數(shù)字化ECMS系統(tǒng)的應(yīng)用研究

林國(guó)源

摘要：本文主要介紹ECMS系統(tǒng)的發(fā)展歷史、基本功能、配置結(jié)構(gòu)和案例分析，系統(tǒng)需要解決的問(wèn)題，以及未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)和前景。關(guān)鍵詞：數(shù)字化;ECMS系統(tǒng);應(yīng)用;研究

一、ECMS系統(tǒng)研究現(xiàn)狀

ECMS系統(tǒng)旨在提高電廠電氣系統(tǒng)自動(dòng)化和運(yùn)行管理的效率。應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)、測(cè)量保護(hù)及控制、現(xiàn)場(chǎng)總線及網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)設(shè)備促成電氣工程運(yùn)行、保護(hù)、測(cè)量、控制及不良信息。發(fā)電、廣播及電網(wǎng)系統(tǒng)管理及系統(tǒng)故障信息管理綜合自動(dòng)化的現(xiàn)場(chǎng)煤炭在線監(jiān)控及管理系統(tǒng)，比如故障診斷及電氣工程使用性能優(yōu)化。早期ECMS系統(tǒng)采用全布線方案集成到DCS系統(tǒng)中，系統(tǒng)技術(shù)落后，投資成本高，二次布線復(fù)雜，接入信息量有限成為電廠和設(shè)計(jì)單位眾所周知的劣勢(shì)。廣泛的鑒于現(xiàn)場(chǎng)總線形式的ECMS系統(tǒng)借助于間隔層智能集成測(cè)控章節(jié)的冗余現(xiàn)場(chǎng)總線接口，基本實(shí)現(xiàn)了一定程度的控制。ECMS整體通訊控制形式，控制總體水平進(jìn)一步提高，DCS系統(tǒng)的DI.DO還大大減少，AI、PI等等卡的數(shù)目及二次布線的任務(wù)量成為主流形式.現(xiàn)階段ECMS系統(tǒng)中的現(xiàn)場(chǎng)總線有多種類型，各有優(yōu)缺點(diǎn)，Prafibus現(xiàn)場(chǎng)總線模式在電廠自動(dòng)化領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用?，F(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)雖然先進(jìn)，但是操作方式依然是主從問(wèn)答方式，設(shè)備的互操作性也沒(méi)從根本上促成。繼IEC61850數(shù)字化技術(shù)設(shè)備在智能變電站監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的成功應(yīng)用之后，該類技術(shù)設(shè)備所提倡的設(shè)備互操作性已經(jīng)具體應(yīng)用于發(fā)電廠ECMNS系統(tǒng)應(yīng)用中具備一定共性的許多實(shí)際工程項(xiàng)目實(shí)踐中。

（1）DCS支持的通訊方式較少，因此DCS與ECMS之間的通訊一般采用MODBUSRTU通訊方式，信息顯示在間隔層的DCS屏幕上，需要多協(xié)議轉(zhuǎn)換，耗時(shí)較長(zhǎng)。它用于現(xiàn)場(chǎng)，通常需要3到6秒或更長(zhǎng)時(shí)間才能滿足現(xiàn)場(chǎng)的操作要求。（2）不能將DCS系統(tǒng)通信點(diǎn)用作邏輯點(diǎn)。也就是說(shuō)，通過(guò)通信傳輸?shù)男畔?nèi)容只能在操作員站查看，不能參與邏輯控制。控制器、DCS系統(tǒng)不允許操作員獲得足夠數(shù)量的工廠電氣信息，因?yàn)橥ǔ?duì)信息點(diǎn)的數(shù)量有嚴(yán)格的限制。（3）ECMS系統(tǒng)僅作為監(jiān)控系統(tǒng)使用，通常沒(méi)有操作員站，整廠電源反接，DCS系統(tǒng)檢查后才能參與系統(tǒng)控制。（4）在投資成本上，采用這種形式的DCS節(jié)省了一些AI、DI卡和線纜，但增加了一塊通訊卡與ECMS系統(tǒng)進(jìn)行通訊。以2×600MW發(fā)電廠為例為，華東電網(wǎng)設(shè)計(jì)研究所將該類設(shè)計(jì)方案的投資與現(xiàn)有DCS設(shè)計(jì)方案的投資展開(kāi)較為，得出建設(shè)項(xiàng)目總投資降低大約20萬(wàn)元，具備投資資源優(yōu)勢(shì).這個(gè)時(shí)間表沒(méi)獲得彰顯。

二、ECMS的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和案例

從結(jié)構(gòu)上看，ECMS系統(tǒng)采用分層分布、開(kāi)放式體系，可以選擇Windows或者Unix實(shí)時(shí)操作系統(tǒng).整個(gè)系統(tǒng)可分成三層：

第一層：間隔層。那一層主要是根據(jù)完成各種專門(mén)基本功能的智能設(shè)備。那包括廠電中壓6kV/10kV系統(tǒng)維護(hù)控制裝置、廠電低壓400V系統(tǒng)智能傳感器以及測(cè)控裝置、廠電快速切換裝置、低壓備用變壓器自動(dòng)切換裝置、自動(dòng)半同步控制裝置、少電壓地線選擇器、電壓地線選擇器等等。這些智能設(shè)備通常選用嵌入式軟件及硬件技術(shù)開(kāi)發(fā)，比如CPU、AD、RAN.EEPROM、現(xiàn)場(chǎng)總線及以太網(wǎng)外部通信接口。

