ECS系統(tǒng)與SIS、DCS系統(tǒng)間通信改進研究

阮琢

摘 要：發(fā)電廠監(jiān)控系統(tǒng)不是一個單一的系統(tǒng)，而是由多個系統(tǒng)相互協(xié)調一起，不同系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)信息的交換是統(tǒng)一這些系統(tǒng)的關鍵所在，為了讓每個系統(tǒng)穩(wěn)定運行，使用OPC通信協(xié)議來解決系統(tǒng)間數(shù)據(jù)交換問題，并通過改進系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸通道，解決數(shù)據(jù)丟失的問題。

關鍵詞：ECS;DCS;SIS;數(shù)據(jù)流

1前言

電廠監(jiān)控系統(tǒng)是近幾年快速發(fā)展起來的一個新領域，它的發(fā)展是信息技術和電力生產(chǎn)領域多種技術緊密結合、相互促進的結果。現(xiàn)代火電廠采用DCS、ECS、SIS等多個系統(tǒng)相互配合協(xié)作，共同組成電廠監(jiān)控系統(tǒng)。本文主要研究ECS在與DCS、SIS系統(tǒng)之間通過OPC協(xié)議進行數(shù)據(jù)包傳輸過程中發(fā)生的數(shù)據(jù)丟失、中斷的現(xiàn)象，通過分析試驗，對系統(tǒng)間傳輸通道改進，讓數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐暾耘c連續(xù)性得到改進，為機組安全穩(wěn)定運行提供保障。

2概述

2.1 ECS簡介

計算機通信技術的高速發(fā)展，使我國電力系統(tǒng)廠站自動化水平迅速提高。除部分繼電保護和自動裝置實現(xiàn)微機化，具備通信功能外，大部分電氣監(jiān)控手段仍是在控制屏上手動操作和查看常規(guī)儀表水平，控制邏輯一般由繼電器和開關的輔助接點通過硬接線實現(xiàn)。該監(jiān)控方式給日常運行和維護帶來不便。近年來，以現(xiàn)場總線、工業(yè)以太網(wǎng)為代表的通信技術在變電站綜合自動化系統(tǒng)中成功應用，使得發(fā)電廠電氣監(jiān)控管理系統(tǒng)（Electric Control System，ECS）得到發(fā)展，ECS是將原來DCS中的電氣部分獨立出來，實現(xiàn)廠用電中電氣系統(tǒng)的保護、測量、控制、分析等綜合功能。提高了發(fā)電廠自動化和控制管理水平，保證發(fā)電廠運行的安全性和可靠性，增強發(fā)電廠在電力市場經(jīng)濟運行的優(yōu)勢和競爭能力。

2.2 SIS簡介

廠級監(jiān)控信息系統(tǒng)（Supervisory Information System，SIS）是集過程實時監(jiān)測、優(yōu)化控制及生產(chǎn)過程管理為一體的信息系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過對火電廠生產(chǎn)過程實時監(jiān)測和分析，提供全廠完整的生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)信息，可作為電力公司信息網(wǎng)絡化的可靠生產(chǎn)信息資源，使公司管理人員能夠實時掌握各發(fā)電企業(yè)生產(chǎn)信息及輔助決策信息。

2.3 DCS簡介

分散式控制系統(tǒng)（Distributed Control System，DCS），是網(wǎng)絡集散和控制技術結合的產(chǎn)物。實現(xiàn)位置上分散，功能上分離，達到分散控制為主，集中管理為輔。在我國350MW以上的火電機組上應用較為廣泛，其經(jīng)濟性和安全性被我國發(fā)電企業(yè)所認同，近年DCS技術得到了極大的發(fā)展和應用，為火力發(fā)電廠的信息化處理提供了必要保障。

2.4 OPC簡介

OPC（OLE for Process Control）是過程控制設計的OLE（Object Linking and Embedding）技術。本質是采用了Microsoft的COM/DCOM（組件對象模型/分布式組件對象模型）技術，COM主要是為了實現(xiàn)軟件復用和互操作，并且為基于WINDOWS的程序提供了統(tǒng)一的、可擴充的面向對象的通信協(xié)議，DCOM是COM技術在分布式計算機領域的擴展，使COM支持在局域網(wǎng)、廣域網(wǎng)甚至Internet上不同計算機的對象之間的通信。

3 ECS系統(tǒng)組成

以某廠為例，ECS是由某公司負責搭建，采用該公司提供軟件和硬件共同組成的系統(tǒng)。其中電氣設備使用綜合測控裝置，對各電氣信息量進行采集轉換后，用通信方式傳輸給通信管理機，通信管理機匯總信息后，再通過以太網(wǎng)將數(shù)據(jù)傳輸?shù)浇粨Q機，最終服務器從交換機中獲取各電氣信息量，用組態(tài)的形式將控制系統(tǒng)展現(xiàn)給用戶，并增加接口機，用來進行物理層面隔離服務器，向DCS與SIS發(fā)送數(shù)據(jù)。系統(tǒng)示意圖如圖3-1。

該廠ECS主要負責將全廠各個電氣設備的運行工況、故障信息和電氣信息量等采集匯總后，通過OPC將數(shù)據(jù)包發(fā)送給DCS與SIS，例如各電機電流大小、電能信息，都是由ECS采集后對數(shù)據(jù)進一步處理發(fā)送出去。

