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电厂厂用电监控系统Ecs通信技术探讨
[ 通信界 / 张颖聪 / www.cntxj.net / 2010/1/23 14:31:16 ]
 
OLE for Process Control)为宜。以太网介质可达到1OOMbit/s或10OO Mbit/s的通信带宽,TCP/IP提供了链路层的快速可靠连接,通信双方的TCP/lP协议栈提供了不依赖于应用层的链路通断测试机制,能在毫秒级范围内侦测出通信链路的中断,并主动进行再次的握手连接。lECl04和OPC都是客户_服务器模式的平衡式通信协议,一般DCS是客户端,ECS侧是服务器,通信双方都可以主动发起通信过程且支持变化数据的优先上送,这样只要ECS中有变化数据,就会立即无延时地主动向DCS上送。目前几大国产DCS厂家都能实现IECl04或OPC协议通信。

  三、ECS站控层和电气间隔层之间的通信

  ECS站控层和电气间隔层之间的通信实际包含2个部分,一个是ECS站控制层各主机和通信层之间的通信,另一个是通信层和间隔层之间的通信。

  a.由于ECS站控层主要由多台基于Unix和Windows操作系统的服务器及工控机组成,操作系统本身对各种商用以太网卡提供了很好的支持,所以各厂家的ECS组网方案中站控层几乎无一例外地由1OOMbit/s或l000Mbit/s的以太网组成;由于站控层各主机的硬件配置都很高,以太网带宽也很大,数据在这些主机之间的通信时间为几毫秒,可认为是无延时的。

  b.间隔层主要由2大类装置组成,一类是数量众多的厂用电保护装置,380VMCC电动机控制装置和PC配电控制装置,这些装置上所采集的部分开关量、模拟量是耍上送到DCS去参与顺序控制的,而DCS所发送的控制命令也是通过这些装置作用于开关柜或电动机的。这部分装置需要能和DCS迸行高速通信。另一类是数量有限的发变组保护装置、厂用电快切装置、直流系统、UPS、励磁系统控制装置等,这些装置独立完成某种预定功能,和DCS的顺序挂制过程无关,DCS只是要定期了解其状态,这部分装置和DCS之间其实并不需要高速通信。目前,各厂家ECS系统间隔层的组网方式存在着很大的差异,差异主要体现在间隔层的通信介质和通信协议上。因为间隔层装置的数量最多,直接反映每个电气间隔的实时运行状况,所以间隔层通信的速度快慢和可靠与否在很大程度上决定了整套ECS系统的通信速度和可靠性。目前,ECS系统间隔层的组网方式主要有快速RS-485网、各种现场总线网和工业以太网3种。

  3.1 快速RS-485网

  快速RS-485网就是在普通RS-485串口的基础上采取一些特殊的控制技术提升RS-485口的通信速率和带负载能力,然后将多台间隔层装置和1台通信管理机组成主从式的简易通信网络,通信管理机是主节点,通信速度最高可达到115.2Kbit/S,负载能力能达到32台装置/口,5OOm距离。这种方案的最大问题在于RS-485通信速率低。RS-485网只能有1个主节点,其他都只能是从节点,只有主节点能主动启动通信过程,从接点只能被动应答,主节点只能采取轮询的方式依次对各从节点进行访问获取数据,无法做到并发式处理同时由于站控层一般都是以太网通信,主节点通信管理机还要向站控层以太网转发数据。在这种RS-485网中为了提高通信速率,常用的方法是:加快主节点的查询速度和频度,减少一个RS-485网中的从节点数量,简化通信规约。加快主节点的查询速度和频度将加重主节点的任务负担,况且查询速度和频度的提升也有其上限,毕竟作为主节点的通信管理机除了与间隔层装置通信外,还有数据入库处理和向站控制层转发数据等任务,过度地加快和间隔层装置的通信任务势必影响其他任务的正常运行,使其成为网络中最脆弱的瓶颈-减少单个RS-485网中的从节点数量的实质就是化整为零,这将增加通信电缆的铺设工作量,增加通信管理机的数量,使整个ECS系统的性能价格比下降。简化通信规约可以提高通信速度,但简化的通信规约中通信信息语义的不完整,即间隔层装置中很多有用的数据信息无法上送到ECS站控层主机,ECS站控层主机获取不到电气监控所需要的全面信息,把间隔层装置中的有效信息给浪费了。显然,RS-485网不太合适作间隔层的组网。

  3.2 现场总线网

  现场总线是以单个分散的数字化、智能化的测量和控制设备作为网络节点,用总线连接实现相互交换信息共同完成自动控制功能的网络系统与控制系统,其主要特征是采用数字式通信方式取代设备级的4-2OmA模拟量或24V直流开关量信号,使用一根电缆连接所有现场设备。现场总线种类较多,主要有Profibus、CAN、LonworkS和WorldFip等,各种总线的主流应用领域也各有侧重,发电厂中Profibus总线应用较多。Profibus以国际标准化组织(ISO)开放式系统互联网络的7层模型为参考,定义了物理层、链路层、应用层和用户接口。应用层又包括现场总线信息规范(FMS)和低层接口(LLI),FMS包括了应用协议并向用户提供了可广泛选用的强有力的通信服务,LLI协调不同的通信关系并提供不依赖设备的第2层访问接口。Profibus的用户接口规定了用户及系统和不同设备可调用的应用功能。在发电厂中使用Profibus总线主要优势有2点。

  a.大幅度地提高了通信速度,增强了现场级信息集成能力。Profibus,协议栈的链路层规定了通信过程中冲撞冲突检测的仲裁原理和重发手段,使得使用Profibus总线的间隔层各装置和通信层的管理机在通信时能最大限度的避免冲撞冲突,实现并发式通信,提高通信速度,该功能直接由Profibus总线的协议栈提供,用户的应用程序中无需考虑,若使用专用的连接插头,Profibus总线的通信速度能达到lMbit/s。通信速度的提高使得大信息量的传输成为可能,采用Profibus总线后,可实现设备状态、故障、参数信息向ECS站控层的传送,使ECS站控层获得更多更丰富的信息

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作者:张颖聪 合作媒体:专网通信世界-中国电力通信网 编辑:顾北

 

 

 
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