大型水電站機組LCU進行QEIO網絡優化可行性研究

孫監湖

(長江電力三峽水力發電廠,湖北 宜昌 443133)

大型水電站機組LCU進行QEIO網絡優化可行性研究

孫監湖

(長江電力三峽水力發電廠,湖北 宜昌 443133)

以某大型水電站機組原有結構為基礎指出了S908 RIO通訊的弊端,總結了QEIO網絡的優勢,提出了將S908優化為QEIO的最優方案,并搭建完整仿真平臺進行系統、應用及通訊功能等方面測試。測試結果表明,QEIO網絡在通訊速度、網絡診斷等方面突出,但在特殊情形下熱備系統PLC的主備切換存在部分缺陷。

RIO;Q EIO;大型水電站;仿真平臺

0 引言

當前國內某些大型水電站機組LCU采用的是施耐德Quantum系列的雙機熱備系統,主站PLC通訊模塊(CRP)與子站通訊模塊(CRA)通訊采用S908 RIO總線方式。各遠程子站通過光纖中繼器(NRP)組成光纖環網,本地站和各遠程子站內部則通過同軸電纜及RIO分支器串接,每套LCU設有相互獨立的雙RIO總線網。拓撲結構如圖1所示:

圖1 某大型水電站機組LCU的S908 RIO網絡拓撲圖

經過長周期運行,S908 RIO通訊的弊端日益顯露,如采用同軸電纜連接,連接附件較多,故障點較多;電纜長度至少為2.5 m,且對彎曲半徑要求較高;電纜需要專用工具手工制作,對制作工藝要求較高;通訊信號為模擬信號,制作和安裝工藝不合格會產生信號衰減和累積信號反射等干擾[1],長期可能導致遠程IO通訊故障等。國內某大型水電站LCU的RIO通訊單網就曾頻繁報警,而其中一臺機組更是多次隨機出現單個子站信號全部復歸的現象,嚴重影響了機組的安全穩定運行。

1 Quantum以太網IO

隨著工業以太網通信的快速發展,網絡沖突得到有效解決[2],Quantum以太網IO(QEIO)系統應運而生。其采用高容量菊花鏈回路實現了大規模數據量的高性能高速傳輸,支持RSTP,電纜斷裂或鏈路故障的恢復時間<50 ms,可靈活組網及擴展,與S908 RIO主要特性對比如表1所示。

表1 QEIO與S908 RIO主要特性對比表

由表1可見,QEIO能夠徹底解決S908 RIO的各種隱患,且大幅度提升了網絡性能,因此在水電行業應用越來越廣,小灣、大崗山、枕頭壩等水電廠LCU陸續采用QEIO網絡均取得了不錯的效果,但大型水電站機組LCU子站較多且結構復雜,能否安全可靠的進行QEIO網絡優化還需謹慎論證。

2 通訊優化

2.1 優化原則

為使優化效果達到最優,S908 RIO優化為QEIO時應滿足以下原則:

1)不影響國家信息安全要求;

2)改動后的網絡可靠性不得低于改動前;

3)應最大限度保留現場原有設備如I/O模塊, CPU等,改動小、風險小、周期短。

2.2 優化方法

要將S908 RIO優化為QEIO,首先需更換原有的通訊模塊(CRP和CRA),之后有兩種選擇。以圖1的框架為例,一是直接將原網絡中的光纖中繼器更換為型號為140NRP31200的光電轉換模塊,如圖2;二是將原網絡中的光纖中繼器更換為DRS雙環路交換機,并進行相應的軟件配置,如圖3。

圖2 優化后的QEIO網絡拓撲圖1

圖3 優化后的QEIO網絡拓撲圖2

QEIO網絡完全采用經國家安全機構認證的CPU及通訊模塊,不影響LCU的信息安全防護。兩種優化方法均改動小,風險低,周期短。前者只需更換硬件,維護方便,主站和子站形成一個大環網,任意一處電纜斷裂后環網內的所有子站數據采集不會中斷。后者除硬件更換外,還得對不同位置的DRS進行不同配置,但DRS與本地子站組成一大環網外,遠程子站與其對應的DRS還形成一小環網,具有更高的可靠性,相對S908結構而言,網絡冗余度并不遜色,是大型水電站LCU進行QEIO網絡優化的最佳選擇。

3 試驗測試

為驗證QEIO在復雜網絡中的穩定性、可靠性和安全性,特搭建QEIO測試平臺,完全按照圖3中結構及運行參數進行配置,其中主要模塊及軟件版本如表2所示:

表2 測試平臺軟硬件版本表

在此平臺上分別進行了系統、應用及通訊功能測試,主要測試項有:PLC系統冷/熱啟動、主備切換功能、應用程序在線修改、數據采集功能、命令控制功能、DRS環網交換機端口綜合信息診斷、CRP模塊通訊狀態診斷、CRA模塊通訊狀態診斷、CRA子站各槽位模塊狀態診斷、QEIO總線信息診斷和H9000上位機診斷信息顯示等。

試驗表明,QEIO網絡特殊情況下的PLC主備切換與預想結果不一致,且試驗結果與系統位%S84的值息息相關。但無論%S84取值多少,系統表現不盡如人意,如表3所示。

表3 QEIO熱備系統PLC主備切換試驗

由此可見,默認條件下,若因網線接觸不良松動,小概率的造成CRA與CRP通訊全部中斷,兩套CPU均離線運行后沒有自恢復能力,會給運行維護工作帶來不便。而若%S84置為1,則當主CPU的CRP模塊故障時,CPU熱備功能失效,等同雙CPU離線運行,較系統默認下的異常狀況更嚴重。

除此之外,優化后的QEIO網絡在其它功能方面表現與S908 RIO無異,但在通訊速度、故障診斷方面優勢明顯。其較大幅度提升了采集速度,降低了程序掃描周期,并能對網絡進行全覆蓋式正確診斷,有利于系統可靠性的提高。

4 結束語

隨著工業以太網通信的快速發展,QEIO網絡必將逐步取代S908 RIO。本文針對國內某些大型水電站機組復雜的S908總線結構,提出了基于DRS的最優優化方案。并通過試驗發現了QEIO在通訊速度、網絡診斷等方面的優勢,但特殊情況下,熱備系統的PLC主備切換存在部分漏洞。若施耐德廠家能及時消除此漏洞,相信QEIO網絡會應用更廣,前景更明朗。

[1]陳云敏,梁志剛,陳仁朋,等.有缺陷同軸電纜的時域反射特性及應用[J].浙江大學學報(工學版),2005(01).

[2]方少波,胡志剛,馮 震.淺談工業以太網[J].硅谷,2011(13): 15-16.

TV737

B

1672-5387(2017)07-0036-03

10.13599/j.cnki.11-5130.2017.07.010

2017-04-27

孫監湖(1984-),男,工程師,從事水電廠監控系統設備維護工作。