數字化ECMS系統的應用研究

林國源

摘要：本文主要介紹ECMS系統的發展歷史、基本功能、配置結構和案例分析，系統需要解決的問題，以及未來的發展趨勢和前景。關鍵詞：數字化;ECMS系統;應用;研究

一、ECMS系統研究現狀

ECMS系統旨在提高電廠電氣系統自動化和運行管理的效率。應用計算機技術、測量保護及控制、現場總線及網絡通信技術設備促成電氣工程運行、保護、測量、控制及不良信息。發電、廣播及電網系統管理及系統故障信息管理綜合自動化的現場煤炭在線監控及管理系統，比如故障診斷及電氣工程使用性能優化。早期ECMS系統采用全布線方案集成到DCS系統中，系統技術落后，投資成本高，二次布線復雜，接入信息量有限成為電廠和設計單位眾所周知的劣勢。廣泛的鑒于現場總線形式的ECMS系統借助于間隔層智能集成測控章節的冗余現場總線接口，基本實現了一定程度的控制。ECMS整體通訊控制形式，控制總體水平進一步提高，DCS系統的DI.DO還大大減少，AI、PI等等卡的數目及二次布線的任務量成為主流形式.現階段ECMS系統中的現場總線有多種類型，各有優缺點，Prafibus現場總線模式在電廠自動化領域得到廣泛應用。現場總線技術雖然先進，但是操作方式依然是主從問答方式，設備的互操作性也沒從根本上促成。繼IEC61850數字化技術設備在智能變電站監測系統中的成功應用之后，該類技術設備所提倡的設備互操作性已經具體應用于發電廠ECMNS系統應用中具備一定共性的許多實際工程項目實踐中。

（1）DCS支持的通訊方式較少，因此DCS與ECMS之間的通訊一般采用MODBUSRTU通訊方式，信息顯示在間隔層的DCS屏幕上，需要多協議轉換，耗時較長。它用于現場，通常需要3到6秒或更長時間才能滿足現場的操作要求。（2）不能將DCS系統通信點用作邏輯點。也就是說，通過通信傳輸的信息內容只能在操作員站查看，不能參與邏輯控制。控制器、DCS系統不允許操作員獲得足夠數量的工廠電氣信息，因為通常對信息點的數量有嚴格的限制。（3）ECMS系統僅作為監控系統使用，通常沒有操作員站，整廠電源反接，DCS系統檢查后才能參與系統控制。（4）在投資成本上，采用這種形式的DCS節省了一些AI、DI卡和線纜，但增加了一塊通訊卡與ECMS系統進行通訊。以2×600MW發電廠為例為，華東電網設計研究所將該類設計方案的投資與現有DCS設計方案的投資展開較為，得出建設項目總投資降低大約20萬元，具備投資資源優勢.這個時間表沒獲得彰顯。

二、ECMS的系統結構和案例

從結構上看，ECMS系統采用分層分布、開放式體系，可以選擇Windows或者Unix實時操作系統.整個系統可分成三層：

第一層：間隔層。那一層主要是根據完成各種專門基本功能的智能設備。那包括廠電中壓6kV/10kV系統維護控制裝置、廠電低壓400V系統智能傳感器以及測控裝置、廠電快速切換裝置、低壓備用變壓器自動切換裝置、自動半同步控制裝置、少電壓地線選擇器、電壓地線選擇器等等。這些智能設備通常選用嵌入式軟件及硬件技術開發，比如CPU、AD、RAN.EEPROM、現場總線及以太網外部通信接口。

第二層：通信管理層。該層包含通信網絡和通信管理設備。它們主要由上述各種智能設備、DCS系統、電氣背景監控系統以及電廠其他智能設備（發電機保護、勵磁調節器等）組成。與其余電廠系統（比如電廠級監控系統SIS）的通信。通訊形式采納制造業以太網及PROFIBUS、CAN等等現場總線。通信管理設備可以促成不同現場總線接口標準的互連及不同通信協議的轉換。

第三層：站控層。站控層主要由計算機軟硬件以及各種專業應用軟件組成，是完成全系統數據采集、處理和顯示的全系統控制管理中心。它監控功能和管理，并得到相應的批準。可以控制相應的設備。隨著電廠自動化總體水平的提升，ECMS系統更強調運行管理基本功能，提供豐富的管理應用軟件。

站控層應用軟件平臺一般采用window/Unix操作系統。整個硬件及操作系統完全符合國際制造業規范，具備開放性強、實時性低、數據吞吐量大、運行安全穩定、便捷等等特性。應用軟件除了傳統的SCADA（DataAcquisitionandMonitoring）軟件外，還擴展了生產運營管理，包括故障分析管理、波浪分析、工廠電能抄表、在線設備分析等多種先進的管理應用軟件。診斷、工廠用電拓撲分析、控制電源管理、事故召回與逆轉、工廠用電統計與節能分析、操作票專家系統、電氣仿真集成等具有強大的設備維護管理功能。

三、ECMS系統需要注意和解決的問題

（1）目前ECMS系統與DCS系統之間的通信接口沒有統一的規范，需要根據具體項目確定實施方案。國外進口DCS晶體仍占有較大份額，進口DCS的開放性受到嚴重限制。DCS通信周期和數據包長度對實時通信有顯著影響。這是ECMS系統廠商和DCS系統廠商合作的問題，系統對接比較困難。ECMS系統廠商需要加大通信接口和協議的開發力度，提高與DCS系統的通信質量。（2）對于DCS廠商來說，取消大量的發射器和I/O卡對市場利潤有一定的影響，需要在通信接入上投入精力，難免有一定的阻力。（3）ECMS通信方式比有線方式信息通信鏈路多，可靠性和實時性有一定差距，目前通信信息僅限于監控信息。用戶期望的完整通信目標尚未完全實現。（4）電氣聯鎖問題。發電廠有許多聯鎖電路，其中大部分在過去都是接線的。在ECMS系統中，實現電氣聯鎖功能基本沒有問題，但實時性略有差距。（5）ECMS節點多，去中心化強，需要分階段建設多個單元。對系統信息量、網絡平臺構架擴展性、設備售后服務能力有比較低要求。解決方案依賴于生產商。網絡通信中斷、信息內容更新緩慢等等難題困擾用戶，增多系統維護量，影響ECMS實施的有效性和應用的可靠性。（6）DCS開始運行后，ECMS的使用率相對較低，關注度較低，因此ECMS目前的電氣維護功能還不夠。

結束語

考慮到實際應用中的問題，本人認為通過ECMS生產商、DCS生產商、發電廠、設計部門的密切配合，合理規劃，正確施行，一定會解決。因為ECMS系統的成熟及穩定及通信技術設備的一直發展，堅信在不久的未來，它們能真正被用戶廣泛知曉及應用。

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