第二層：通信管理層。該層包含通信網(wǎng)絡(luò)和通信管理設(shè)備。它們主要由上述各種智能設(shè)備、DCS系統(tǒng)、電氣背景監(jiān)控系統(tǒng)以及電廠其他智能設(shè)備（發(fā)電機(jī)保護(hù)、勵(lì)磁調(diào)節(jié)器等）組成。與其余電廠系統(tǒng)（比如電廠級(jí)監(jiān)控系統(tǒng)SIS）的通信。通訊形式采納制造業(yè)以太網(wǎng)及PROFIBUS、CAN等等現(xiàn)場(chǎng)總線。通信管理設(shè)備可以促成不同現(xiàn)場(chǎng)總線接口標(biāo)準(zhǔn)的互連及不同通信協(xié)議的轉(zhuǎn)換。

第三層：站控層。站控層主要由計(jì)算機(jī)軟硬件以及各種專業(yè)應(yīng)用軟件組成，是完成全系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集、處理和顯示的全系統(tǒng)控制管理中心。它監(jiān)控功能和管理，并得到相應(yīng)的批準(zhǔn)?？梢钥刂葡鄳?yīng)的設(shè)備。隨著電廠自動(dòng)化總體水平的提升，ECMS系統(tǒng)更強(qiáng)調(diào)運(yùn)行管理基本功能，提供豐富的管理應(yīng)用軟件。

站控層應(yīng)用軟件平臺(tái)一般采用window/Unix操作系統(tǒng)。整個(gè)硬件及操作系統(tǒng)完全符合國(guó)際制造業(yè)規(guī)范，具備開(kāi)放性強(qiáng)、實(shí)時(shí)性低、數(shù)據(jù)吞吐量大、運(yùn)行安全穩(wěn)定、便捷等等特性。應(yīng)用軟件除了傳統(tǒng)的SCADA（DataAcquisitionandMonitoring）軟件外，還擴(kuò)展了生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)管理，包括故障分析管理、波浪分析、工廠電能抄表、在線設(shè)備分析等多種先進(jìn)的管理應(yīng)用軟件。診斷、工廠用電拓?fù)浞治?、控制電源管理、事故召回與逆轉(zhuǎn)、工廠用電統(tǒng)計(jì)與節(jié)能分析、操作票專家系統(tǒng)、電氣仿真集成等具有強(qiáng)大的設(shè)備維護(hù)管理功能。

三、ECMS系統(tǒng)需要注意和解決的問(wèn)題

（1）目前ECMS系統(tǒng)與DCS系統(tǒng)之間的通信接口沒(méi)有統(tǒng)一的規(guī)范，需要根據(jù)具體項(xiàng)目確定實(shí)施方案。國(guó)外進(jìn)口DCS晶體仍占有較大份額，進(jìn)口DCS的開(kāi)放性受到嚴(yán)重限制。DCS通信周期和數(shù)據(jù)包長(zhǎng)度對(duì)實(shí)時(shí)通信有顯著影響。這是ECMS系統(tǒng)廠商和DCS系統(tǒng)廠商合作的問(wèn)題，系統(tǒng)對(duì)接比較困難。ECMS系統(tǒng)廠商需要加大通信接口和協(xié)議的開(kāi)發(fā)力度，提高與DCS系統(tǒng)的通信質(zhì)量。（2）對(duì)于DCS廠商來(lái)說(shuō)，取消大量的發(fā)射器和I/O卡對(duì)市場(chǎng)利潤(rùn)有一定的影響，需要在通信接入上投入精力，難免有一定的阻力。（3）ECMS通信方式比有線方式信息通信鏈路多，可靠性和實(shí)時(shí)性有一定差距，目前通信信息僅限于監(jiān)控信息。用戶期望的完整通信目標(biāo)尚未完全實(shí)現(xiàn)。（4）電氣聯(lián)鎖問(wèn)題。發(fā)電廠有許多聯(lián)鎖電路，其中大部分在過(guò)去都是接線的。在ECMS系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)電氣聯(lián)鎖功能基本沒(méi)有問(wèn)題，但實(shí)時(shí)性略有差距。（5）ECMS節(jié)點(diǎn)多，去中心化強(qiáng)，需要分階段建設(shè)多個(gè)單元。對(duì)系統(tǒng)信息量、網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)構(gòu)架擴(kuò)展性、設(shè)備售后服務(wù)能力有比較低要求。解決方案依賴于生產(chǎn)商。網(wǎng)絡(luò)通信中斷、信息內(nèi)容更新緩慢等等難題困擾用戶，增多系統(tǒng)維護(hù)量，影響ECMS實(shí)施的有效性和應(yīng)用的可靠性。（6）DCS開(kāi)始運(yùn)行后，ECMS的使用率相對(duì)較低，關(guān)注度較低，因此ECMS目前的電氣維護(hù)功能還不夠。

結(jié)束語(yǔ)

考慮到實(shí)際應(yīng)用中的問(wèn)題，本人認(rèn)為通過(guò)ECMS生產(chǎn)商、DCS生產(chǎn)商、發(fā)電廠、設(shè)計(jì)部門(mén)的密切配合，合理規(guī)劃，正確施行，一定會(huì)解決。因?yàn)镋CMS系統(tǒng)的成熟及穩(wěn)定及通信技術(shù)設(shè)備的一直發(fā)展，堅(jiān)信在不久的未來(lái)，它們能真正被用戶廣泛知曉及應(yīng)用。

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