水電站自動化系統機組LCU雙網/單網控制方案

摘要

　　我國電站自動化從上世紀80年代末開始。目前隨著自動化技術、計算機技術的逐漸成熟，各大系統集成商面對業主需求和市場競爭，緊跟系統技術發展潮流，開發新的系統，應對客戶在自動化程度、功能、可靠性以及開放程度上的更高要求。

一、系統概述：

1、水電站自動化系統概括說明：

• 水電站自動化系統是電站安全、優質、高效運行的重要保證。
• 目前我國絕大多數大中型電廠以及新建電廠均投入計算機自動化系統設備，國內自動化系統的市場已步入成熟發展的階段。

  

• 水電站自動化系統采用全開放、分層分布式結構，系統由站控層、網絡層和現地層設備構成。 站控層各站點功能相對獨立，互不影響；現地層以間隔為單元，各個LCU（現地控制單元Local Control Unit）功能也相對獨立，在站控層故障的情況下，LCU 仍能獨立完成其監測和控制功能。
• 站控層是水電廠/站設備監視、測量、控制、管理的中心。站控層包括：操作員站、工程師站、通信服務器。另外根據水電廠/站的需要可以配置模擬屏、背投系統。
• 現地層一般以間隔為單元，配有機組LCU、公用設備及升壓站LCU、壩區LCU以及輔機控制單元等，不同的控制對象分散在各個機旁，或是中控室。在站控層及網絡層故障的情況下，現地層仍能獨立完成各間隔的監測和控制功能。現地層各LCU完成各單元的任務，相互獨立，一個LCU故障不會影響其他LCU的運行。
• 網絡層是站控層與現地層數據傳輸通道通。網絡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、雙以太網和光纖自愈環網。網絡通訊介質可采用光纖、同軸電纜或屏蔽雙絞線。
• 系統網絡結構有：單以太網、雙以太網模式等。
• 單以太網系統特點是：在保證系統數據通道帶寬的同時，做到系統擴展能力強，形式簡潔，接口簡單，方便安裝調試。在實現系統性能的同時，可以有效地降低系統的成本。系統適合與中小型水電站，以及對系統成本控制有較高要求的水電站。

  

• 選用雙以太網模式，相比單以太網而言，有效地提高系統的可靠性以及分擔數據流量、減輕網絡負荷，相應得網絡投資加大。正常時，設備的數據交換分配在兩個網絡上，當某個網絡發生故障的時候，立即自動切換到非故障的網絡上，保證系統得正常通訊。該網絡模式適用于各類大中型水電站，以及對系統可靠性要求相對較高的用戶。

  

• 現地層可以根據電廠的情況配備各種功能的LCU（現地控制單元），按對象分散，可設機組LCU，公用設備及開關站LCU，壩區LCU等。

  

• 現地控制單元LCU主要有以下設備構成：
  • 現地I/O控制單元：PLC+現地工作站
  • 同期裝置
  • 溫度巡檢、轉速信號裝置
  • 接收232/485設備的參數，并通過工業以太網總線，使用modbus TCP協議，協調232/485設備和P微機保護裝置
  • 微機測控裝置
• LCU現場模式，圖示如下：
  • LCU的設備包括PLC，保護、測控裝置，溫度巡檢、轉速信號以及調速和勵磁等智能設備，以及以串口RS485/RS232方式接入并轉換為以太網接入的嵌入式服務器機組

2、機組LCU雙網控制方案

系統架構
　　嵌入式服務器HMI60-20TU可作為主站從電量采集裝置讀取有用數據；也可以串連接其他廠家智能裝置（勵磁、調速器、溫度巡檢等）；同時，嵌入式通訊服務器具有雙網卡，支持雙網冗余，而且，通過ModbusTCP可以與PLC的網絡口建立連接，監視當前機組單元的所有信息，并能下發各種控制以及調節命令。

系統分系
　　1）、雙網冗余的實現方法：我們使用Modicon Quantum Unity熱備系統實現雙PLC熱備控制，同時每個plc配備兩個NOE以太網模塊，每個plc的以太網模塊和一個交換機形成一個網絡，這樣，我們從系統圖中可以看到，已經形成了兩個相互獨立的網絡。通過嵌入式服務器HMI60-20TU的雙網卡，我們可以達到雙網冗余：MODICON QUANTUM Unity 熱備系統可以實現網址的自動轉換，我們只要判斷兩個網絡是否正常，如果正常，選擇主網進行PLC進行監控，否則，副網監控。如果雙網有問題，報警。
　　2）、嵌入式服務器HMI60-20TU具有四個串口，可以LC整體運行。

3、機組LCU單網控制方案

系統架構
　　一體化工控機TPC-TC33可作為主站從232/485設備讀取有用數據，比如勵磁、調速器、溫度巡檢等。同時，一體化工控機TPC-TC33具一個以太網通訊口，而且，通過ModbusTCP可以與PLC的網絡口建立連接，監視當前冗余控制機組單元的所有信息，并能下發各種控制以及調節命令；當然，也可以和嵌入式通訊服務器連接，和第三方的設備進行數據交換。

系統分系
　　1）、Modicon Quantum Unity 熱備系統實現雙PLC熱備控制可以實現網址的自動轉換，一體化工控機TPC-TC33有一個以太網口，通過modbus TCP協議，監控PLC。同時，一體化工控機TPC-TC33有兩個串口，可以接收232/485設備的參數。所以，一體化工控機TPC-TC33可以做master主站，控制和協調 232/485設備與PLC工作。
　　2）、一體化工控機TPC-TC33的以太網口，可以做slave分站modbus TCP通訊，也就是我們可以將一體化工控機TPC-TC33看作一個帶modbus TCP通訊的子設備，并通過工業以太網總線，使用modbus TCP協議，接受嵌入式通訊服務器的監控。

4、設備分系:

　　1）、嵌入式服務器HMI60-20TU特點：

• 12.1" SVGA TFT LCD，分辨率可達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RS-232,2個 RS-232/422/485端口
• 2個USB端口 和一個 Type I/II PC
• 卡符合NEMA4/IP65標準的鋁鎂前面板
• 面板和壁掛式安裝
• 支持微軟嵌入式實時多任務操作系統WinCE.net（中文版）和嵌入版組態軟件工程。

　　2）、一體化工控機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。特點：

• 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）
• 支持微軟嵌入式實時多任務操作系統 WinCE.net（中文版）和MCGS嵌入版組態軟件（運行版）
• 支持usb窗口打印和串口微型打印機行打印
• 通訊端口豐富：1個232串口、1個232/485串口和一個以太網口
• 24伏直流供電，不銹鋼外殼，抗干擾能力強；

二、I/O分析：

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

三、軟件說明：

1、嵌入式服務器HMI60-20TU軟件工程。
2、一體化工控機TPC-TC33嵌入式組態。

四、產品明細：

LCU單網控制系統方案：

　　1、方案1（推薦）：

　　2、方案2（可選）：

LCU雙網控制系統方案：

1、方案1（推薦）：

2、方案2（可選）：