4 各系統(tǒng)間數(shù)據(jù)傳輸存在的問題

ECS采集的信息量龐大，并實時與DCS與SIS進行通信傳輸，但由于各系統(tǒng)之間的軟硬件并不是同一廠家，各系統(tǒng)內部技術方案不同，系統(tǒng)間存在兼容性問題。由于所有系統(tǒng)均采用WINDOWS系統(tǒng)，于是采用OPC協(xié)議解決各系統(tǒng)間兼容問題，使得數(shù)據(jù)可以在各系統(tǒng)間傳輸。數(shù)據(jù)傳輸如圖4-1。

此方案初期順利解決了系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)傳輸問題，各系統(tǒng)可以正常獲取ECS采集到信息，DCS分別從接口機1與接口機2中獲取數(shù)據(jù)，SIS從接口機1或者接口機2中獲取數(shù)據(jù)。但隨著運行時間增長，數(shù)據(jù)傳輸問題開始顯現(xiàn)，DCS與SIS從ECS獲取數(shù)據(jù)流的過程中，發(fā)生數(shù)據(jù)包丟失現(xiàn)象，直觀的表現(xiàn)形式為，DCS控制界面上數(shù)據(jù)刷新減緩或不變，這將影響值班人員對設備運行工況的判斷，不能及時發(fā)現(xiàn)設備異常，甚至可能造成運行人員的誤操作，影響機組正常運行。初期通過重啟ECS中負責傳輸數(shù)據(jù)的接口機，便可解決，但隨著系統(tǒng)運行時間進一步積累，數(shù)據(jù)量顯著增加，數(shù)據(jù)流中斷現(xiàn)象發(fā)生率大幅提高，并且一旦SIS或DCS任一系統(tǒng)在數(shù)據(jù)獲取時發(fā)生中斷，將直接影響ECS接口機對外發(fā)送數(shù)據(jù)，會使得SIS與DCS同時中斷數(shù)據(jù)流，最直接表現(xiàn)就是DCS失去所有的電氣信息量。工作人員在解決此問題時，需先重啟ECS中斷數(shù)據(jù)流的接口機，然后再重啟SIS后臺和DCS后臺，才可恢復，然而該問題發(fā)生的時間不確定性大，對運行值班人員和維護人員造成很大困擾，經(jīng)常出現(xiàn)深夜數(shù)據(jù)中斷，多方系統(tǒng)操作人員相互配合，相繼重啟工作站后才能解決問題，在一定程度上對維護人員造成不小的麻煩，尤其對運行人員造成很大的困擾，成為機組運行中不可忽視的安全隱患，存在著機組跳機風險。

5 解決方案

由于該廠ECS連續(xù)運行近10年，設備老化明顯，遂將ECS整體進行升級改造，將系統(tǒng)各部分的通信管理機升級換代，并對通信管理機進行主從雙機冗余配置升級，增強網(wǎng)絡數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性，對系統(tǒng)的服務器和接口機進行了軟件和硬件更新。工作人員對ECS與SIS和DCS數(shù)據(jù)流中斷問題，做了詳細分析與研究后，通過試驗得出了解決辦法。

升級系統(tǒng)后，通過反復進行數(shù)據(jù)傳輸試驗，發(fā)現(xiàn)使用圖4-1所示的數(shù)據(jù)傳輸方法依舊會出現(xiàn)類似問題，猜測原因是數(shù)據(jù)通道堵塞和網(wǎng)絡連接超時造成的數(shù)據(jù)流中斷，數(shù)據(jù)流一旦中斷，SIS不能重連，繼而影響接口機無法向DCS發(fā)送數(shù)據(jù)。但是單向對DCS或SIS數(shù)據(jù)傳輸卻能保持穩(wěn)定，于是將原有數(shù)據(jù)傳輸通道進行改進，根據(jù)新系統(tǒng)網(wǎng)絡傳輸要求，將SIS數(shù)據(jù)來源由工程師站后臺機提供，重新配置OPC協(xié)議，單獨向SIS系統(tǒng)傳輸數(shù)據(jù)，而DCS數(shù)據(jù)流傳輸通道不變，此方法使SIS與接口機斷開連接，讓DCS與SIS均從ECS中單向獲取數(shù)據(jù)，有效防止SIS與DCS互相影響造成的數(shù)據(jù)流中斷。由于ECS后臺機也是從兩臺服務器獲取數(shù)據(jù)，并有冗余配置，因此SIS的數(shù)據(jù)來源可靠并能長時間運行。數(shù)據(jù)傳輸示意圖如圖5-1。

6 總結

在數(shù)據(jù)傳輸改進后，該廠2年以來DCS、 SIS與ECS間沒有出現(xiàn)數(shù)據(jù)中斷現(xiàn)象，各系統(tǒng)均能穩(wěn)定從ECS獲取數(shù)據(jù)，保持數(shù)據(jù)流通道暢通，值班人員沒有反饋電氣信息量丟失或不刷新現(xiàn)象，避免了誤判與誤操作的出現(xiàn)，使機組能夠安全穩(wěn)定運行。隨著通信技術的不斷發(fā)展，相信在未來，不同系統(tǒng)間數(shù)據(jù)交換的穩(wěn)定性和高速性能得到徹底解決。

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