摘要：本文详细介绍了数据通信技术在电厂下位机实时数据监控系统中的原理和应用。该通信技术的应用可大大提高恶劣工业现场通信的可靠性和实时性。
关键词：火力发电厂；实时数据；通讯
一、火电厂监控系统(ECMS)的发展历史
20世纪90年代之前,电气控制设备独立运行,无所谓系统.90年代初期,微机继电保护装置的出现,标志着电气二次微机保护时代的来临。此时,电气设备采用常规硬接线接入到DCS控制器,由DCS系统完成电气控制,由于DCS系统所含电气信息量很少,无法满足电气自动化的要求。2002年出现了利用现场总线和网络对电气二次设备进行联网,以通信方式接入DCS系统,减少投资,提高电气运行管理水平,即ECMS系统出现。
发展初期,厂用电监控系统(ECMS)主要是依附于DCS,将ECMS系统纳入DCS系统一体化控制。主要特点是:硬接线和现场总线通讯相结合,DCS系统通过硬接线控制,所有的厂用电电器开关控制、联锁信号、电流量都通过硬接线送至DCS系统,而厂用电保护装置的模拟量采样、告警信号、开关分合状态均通过通讯线的方式进入ECMS系统,然后ECMS系统转发至DCS系统。
关键词：火力发电厂；实时数据；通讯
一、火电厂监控系统(ECMS)的发展历史
20世纪90年代之前,电气控制设备独立运行,无所谓系统.90年代初期,微机继电保护装置的出现,标志着电气二次微机保护时代的来临。此时,电气设备采用常规硬接线接入到DCS控制器,由DCS系统完成电气控制,由于DCS系统所含电气信息量很少,无法满足电气自动化的要求。2002年出现了利用现场总线和网络对电气二次设备进行联网,以通信方式接入DCS系统,减少投资,提高电气运行管理水平,即ECMS系统出现。
发展初期,厂用电监控系统(ECMS)主要是依附于DCS,将ECMS系统纳入DCS系统一体化控制。主要特点是:硬接线和现场总线通讯相结合,DCS系统通过硬接线控制,所有的厂用电电器开关控制、联锁信号、电流量都通过硬接线送至DCS系统,而厂用电保护装置的模拟量采样、告警信号、开关分合状态均通过通讯线的方式进入ECMS系统,然后ECMS系统转发至DCS系统。
2007年后,ECMS系统实现完整的电气控制,作为现场总线控制系统,电气诊断、预测性维护、分析等应用功能大大增强,实现全分布式电气控制系统。整个ECMS系统实现了发电机-变压器组、高低压厂用电源等电气设备的监视、控制和管理;ECMS系统实现电动机的监测管理,DCS系统实现电动机的控制。
二、某电厂系统概述
某发电厂1—2#机组经济运行微机网络系统是集信号的采集、监控和信息的综合处理为一体的实时系统,是典型的分布式计算机控制系统。系统能够提高机组自动化程度,减轻运行人员的劳动强度,对机组的运行情况起到了实时监控作用,并提高了机组故障的快速分析和准确判断能力。系统的网络结构如图1所示。
图1发电厂经济运行微机网络系统网络结构框图
发电厂的机组现场环境非常恶劣,尤其空气中充满强电磁场干扰,长距离高速率通讯网线上的分布电容极易引起电荷积累,对下位机实时数据监控系统的网络通讯造成不容忽视的干扰,甚至使通讯无法正常进行。因此,对于分布于机组现场的下位机实时数据监控系统来说,采用普通的通讯方法和网络传输技术将无法解决上述问题。为了克服通讯网线上电荷积累造成的干扰,可在采集器与下位机之间采用电荷平衡传输技术,这将大大提高网络通讯的可靠性和
二、某电厂系统概述
某发电厂1—2#机组经济运行微机网络系统是集信号的采集、监控和信息的综合处理为一体的实时系统,是典型的分布式计算机控制系统。系统能够提高机组自动化程度,减轻运行人员的劳动强度,对机组的运行情况起到了实时监控作用,并提高了机组故障的快速分析和准确判断能力。系统的网络结构如图1所示。
图1发电厂经济运行微机网络系统网络结构框图
发电厂的机组现场环境非常恶劣,尤其空气中充满强电磁场干扰,长距离高速率通讯网线上的分布电容极易引起电荷积累,对下位机实时数据监控系统的网络通讯造成不容忽视的干扰,甚至使通讯无法正常进行。因此,对于分布于机组现场的下位机实时数据监控系统来说,采用普通的通讯方法和网络传输技术将无法解决上述问题。为了克服通讯网线上电荷积累造成的干扰,可在采集器与下位机之间采用电荷平衡传输技术,这将大大提高网络通讯的可靠性和
实时性,减少通讯故障的发生。
三、系统通讯技术
