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涌溪水电厂PLC直接上网结构下智能设备接入方式的探讨

时间:2011-09-29 17:45来源:未知 作者:www.plcs.cn 点击:

  1、概况

  涌溪三级和东固机组位于同个厂房,涌溪三级装机2×20MW,东固装机1×12MW,涌溪四级装机2×11MW,电站按“无人值班”(少人值守)原则设计。现在用的是水科院H9000计算机监控系统,分成现地控制层、厂站控制层、梯调控制层,系统最早投入运行的已10年。H9000计算机监控系统采用分布式结构,将现地控制层依据现场设备分成一个一个单元,每个单元建立相对独立LCU,目前智能设备的通讯采用扩展串口接至工控机。

  2.涌溪水电厂现有LCU结构及改进的必要性

  涌溪水电厂现在使用的LCU结构是以工控机为网络接口的,主要由工控机、PLC可编程控制器、自动准同期装置、转速装置、温度巡检、交流采样装置、电源等附件组成。工控机作为计算机监控系统内部网上的一个结点,各种数据经过工控机送到网上各个结点,控制命令经工控机下达到控制器等设备。因此工控机的可靠性显得非常重要。虽然工控机是工控产品,但由于它的风扇、硬盘驱动器、软驱等旋转部件的存在,可靠性就有所降低,而且各部件现已老化,现在备品备件也难以购买。针对这种情况,涌溪水电厂考虑对监控系统进行技术改造,应用PLC的直接上网模式,取消原有的工控机,现场增加一台触摸屏以方便现地查看与操作。

  3.PLC直接上网的结构模式下智能设备接入方式探讨

  采用PLC直接上网的结构,必须妥善解决PLC直接上网后智能设备的接入问题。采用直接上网的结构,坚持分层分布(单元)式的结构原则,就是要达到与LCU有关的各种数据采集和控制都必须由LCU来实现的目标。LCU需要与一定数量的智能设备进行通讯。在有工控机结构的LCU结构中,通讯实现是比较容易的,通讯的方式也比较灵活。

  但在采用PLC直接上网的结构后,就必须考虑各种PLC产品特性对接入LCU智能设备的影响。PLC与工控机相比,通讯接口少,方式比较少。

  LCU智能设备接入问题,解决的总的方法有两种,一种是直接或经转换接入PLC,另一种是直接接入以太网。由于各种PLC产品分别产于不同的公司,它们的特性也各不相同,因此实现智能设备接人PLC的方法有多种多样。在比较国外主要PLC产品特性基础上,在满足分层分布(单元)式的结构原则前提条件下,对智能设备接人LCU的方法进行分析对比,从它们的特性中,力图找出共性的方法,侧重于通讯速率、实现方式、是否需要编程、接入智能设备的数量、是否易于维护等方面。

  3.1直接接入PLC

  每种PLC CPU上的串口或一般通讯模块的串口所支持的普遍方式是从(Slave)方式,即使它支持主(Master)方式,相应通讯协议也是专有协议,不是开放的协议。对于一些PLC如GE90系列PLC,它有一种模块该模块通讯方式为主方式。可以使用不同通讯协议编程,与智能设备通讯,这是解决方法之一。参见结构图见图一。

  这种方法智能设备与PLC的数据交换的速率是串口的速率,智能设备采集的数据可以在PLC控制流程中使用。设备通讯协议一致且数量不多时,比较适合这种方式。因为智能设备多,总的通讯速度就会较慢,通讯协议不一致,就会占用该模块较多内存。

  3.2通过现场总线直接接入PLC

  对于部分PLC,一些智能设备可以通过现场总线直接接入PLC。这种方式较好,因为现场总线的方式,其可靠性、速率与直接插入PLC机箱的模块是相同的,而且接入的地点比较灵活,距离可以比较远。这种方式不需要编程。可以介入较多设备,非常方便,是一种很好的方法。参见结构图一。

