水電站自動(dòng)化系統(tǒng)機(jī)組LCU雙網(wǎng)/單網(wǎng)控制方案

摘要

　　我國電站自動(dòng)化從上世紀(jì)80年代末開始。目前隨著自動(dòng)化技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)的逐漸成熟，各大系統(tǒng)集成商面對(duì)業(yè)主需求和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，緊跟系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展潮流，開發(fā)新的系統(tǒng)，應(yīng)對(duì)客戶在自動(dòng)化程度、功能、可靠性以及開放程度上的更高要求。

一、系統(tǒng)概述：

1、水電站自動(dòng)化系統(tǒng)概括說明：

• 水電站自動(dòng)化系統(tǒng)是電站安全、優(yōu)質(zhì)、高效運(yùn)行的重要保證。
• 目前我國絕大多數(shù)大中型電廠以及新建電廠均投入計(jì)算機(jī)自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)備，國內(nèi)自動(dòng)化系統(tǒng)的市場(chǎng)已步入成熟發(fā)展的階段。

  

• 水電站自動(dòng)化系統(tǒng)采用全開放、分層分布式結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)由站控層、網(wǎng)絡(luò)層和現(xiàn)地層設(shè)備構(gòu)成。 站控層各站點(diǎn)功能相對(duì)獨(dú)立，互不影響；現(xiàn)地層以間隔為單元，各個(gè)LCU（現(xiàn)地控制單元Local Control Unit）功能也相對(duì)獨(dú)立，在站控層故障的情況下，LCU 仍能獨(dú)立完成其監(jiān)測(cè)和控制功能。
• 站控層是水電廠/站設(shè)備監(jiān)視、測(cè)量、控制、管理的中心。站控層包括：操作員站、工程師站、通信服務(wù)器。另外根據(jù)水電廠/站的需要可以配置模擬屏、背投系統(tǒng)。
• 現(xiàn)地層一般以間隔為單元，配有機(jī)組LCU、公用設(shè)備及升壓站LCU、壩區(qū)LCU以及輔機(jī)控制單元等，不同的控制對(duì)象分散在各個(gè)機(jī)旁，或是中控室。在站控層及網(wǎng)絡(luò)層故障的情況下，現(xiàn)地層仍能獨(dú)立完成各間隔的監(jiān)測(cè)和控制功能。現(xiàn)地層各LCU完成各單元的任務(wù)，相互獨(dú)立，一個(gè)LCU故障不會(huì)影響其他LCU的運(yùn)行。
• 網(wǎng)絡(luò)層是站控層與現(xiàn)地層數(shù)據(jù)傳輸通道通。網(wǎng)絡(luò)層可以按不同的容量的水電廠/站和不同的客戶需求，配置成單以太網(wǎng)、雙以太網(wǎng)和光纖自愈環(huán)網(wǎng)。網(wǎng)絡(luò)通訊介質(zhì)可采用光纖、同軸電纜或屏蔽雙絞線。
• 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)有：?jiǎn)我蕴W(wǎng)、雙以太網(wǎng)模式等。
• 單以太網(wǎng)系統(tǒng)特點(diǎn)是：在保證系統(tǒng)數(shù)據(jù)通道帶寬的同時(shí)，做到系統(tǒng)擴(kuò)展能力強(qiáng)，形式簡(jiǎn)潔，接口簡(jiǎn)單，方便安裝調(diào)試。在實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)性能的同時(shí)，可以有效地降低系統(tǒng)的成本。系統(tǒng)適合與中小型水電站，以及對(duì)系統(tǒng)成本控制有較高要求的水電站。

  

• 選用雙以太網(wǎng)模式，相比單以太網(wǎng)而言，有效地提高系統(tǒng)的可靠性以及分擔(dān)數(shù)據(jù)流量、減輕網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷，相應(yīng)得網(wǎng)絡(luò)投資加大。正常時(shí)，設(shè)備的數(shù)據(jù)交換分配在兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)上，當(dāng)某個(gè)網(wǎng)絡(luò)發(fā)生故障的時(shí)候，立即自動(dòng)切換到非故障的網(wǎng)絡(luò)上，保證系統(tǒng)得正常通訊。該網(wǎng)絡(luò)模式適用于各類大中型水電站，以及對(duì)系統(tǒng)可靠性要求相對(duì)較高的用戶。

  

• 現(xiàn)地層可以根據(jù)電廠的情況配備各種功能的LCU（現(xiàn)地控制單元），按對(duì)象分散，可設(shè)機(jī)組LCU，公用設(shè)備及開關(guān)站LCU，壩區(qū)LCU等。

  

• 現(xiàn)地控制單元LCU主要有以下設(shè)備構(gòu)成：
  • 現(xiàn)地I/O控制單元：PLC+現(xiàn)地工作站
  • 同期裝置
  • 溫度巡檢、轉(zhuǎn)速信號(hào)裝置
  • 接收232/485設(shè)備的參數(shù)，并通過工業(yè)以太網(wǎng)總線，使用modbus TCP協(xié)議，協(xié)調(diào)232/485設(shè)備和P微機(jī)保護(hù)裝置
  • 微機(jī)測(cè)控裝置
• LCU現(xiàn)場(chǎng)模式，圖示如下：
  • LCU的設(shè)備包括PLC，保護(hù)、測(cè)控裝置，溫度巡檢、轉(zhuǎn)速信號(hào)以及調(diào)速和勵(lì)磁等智能設(shè)備，以及以串口RS485/RS232方式接入并轉(zhuǎn)換為以太網(wǎng)接入的嵌入式服務(wù)器機(jī)組

