现场总线的监控系统的理论与实践

统而存在，必先解决DCS实现工艺控制对电气设备监控的需要。DCS对电气设备监控的需要主要集中在用电负荷设备上，并且所需测点类型基于以下几种：

控制操作(DO)―― 遥控分合闸;

状态监视(DI) ―― 开关本体信号，如开关位置、手车位置、闭锁状态等;

运行监视(AI) ―― 负荷电流、功率、母线电压等。

以上测点中仅有DO/DI参与直接的逻辑控制。AI量则为运行人员判断负荷运行状况的辅助参数，并不直接参与DCS中DPU的逻辑控制计算，只在运行界面上进行观察。以上几种数据恰是ECS通过就地保护测控设备采集交换的基本数据。

从数据的完整性上说，完全可以通过ECS传输给DCS。为达到数据传输或交换的实时性要求，采用对等网络方式能够将不同用途的数据快速可靠地传输到DCS各层中去。具体实现方式是：DO/DI数据的交换采用DPU与通讯管理机之间的通讯来实现;对于AI数据及部分次重要DI数据的监视采用ECS服务器上传至DCS操作员站的方式进行传输。监控系统数据流向见图3。　　

依图3，在站控层采用分布式网络结构的DCS可以允许系统中存在多组服务器，操作员站(客户端)可以平等的任意调用多组服务器的数据，将ECS统一在一个系统平台中使得ECS在系统服务器级向DCS无缝传输数据成为了可能。这种数据传输方式也就省去了网关、网桥等通讯连接设备，系统架构更加简单明了、稳定可靠，数据上传效率更高。

依图3，在间隔层采用对等网络实现了DPU与通讯管理机的数据交换。DPU所需参与逻辑控制的电气设备DO/DI测点不是从通讯管理机发出就是从通讯管理机取来，取消了DCS电气部分的硬接线。DPU与通讯管理机实现直接的数据交换，可以采用串口总线交换也可以采用以太网实现数据交换。DPU与通讯管理机通讯无论是一对一还是一对多的方式，从数据传输的数量亦或网络连接的数量上来说都是极少的。依据此需求定制的双向通讯系统无论从实时性还是可靠性上都能得到良好的保障。尽管如此，对于特别重要的电气设备控制联锁的操作也可以保留少量硬接线进入DCS，或由专用的自动装置来直接实现，如重要设备的联锁保护(锅炉保护、汽机保护)、保安电源的自动投切等。

火电厂电气监控系统中厂用配电系统的监控操作与生产工艺控制系统并无直接联系，因此完全可以独立在ECS中实现。实现的方式及功能配置要求与现场总线技术实现的中低压变电站综自系统基本相同。DCS不再配置独立的电气专业的操作站、管理站。ECS配置独立的电气操作站、管理站、历史站、工程师站。ECS完全通过与就地保护测控设备、保护设备、采集装置、自动装置等电气二次设备以通讯的方式对全厂纳入监控的电气设备实现监控。ECS的实现架构宜按单元机组及公用系统分开配置。

三、全通讯ECS的实现基础

全通讯ECS完善地实现取决于通讯系统的可靠性、稳定性及快速性，其中又以快速性最为重要。现场总线的选择应用、与DPU数据交换、与DCS通讯三个方面的性能决定了整个全通讯ECS的性能。

3.1 现场总线的选择及组网方式应用

3.1.1 ECS对保护测控装置通讯的接入以现场总线为宜

ECS保护测控装置通讯的接入以现场总线为宜，原因有三：

1)现场总线通讯距离一般较长且抗干扰能力也较好，比较符合火电厂配电设备分布的实际情况，也有利于通讯管理机集中设置、集中管理。

2)现场总线电缆材料及组网成本低廉、保护测控装置配置现场总线接口的成本也较低。

3)ECS必须分层向DCS传输电气工艺设备的数据，并且ECS接入设备节点数量过于庞大(单元机组的配置可达400台以上)，因此需要设置数据集中转发的网络节点，同时也利于减轻系统服务器通讯的负担。

3.1.2 两种中低压保护测控装置的组网方案

1)按工艺系统分配，通讯管理机与DPU采用一对一方式通讯。这种组网方式与DPU通讯简洁，且通讯方式灵活，但中低压保护测控装置需跨段接入通讯管理机，现场总线组网布线难度较大。

2)按配电段分配，通讯管理机与DPU采用一对多方式通讯。这种组网方式与DPU通讯宜采用以太网，通过绑定以太网连接实现数据传输的稳定可靠。网络布线简洁，抗通讯干扰能力强。特别对于高压工作段，也可按大的工艺系统分配多个通讯管理机，可将通讯管理机的外部网络连接数控制在6个以内，有助于提高网络通讯效率。对于大型机组，低压配电段也是按照大系统的工艺分配来的，因此低压段也可按配电段分配通讯管理机。

3.1.3 现场数据快速更新的保证

目前在ECS应用较为广泛的现场总线有RS-485、CAN、Profibus-DP、LonWorks等，其中以RS-485总线支持的厂商最多，应用也最为广泛。诚然，在这几类总线中以RS-485总线的通讯速率最低