交換機(jī)中獲取各電氣信息量，用組態(tài)的形式將控制系統(tǒng)展現(xiàn)給用戶，并增加接口機(jī)，用來(lái)進(jìn)行物理層面隔離服務(wù)器，向DCS與SIS發(fā)送數(shù)據(jù)。系統(tǒng)示意圖如圖3-1。

該廠ECS主要負(fù)責(zé)將全廠各個(gè)電氣設(shè)備的運(yùn)行工況、故障信息和電氣信息量等采集匯總后，通過(guò)OPC將數(shù)據(jù)包發(fā)送給DCS與SIS，例如各電機(jī)電流大小、電能信息，都是由ECS采集后對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)一步處理發(fā)送出去。

4 各系統(tǒng)間數(shù)據(jù)傳輸存在的問(wèn)題

ECS采集的信息量龐大，并實(shí)時(shí)與DCS與SIS進(jìn)行通信傳輸，但由于各系統(tǒng)之間的軟硬件并不是同一廠家，各系統(tǒng)內(nèi)部技術(shù)方案不同，系統(tǒng)間存在兼容性問(wèn)題。由于所有系統(tǒng)均采用WINDOWS系統(tǒng)，于是采用OPC協(xié)議解決各系統(tǒng)間兼容問(wèn)題，使得數(shù)據(jù)可以在各系統(tǒng)間傳輸。數(shù)據(jù)傳輸如圖4-1。

此方案初期順利解決了系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)傳輸問(wèn)題，各系統(tǒng)可以正常獲取ECS采集到信息，DCS分別從接口機(jī)1與接口機(jī)2中獲取數(shù)據(jù)，SIS從接口機(jī)1或者接口機(jī)2中獲取數(shù)據(jù)。但隨著運(yùn)行時(shí)間增長(zhǎng)，數(shù)據(jù)傳輸問(wèn)題開(kāi)始顯現(xiàn)，DCS與SIS從ECS獲取數(shù)據(jù)流的過(guò)程中，發(fā)生數(shù)據(jù)包丟失現(xiàn)象，直觀的表現(xiàn)形式為，DCS控制界面上數(shù)據(jù)刷新減緩或不變，這將影響值班人員對(duì)設(shè)備運(yùn)行工況的判斷，不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備異常，甚至可能造成運(yùn)行人員的誤操作，影響機(jī)組正常運(yùn)行。初期通過(guò)重啟ECS中負(fù)責(zé)傳輸數(shù)據(jù)的接口機(jī)，便可解決，但隨著系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間進(jìn)一步積累，數(shù)據(jù)量顯著增加，數(shù)據(jù)流中斷現(xiàn)象發(fā)生率大幅提高，并且一旦SIS或DCS任一系統(tǒng)在數(shù)據(jù)獲取時(shí)發(fā)生中斷，將直接影響ECS接口機(jī)對(duì)外發(fā)送數(shù)據(jù)，會(huì)使得SIS與DCS同時(shí)中斷數(shù)據(jù)流，最直接表現(xiàn)就是DCS失去所有的電氣信息量。工作人員在解決此問(wèn)題時(shí)，需先重啟ECS中斷數(shù)據(jù)流的接口機(jī)，然后再重啟SIS后臺(tái)和DCS后臺(tái)，才可恢復(fù)，然而該問(wèn)題發(fā)生的時(shí)間不確定性大，對(duì)運(yùn)行值班人員和維護(hù)人員造成很大困擾，經(jīng)常出現(xiàn)深夜數(shù)據(jù)中斷，多方系統(tǒng)操作人員相互配合，相繼重啟工作站后才能解決問(wèn)題，在一定程度上對(duì)維護(hù)人員造成不小的麻煩，尤其對(duì)運(yùn)行人員造成很大的困擾，成為機(jī)組運(yùn)行中不可忽視的安全隱患，存在著機(jī)組跳機(jī)風(fēng)險(xiǎn)。

5 解決方案

由于該廠ECS連續(xù)運(yùn)行近10年，設(shè)備老化明顯，遂將ECS整體進(jìn)行升級(jí)改造，將系統(tǒng)各部分的通信管理機(jī)升級(jí)換代，并對(duì)通信管理機(jī)進(jìn)行主從雙機(jī)冗余配置升級(jí)，增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性，對(duì)系統(tǒng)的服務(wù)器和接口機(jī)進(jìn)行了軟件和硬件更新。工作人員對(duì)ECS與SIS和DCS數(shù)據(jù)流中斷問(wèn)題，做了詳細(xì)分析與研究后，通過(guò)試驗(yàn)得出了解決辦法。

升級(jí)系統(tǒng)后，通過(guò)反復(fù)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)使用圖4-1所示的數(shù)據(jù)傳輸方法依舊會(huì)出現(xiàn)類似問(wèn)題，猜測(cè)原因是數(shù)據(jù)通道堵塞和網(wǎng)絡(luò)連接超時(shí)造成的數(shù)據(jù)流中斷，數(shù)據(jù)流一旦中斷，SIS不能重連，繼而影響接口機(jī)無(wú)法向DCS發(fā)送數(shù)據(jù)。但是單向?qū)CS或SIS數(shù)據(jù)傳輸卻能保持穩(wěn)定，于是將原有數(shù)據(jù)傳輸通道進(jìn)行改進(jìn)，根據(jù)新系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)傳輸要求，將SIS數(shù)據(jù)來(lái)源由工程師站后臺(tái)機(jī)提供，重新配置OPC協(xié)議，單獨(dú)向SIS系統(tǒng)傳輸數(shù)據(jù)，而DCS數(shù)據(jù)流傳輸通道不變，此方法使SIS與接口機(jī)斷開(kāi)連接，讓DCS與SIS均從ECS中單向獲取數(shù)據(jù)，有效防止SIS與DCS互相影響造成的數(shù)據(jù)流中斷。由于ECS后臺(tái)機(jī)也是從兩臺(tái)服務(wù)器獲取數(shù)據(jù)，并有冗余配置，因此SIS的數(shù)據(jù)來(lái)源可靠并能長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行。數(shù)據(jù)傳輸示意圖如圖5-1。

6 總結(jié)

在數(shù)據(jù)傳輸改進(jìn)后，該廠2年以來(lái)DCS、 SIS與ECS間沒(méi)有出現(xiàn)數(shù)據(jù)中斷現(xiàn)象，各系統(tǒng)均能穩(wěn)定從ECS獲取數(shù)據(jù)，保持?jǐn)?shù)據(jù)流通道暢通，值班人員沒(méi)有反饋電氣信息量丟失或不刷新現(xiàn)象，避免了誤判與誤操作的出現(xiàn)，使機(jī)組能夠安全穩(wěn)定運(yùn)行。隨著通信技術(shù)的不斷發(fā)展，相信在未來(lái)，不同系統(tǒng)間數(shù)據(jù)交換的穩(wěn)定性和高速性能得到徹底解決。

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