2、機(jī)組LCU雙網(wǎng)控制方案

系統(tǒng)架構(gòu)
　　嵌入式服務(wù)器HMI60-20TU可作為主站從電量采集裝置讀取有用數(shù)據(jù)；也可以串連接其他廠家智能裝置（勵(lì)磁、調(diào)速器、溫度巡檢等）；同時(shí)，嵌入式通訊服務(wù)器具有雙網(wǎng)卡，支持雙網(wǎng)冗余，而且，通過ModbusTCP可以與PLC的網(wǎng)絡(luò)口建立連接，監(jiān)視當(dāng)前機(jī)組單元的所有信息，并能下發(fā)各種控制以及調(diào)節(jié)命令。

系統(tǒng)分系
　　1）、雙網(wǎng)冗余的實(shí)現(xiàn)方法：我們使用Modicon Quantum Unity熱備系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)雙PLC熱備控制，同時(shí)每個(gè)plc配備兩個(gè)NOE以太網(wǎng)模塊，每個(gè)plc的以太網(wǎng)模塊和一個(gè)交換機(jī)形成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，這樣，我們從系統(tǒng)圖中可以看到，已經(jīng)形成了兩個(gè)相互獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)。通過嵌入式服務(wù)器HMI60-20TU的雙網(wǎng)卡，我們可以達(dá)到雙網(wǎng)冗余：MODICON QUANTUM Unity 熱備系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)址的自動(dòng)轉(zhuǎn)換，我們只要判斷兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)是否正常，如果正常，選擇主網(wǎng)進(jìn)行PLC進(jìn)行監(jiān)控，否則，副網(wǎng)監(jiān)控。如果雙網(wǎng)有問題，報(bào)警。
　　2）、嵌入式服務(wù)器HMI60-20TU具有四個(gè)串口，可以LC整體運(yùn)行。

3、機(jī)組LCU單網(wǎng)控制方案

系統(tǒng)架構(gòu)
　　一體化工控機(jī)TPC-TC33可作為主站從232/485設(shè)備讀取有用數(shù)據(jù)，比如勵(lì)磁、調(diào)速器、溫度巡檢等。同時(shí)，一體化工控機(jī)TPC-TC33具一個(gè)以太網(wǎng)通訊口，而且，通過ModbusTCP可以與PLC的網(wǎng)絡(luò)口建立連接，監(jiān)視當(dāng)前冗余控制機(jī)組單元的所有信息，并能下發(fā)各種控制以及調(diào)節(jié)命令；當(dāng)然，也可以和嵌入式通訊服務(wù)器連接，和第三方的設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。

系統(tǒng)分系
　　1）、Modicon Quantum Unity 熱備系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)雙PLC熱備控制可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)址的自動(dòng)轉(zhuǎn)換，一體化工控機(jī)TPC-TC33有一個(gè)以太網(wǎng)口，通過modbus TCP協(xié)議，監(jiān)控PLC。同時(shí)，一體化工控機(jī)TPC-TC33有兩個(gè)串口，可以接收232/485設(shè)備的參數(shù)。所以，一體化工控機(jī)TPC-TC33可以做master主站，控制和協(xié)調(diào) 232/485設(shè)備與PLC工作。
　　2）、一體化工控機(jī)TPC-TC33的以太網(wǎng)口，可以做slave分站modbus TCP通訊，也就是我們可以將一體化工控機(jī)TPC-TC33看作一個(gè)帶modbus TCP通訊的子設(shè)備，并通過工業(yè)以太網(wǎng)總線，使用modbus TCP協(xié)議，接受嵌入式通訊服務(wù)器的監(jiān)控。

4、設(shè)備分系:

　　1）、嵌入式服務(wù)器HMI60-20TU特點(diǎn)：

• 12.1" SVGA TFT LCD，分辨率可達(dá)800 X 600
• 雙10/100 Base-T RJ-45 端口
• 板載VIA C3-400 MHz (Intel Celeron-400),128 MB/256 MB RAM
• 2個(gè)RS-232,2個(gè) RS-232/422/485端口
• 2個(gè)USB端口 和一個(gè) Type I/II PC
• 卡符合NEMA4/IP65標(biāo)準(zhǔn)的鋁鎂前面板
• 面板和壁掛式安裝
• 支持微軟嵌入式實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)WinCE.net（中文版）和嵌入版組態(tài)軟件工程。

　　2）、一體化工控機(jī)TPC-TC33是一套以嵌入式低功耗CPU為核心（主頻200 MHz）的高性能嵌入式一體化工控機(jī)。特點(diǎn)：

• 10.4英寸高亮度TFT液晶顯示屏（分辨率640× 480）
• 四線電阻式觸摸屏（分辨率1024×1024）
• 支持微軟嵌入式實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng) WinCE.net（中文版）和MCGS嵌入版組態(tài)軟件（運(yùn)行版）
• 支持usb窗口打印和串口微型打印機(jī)行打印
• 通訊端口豐富：1個(gè)232串口、1個(gè)232/485串口和一個(gè)以太網(wǎng)口
• 24伏直流供電，不銹鋼外殼，抗干擾能力強(qiáng)；

二、I/O分析：

1、基本I/O分析：
　　DI/O：300~400；
　　AD/DA：幾十個(gè)。

三、軟件說明：

1、嵌入式服務(wù)器HMI60-20TU軟件工程。
2、一體化工控機(jī)TPC-TC33嵌入式組態(tài)。

四、產(chǎn)品明細(xì)：

LCU單網(wǎng)控制系統(tǒng)方案：

　　1、方案1（推薦）：

　　2、方案2（可選）：

LCU雙網(wǎng)控制系統(tǒng)方案：

1、方案1（推薦）：

2、方案2（可選）：