  3.3间接接入PLC

  直接接入PLC的方法不具有普遍性,不是每一种PLC都可以实现的。下面两种方法可以在更大范围使用。尤其是经串口转换接入PLC的方法,是一种普遍的方法。

  3.3.1经串口转换接入PLC

  PLC一般具有丰富的通讯模块可供选择,多数PLC的CPU模块具有一到两个串口。由于这些串口多支持从(Slave)方式通用协议,智能设备也多为从方式,两者通讯不能实现。有些串口虽支持主(Master)的通讯方式,但通讯协议多为不公开的专有协议,智能串口设备很少能支持这些协议。因此,解决方法之一是采用一种装置,它一侧接入PLC串口,另一侧接人智能设备。该装置起协议转换作用,而且它对两侧都可以是主方式。这种方式可以接入较多串口设备。这是一种很有前途的、比较经济的方式,可以适用每一种PLC产品。其结构图参见图二。

  3.3.2经转换接入现场总线进入PLC

  为了解决PLC串口从方式不能直接接入PLC的问题,有些PLC厂家如施耐德,它开发一种网桥装置,一边接串口设备,一边接PLC的现场总线MB+。它有两种,一种支持同一种开放的协议如MODBUS,不需编程,另一种支持各个串口协议可以不同,但需要编程。参见结构图二。

  3.4串口设备经转换(不经PLC)上网

  前面几种方法都直接或间接通过PLC接入智能设备。现在,通过一种串口以太网转换器装置(如MOXA公司生产的串口转换装置),它的一侧接入串口设备,另一侧接入局域以太网。串口设备侧不需任何改变,上位系统直接采集串口设备的信号。这样一个LCU需要有几个IP地址。这种方式可以接入大量的智能设备。是一种很有前途的方法。参见图三。

  3.5智能设备直接接入以太网

  随着时间的推移,越来越多的设备将可以直接上网,因此可以采取智能设备直接上网的方式;速率可达到10Mbps或100Mbps,将会很有应用前景。但一个LCU需要有几个IP地址。其结构见图四。

 
  3.6几种方式的比较

 

  将PLC直接上网模式下,智能设备接入LCU情况按速率、方式、编程进行比较,并给出总体评价,见下表;

  上表给出了六种方式接入智能设备的方法,经比较可以看出:

  (1)智能设备以直接接入PLC现地总线方式从比较好,因为应用简单、速率陕等,在可以选择直接接入现场总线的设备时,尽量采用这种方式。

  (2)智能设备经串口转换接入PLC方式,是一种较优的方法,它虽然与PLC产品有关,但可以在每种PLC产品上使用,接人智能设备数量也较多,经济性能也较好。

  (3)智能设备经串口转换上网方式和智能设备直接上网方式是很有应用前景的两种方式。因为这两种方法都与具体的PLC产品无关,是一种具有普遍意义的方法,值得引起注意。

  4.结束语

  结合涌溪水电厂实际需要,经过经济性、可靠性、易维护性对比,最终选用了南瑞自动控制有限公司的监控产品,智能设备采用经串口转换通讯管理机SJ30接入PLC方式进行技术改造,SJ30装置上送PLC的各类型数据格式符合南瑞自动控制有限公司制定的PLC与上位机机通信标准协议V3.0.5的规定,PLC程序仅完成转发功能,数据的解析由上位机驱动程序完成,节省了PLC的CPU资源,sJ30的串口比较多,能满足智能设备较多的要求。

  各工程的智能设备具体采用何种方式接入监控系统,要结合工程项目的具体需要及投资,加强现地控制单元(LCU)结构研究,选择适合自身的接入方式进行设计改造,最终达到有利于提高LCU的可靠性、稳定性、免维护性,有利于水电厂创建国际一流水电厂,实现“无人值班,关门运行”的目标。

  参考文献:

  (1)王德宽:“水电厂综合自动化与”无人值班“(少人值守)”,《面向21世纪电力科学技术讲座》,2000年10月,中国电力出版社。

  (2)王德宽等:“H9000分布开放式水电厂计算机监控系统”,《水利水电技术》,1996年,第5期。

  (3)南瑞自动控制有限公司:《PLC与上位机通信标准协议》,2007年8月,南瑞自动控制有限公司。

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