基于以太网和现场总线技术的火电厂系统

科 技 学 院

自动化专题报告

(2011--2012年度第一学期)

名 称： 火电厂自动化专题

题 目： 基于工业以太网和现场总线的火

电厂自动化系统

院 系： 动力工程系 班 级： 自动化08K1 学 号： 学生姓名： 指导教师： 李大中 设计周数： 一 周

成 绩：

日期：2011年11月10日

基于工业以太网和现场总线的火电厂自动化系统

电厂电气自动化系统，简称ECS，是电厂自动化领域近年来兴起的一个新的热点。与DCS

侧重于热工系统的监控相对应，ECS侧重于电气系统的监控；与NCS侧重于电厂接入电网部分的电气监控相对比，ECS侧重于发电厂内部，实现厂用电中低压电气系统的保护、测量、计量、控制、分析等综合功能。本文介绍了一种基于工业以太网和现场总线的电厂电气自动化系统。

1传统的电厂电气监控方案

传统的电厂电气监控的实现方式是由DCS系统经I/O板实 现对电气部分的数据采集和

远方控制。 电气部分特殊控制功能如继电保护、故障录波等都由独立的装置来实现，DCS系统与无关。图1为传统电厂电气监控方案，在这个方案中，DCS的I/O 板只能处理标准信号，模拟量需要经过变送器转换成标准的4～20mA 电流。 DCS可以实现对电气中的关键少量的信 号的监视和控制，但需要大量的电缆和变送器，实施的成本比较高。

2电厂电气自动化系统方案

随着微机在继电保护和自动装置中的广泛应用，电气综合保护测控装置可以实现基于交

流采样的保护、测量、录波、控制和通信，这些新型的微机保护测控装置可以非常方便地采用现场总线、工业以太网等技术组成网络，电厂电气监控也发展为以交流采样、数字通信为主要特点的综合自动化系统。

2.1现场总线简介

现场总线（Field Bus）是工厂底层设备之间的通信网络，是计算机数字通信技术在自

动化领域的应用，为底层设备信息及生产过程信息集成提供了通信平台。工厂底层应用现场

总线技术实现了全厂信息纵向集成的透明通信，即从管理层到自动化底层的数据存取。现场总线的介质访问控制方式可满足工业控制网络的要求，即通信的实时性和确定性，但是现场总线的通信速率相对比较低，不适合大量的数据传输。

2.2工业以太网简介

以太网和TCP/IP协议在IT行业得到了广泛应用，随着IEC 61158统一现场总线标准的失败，使得工业控制领域的专家将目标转向在IT行业获得成功的以太网技术，以太网具有兼容性好、成本低廉、通信速率高等优点，但是也有实时性差、不确定性等问题。以太网适合应用于大数据量，实时性要求不是特别高的场合。

2.3电厂电气监控的特点

电厂电气监控系统的范围包括厂用电系统、网控系统、机组系统等，其中网控系统可采用目前非常成熟的变电站自动化系统的技术，电厂电气监控系统具有以下特点：

系统的设备数量和种类多，信息量大，物理位置分散。要接入的装置类型包括6kV综保、

380V综保、发变组保护测控、录波、励磁、同期、厂用电快切、UPS、柴油发电机组、安全稳定装置、直流系统等，装置数量经常是几百台甚至上千台，每台装置都有几百个信息点，装置分布在电子设备间及各个厂房。

与其他系统的接口复杂，需要与ECS系统接口的其他系统包括机组的DCS系统、电厂

SIS系统、MIS系统等，而与DCS的接口方式既有硬接线方式，又有通信方式，通信接 口方式既有系统级的接口又有主控单元和DPU级的接口。

2.4基于工业以太网和现场总线的电厂电气自动化系统的网络结构

根据电厂电气监控的要求以及工业以太网、现场总线的特点，电厂电气自动化系统采用ECS是DCS系统的一个子系统。

以下网络结构，站控层采用工业以太网，间隔层采用现场总线组网。如图2所示。整个系统采用分层分布式结构，分为站控层、通信控制层和间隔层，下层的功能不依赖于上层设备及通信网络。站控层由主站系统构成，是整个ECS系统的控制管理中心，完成对整个ECS系统的数据收集、处理、显示、监视、控制功能。通信控制层不仅完成间隔层装置和主站系统数据的转换，可实现与DCS的DPU的数据交换，而且可以实现与电气相关的部分 逻辑控制功能，通信控制层主要由通信和控制两个功能组成。间隔层也叫设备层或者装置层，主要由各

种保护测控装置和智 能设备组成，可以通过现场总线、以太网、串口等方式和上一层主控单元进行数据通信。

整个系统的网络由

两种网络组成，站控层网络和间隔层网络。站控层网络包括两个部分功能，一是站控层设备

和通信控 制层设备或间隔层装置之间的通信，一是站控层各个节点之间的通信。主站系统中有两个相互冗余的作为数据处理核心的通信服务器，通信服务器负责通过以太网络、站级通信规约与 通信控制层的主控单元或者直接与装置进行数据交换，同时通过实时数据库与站控层其他主站接口交换数据。站控层网络采 用高速以太网络，通信介质采用五类双绞线，当距离远时采用光纤。

间隔层网络指通信控制层与间隔层装置之间的 …… 此处隐藏：1017字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……