现场总线的监控系统的理论与实践

仪电一体化火电厂监控系统是集火电厂生产工艺自动控制、工艺运行操作监视、电气设备运行操作监视等监控系统于一体的多功能、大容量、高性能的一体化综合自动化解决方案。统一在同一平台下的各级系统通过网络畅通的地互联并各取所需，带来的效益不仅在于原有数据孤岛的消失，避免了测点的重复建设，还在于火电厂整体自动化水平的提高，更利于大型机组的建设、运行及维护。

火电厂电气微机监控系统(ECS)的功能是：实现对火电厂内电气设备的运行状况的监视;实现对火电厂内电气配送电方式的改变;实现对火电厂内电气设备运行中出现的异常状况的处理。以上功能自火电厂出现到今未天基本未发生实质性变化，仅在监控对象的数量，、信息量的类型上，、系统实时性要求等方面有比以前提出更高的要求。

目前火电厂电气监控系统实现的通行模式为DCS+ECS。，即硬接线+通讯共同实现对火电厂电气设备的监控功能，见图1。　　

DCS通过硬接线接入电气设备的基本控制信号(合分闸操作)、测量信号(开关状态、变送器转发模拟量)，对电气设备的控制功能及基本信息监视(开关状态监视、运行电流)在DCS实现。ECS采用现场总线技术将位于就地开关柜上的保护测控装置内的信息接入到系统中，并通过与DCS架设网关网桥等通讯接口设备(系统服务器级)将更加丰富的电气设备运行工况信息传输给DCS。这种实现方式虽然节省了部分现场硬接线和就地变送器，但依然存在由于测点信息不全面，加之DCS在电气信息采集监控及信息管理方面不足的问题。因此，其监控功能只局限于有限的DAS点监测及遥控操作，自动化水平较低，从而无法实现对全厂电气设备实现监控。因此，将火电厂热工控制系统和电气监控系统统一在一个工业监控系统平台下来实现并使之能够互动，对于提高电厂设备自动化运行水平，提高电厂设备管理维护工作效率，为电厂提供质优价廉的一体化监控设备具有革命性意义。

华电南自天元控制系统科技有限公司顺应这一市场需求，提出了在火电厂实现热工控制+电气监控一体化系统的构想。其基本思想是：基于成熟的DCS控制系统平台实现火电厂电气系统监控，并使热工控制系统与电气控制系统的平台统一，消除数据孤岛，增强两大系统间的互动，还电厂一个完整的生产监控运行模式。经过二年多的理论探索和实践终于推出了在仪电一体化技术基础上以现场总线技术实现的全通讯新一代火电厂电气监控系统TCS3000，并与仪电一体化技术实现的DCS一同成功地实现了商业运行。

二、通讯ECS

硬接线+通讯共同实现的火电厂电气监控系统是基于火电厂“DCS一体化设计”模式下的一种变通的节省成本的过渡方案，是现场总线技术于DCS电气监控部分的一种应用，但仅是基于现场总线技术实现的变电站综自系统于火电厂电气配电系统――一种特殊工业环境下的移植。ECS几乎可以囊括对电气配电系统的所有功能要求并且是定制于此类系统的应用，那么这种移植型的ECS为何不能独立全面地完成火电厂电气监控功能呢?

2.1 难于实现现场总线技术下火电厂ECS的原因

为了满足对生产工艺控制的要求，DCS必须实现对电气设备(负荷设备)的控制。因为这些配电设备既是工艺控制的一个基础又是工艺控制系统的重要组成部分，所以电气设备特别是厂用电负荷设备的运行工况及控制对实现生产工艺要求有很大影响，在实际应用中很难把工艺控制与对电气设备的操作分开。加之DCS推广应用时，基于现场总线技术实现的变电站综自系统才刚刚起步，除了采用当时的DCS平台来实现电气监控并无更好的自动化解决方案。

ECS虽然是电气监控系统的完整解决方案，但在火电厂电气监控配电系统领域，存在与DCS不相融而导致的目前的应用局限。如前所述，ECS应用受限在于ECS不能很好的与DCS实现互动。ECS与DCS的数据交换本质上是两种网络通讯结构不同的系统间的数据通讯，必须加入网关或网桥才能实现，而不能在对等的网络环境中实现数据通讯。这种传输速率、效率、环节、途径均受限制的通讯方式导致丰富的现场数据中只有少部分通过ECS传输至DCS，而重要的控制数据无法放心地交由系统间通讯完成，依然采用硬接线来实现。

由此可见，解决ECS在火电厂电气监控方面的深入应用必须实现其与DCS的互动。ECS与DCS的互动应当通过多层次、对等的网络架构来实现。为了便于这种互动的实现，不但应当将ECS与DCS统一在同一系统平台下，还应当保证在这一平台下的多层次对等网络结点的各向数据交换都可靠通畅，见图2。　　

2.2 独立实现火电厂电气监控功能的全通讯ECS

ECS作为独立的火电厂电气监控系