电荷平衡传输技术是借鉴英国输力强公司的“S网络”通讯技术而发展的一种网络通讯处理技术。这是一种异步双向数据通讯网络,即采集器发往主机的上网信号设计成在一个传送周期中第一个1/4周期为负脉冲,第二个1/4周期为正脉冲(主机发往采集器的上网信号相反),后半个周期为无脉冲,这又称为电荷平衡传输技术。如前所述,对于长距离高速率的网络数据传输,网线上的分布电容引起的电荷积累常常造成不容忽视的干扰,采用这种通讯技术则可解决这一难题。即在负脉冲所积累的电荷在正脉冲得以部分中和,且在后半个周期的延时能使剩余的积累电荷有时间充分释放。因此,采用这种电荷平衡传输技术抗干扰能力极强,尤其适合发电厂这种具有强电磁场干扰的恶劣环境。
四、系统通讯技术的原理与应用
在以上实时数据监控系统的网络通讯中,可应用这种先进、独特的电荷平衡传输技术。系统能在传输距离为1200m的范围内以高达187.5KBPS的速率通讯,其串行通讯是以峰值6V的电平和平衡差动方式传送的。主机网卡及采集器的上网信号采用如下传输信号:即数字“0”用“电荷平衡传输”方式来表示,数字“1”则由传送周期内无脉冲出现来表示。这样,即充分
三、系统通讯技术
电荷平衡传输技术是借鉴英国输力强公司的“S网络”通讯技术而发展的一种网络通讯处理技术。这是一种异步双向数据通讯网络,即采集器发往主机的上网信号设计成在一个传送周期中第一个1/4周期为负脉冲,第二个1/4周期为正脉冲(主机发往采集器的上网信号相反),后半个周期为无脉冲,这又称为电荷平衡传输技术。如前所述,对于长距离高速率的网络数据传输,网线上的分布电容引起的电荷积累常常造成不容忽视的干扰,采用这种通讯技术则可解决这一难题。即在负脉冲所积累的电荷在正脉冲得以部分中和,且在后半个周期的延时能使剩余的积累电荷有时间充分释放。因此,采用这种电荷平衡传输技术抗干扰能力极强,尤其适合发电厂这种具有强电磁场干扰的恶劣环境。
四、系统通讯技术的原理与应用
在以上实时数据监控系统的网络通讯中,可应用这种先进、独特的电荷平衡传输技术。系统能在传输距离为1200m的范围内以高达187.5KBPS的速率通讯,其串行通讯是以峰值6V的电平和平衡差动方式传送的。主机网卡及采集器的上网信号采用如下传输信号:即数字“0”用“电荷平衡传输”方式来表示,数字“1”则由传送周期内无脉冲出现来表示。这样,即充分
运用了“电荷平衡传输”技术,又合理地结合了实际情况。其原因在于:一般传送帧中,数字“0”出现较多,数字“1”出现较少,将“0”调制成如双向脉冲这样规则的形状,能够区分其它干扰信号;另外,“1”信号设成无脉冲,更能有效地区分干扰信号,避免了“1”信号与干扰信号的混淆,从而避免了错误识别通讯信号现象的发生。我们以采集器的通讯逻辑阵列(CLA)为例,详细分析电荷平衡传输技术的工作原理。采集器通讯逻辑阵列(CLA)的等效电路原理如图3所示。CLA采用了可编程门阵列逻辑芯片GAL16V8A,实现了以前只能靠大量逻辑门电路搭接而完成的功能。
由通讯电路原理图可以分析出采集器发往主机的数字信号是如何转化的,其时序如图2以信号“0100”为例,可以清楚地看出,从采集器发出的“0”、“1”数字信号是如何转化成“先负后正”的发往主机的异步双向网络通讯信号的。
主机网卡的通讯电路逻辑关系类似于图3,主要区别在于两个或非门改为或门,3、4引脚的两个反相器改为同相驱动器,这使得主机发往采集器的异步双向网络通讯信号是“先正后负”的。采取这样的通讯协议,使得对网线上传输的任何一个数据串,只要判断第一个传送周期中的脉冲方向,就可以知道它是由主机发出的还是发往主机的,从而节省了花费在判断“是否需要接收”的时间,大大提高了系统的实时性。
由通讯电路原理图可以分析出采集器发往主机的数字信号是如何转化的,其时序如图2以信号“0100”为例,可以清楚地看出,从采集器发出的“0”、“1”数字信号是如何转化成“先负后正”的发往主机的异步双向网络通讯信号的。
主机网卡的通讯电路逻辑关系类似于图3,主要区别在于两个或非门改为或门,3、4引脚的两个反相器改为同相驱动器,这使得主机发往采集器的异步双向网络通讯信号是“先正后负”的。采取这样的通讯协议,使得对网线上传输的任何一个数据串,只要判断第一个传送周期中的脉冲方向,就可以知道它是由主机发出的还是发往主机的,从而节省了花费在判断“是否需要接收”的时间,大大提高了系统的实时性。
图3采集器通讯等效电路原理图
五、结语网线原理
总之，在类似于发电厂这样具有强电磁场干扰等恶劣环境的工业现场,采用电荷平衡传输这一技术进行长距离、高速率通讯是非常可靠的，对提高系统通讯的稳定性和实时性,具有极大的应用和推广价值。
参考文献：
[1]侯炜，沈全荣，严伟.ECMS系统的新型结构及其应用[J].电力系统及其自动化学报,2010,第5期
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