基于PLC网络的分布式监控系统及其在电力系统中的应用

文章编号:1000-2243(2002)02-0212-05

基于P LC 网络的分布式监控系统及其在电力系统中的应用

郭宗仁,王志凯,佘占兴,李琰

(福州大学电气工程系,福建福州　350002)

摘要:针对某些远程监控系统中存在的可靠性、控制质量问题,提出了基于P LC 网络的分布式监控系统的设计

思想和方法.实验表明,该方法是行之有效的,具有在电力系统中应用推广的价值.

关键词:P LC 网络;分布式监控系统;现场总线;电力系统

中图分类号:TP273文献标识码:A

A distributed monitoring system based on P LC netw ork and its

application in electric pow er system

G UO Z ong -ren ,W ANG Zhi -kai ,SHE Zhan -xing ,LI Y an

(Department of E lectrical Engineering ,Fuzhou University ,Fuzhou ,Fujian 350002,

China )

Abstract :The paper puts forward a designing method of distributed m onitoring system based on P LC net 2

w ork oriented to the control quality and reliability.The experimentation shows that this method has high

practical value.

K eyw ords :P LC netw ork ;distributed m onitor system ;field bus ;electric power system

随着电力系统发展规模的扩大、分布的地域越来越广,分布式电力监控系统得到了日益广泛的应用.具有遥测、遥信、遥控、遥调和遥视五项功能的远程监控系统可以提高整个系统的自动化程度,特别是在易发事故的场合,有效防止因实时性差而丧失时机酿成的重大事故[1].但目前某些监控系统的可靠性、控制质量还未达到令人满意的地步.例如:国内的无人值守变电站还未实现真正意义上的无人值守,只是“无人值班,少人值守”.因此,有必要对现有监控系统进行改造,提高系统的可靠性和控制质量.本文在文献[2]的基础上提出了采用现代通信网络技术将计算机与P LC 有机结合的模式(即P LC 网络),构成新型的监控系统的设计方法.

1　基于P LC 网络的监控系统的基本结构

按照功能,基于P LC 网络的监控系统大体可以分为4个子系统,如图1所示.

图1　基于P LC 网络的监控系统结构图

Fig.1　S tructure block diagram of m onitor system based on P LC netw ork

1)控制现场子系统.控制现场子系统主要是由P LC 、远程I/O 单元、保护单元、传感器、变送器和执行装置等构成的,主要任务是采集现场信息和执行上级下达的控制命令,完成对现场控制对象的实时控制和调节.传感器将现场的模拟信号、数字信号、开关量信号采集后经现场和计算机处理后通过电缆、光

收稿日期:2001-07-19

作者简介:郭宗仁(1944-),男,副教授.

第30卷第2期

福州大学学报(自然科学版)V ol.30N o.22002年4月Journal of Fuzhou University (Natural Science )Apr.2002

缆或综合通信网传送子系统发往主控端;保护单元是反映线路或元件故障并跳闸的单元,要求功能相对独立;P LC 接受主控端发来的指令,由P LC 输出控制信号,对控制对象进行遥控、遥调.值得一提的是,基于P LC 通信网络技术的监控系统可以采用目前国际上已广泛使用的现场控制总线技术,其优点是:①有利于彻底地分布式控制,提高系统的可靠性;②可以大大减少隔离器件、端子和端子柜、I/O 终端器件的数量,还可以节省安装空间和面积;③组态简单、灵活,安装、运行、维护方便;④节省维护费用;⑤具有互换性,用户可以自由选择不同厂家的产品,有利于达到最佳的系统配置.

2)信息传输子系统.对于P LC 监控系统,现场端和主控端相距有远有近,要根据系统各自的特点,采取不同的通信设备和手段,进行数据通信.对于电力系统,它的通信方式也是多种多样的,有电力线载波通信、音频电缆通信、微波通信、光纤通信、无线扩频通信和综合通信网等.对于一个地区电网而言,对于通信带宽和可靠性的要求各不相同,因此,通信方式不可能是单一的一种形式,综合通信网可以发挥各种通信方式的优点,将现场端的数据和信息传送到主控端.

3)信息处理与控制子系统.在主控端采集了经通信传输子系统传送过来的数据信息、状态信息和视频信号信息.经主控端的计算机加工处理后,再通过人机联系子系统以声、电、光、图象的形式报告主控端的工作人员.在必要时,可进行人工干预,接受人的操作命令,或者也可以通过信息通信网再将信息送至更高一层的领导决策人.以便控制和调节.

4)人机联系子系统.通过模拟屏、屏幕显示器、打印输出、报警系统等为值班人员提供完整的实时运行的状态信息.通过分析,确认系统所处状态.如果系统当前状态不能满足要求,或可靠性不能得到保障,或经济性能指数不佳,这时工作人员可对系统进行某些调整,以保证系统安全、经济、稳定地运行.2　系统的主要特点

P LC 的工作可靠性较高,对恶劣现场环境的适应能力较强,但对于一个复杂的控制任务仅靠扩大机型来解决会十分困难,原因是:①单台P LC 的I/O 点数、内存容量是有限的;②目前市场上的P LC 产品在软件开发能力、数据处理、图形显示能力等方面都不如微机.事实证明,以P LC 网络实现微机和P LC 优势互补的想法是可行的,它可以有效地改造传统的基于微机的远程监控系统.改造后的系统有以下特点:

1)采用通信网络技术将计算机与P LC 有机结合的P LC 网络[3],可以部分或全部替代传统的基于微机的RT U 功能.RT U (Rem ote T erminal Unit )是远方终端装置,远程监控系统的遥测、遥信、遥控功能,都需要RT U 来实现.90年代后的现代RT U 多由一台或多台微机构成,用于遥信变位传送、遥测变化率的监视、事故追忆、时间顺序记录(S OE )、通道监视和切换等等.显然,采用P LC 网络要比单纯由微机构成RT U 要可靠得多.信息处理、图象显示功能可以由微机完成,控制执行功能主要由P LC 来完成,这样微机和P LC 可以实现优势互补、取长补短、分工合作以达到取代或部分取代RT U 的功能.

2)采用现场总线和光纤通信技术保证了信息可靠、安全、快速地传输.建立工作稳定可靠、性能价格比适中的通信网是远程监控系统的重要组成部分.在当今的各种通信模式中,光纤通信以其工作稳定、传输速率高、抗干扰能力强、低能耗、安装方便、价格适中而受到人们的重视.在远程监控系统中,远程端与主控端的传输可采用单环光纤网或双环光纤网[3],通过通信机或FIT (工厂智能终端)直接进行信息传输,方便灵活地设定数据传送的开始、停止和间隔.此外,还可以实现对同一子系统中的P LC 进行在线编程和监控.传输距离可达10km.若为降低建网造价,采用同轴电缆,这样传输距离也可达到1km 以上.在电力生产现场,现场总线的采用更是为数据和信息的安全、可靠快速的传输提供了保证.

3)可以实现多级递阶的控制和管理.随着自动化程度的提高,对于分布在若干地点上的控制对象采用完全集中式的监视和控制,从信息工程的角度上看,是不合理的.它需要建立庞大的信息采集与监控系统、耗资巨大,同时这种全系统监控方式,对主要设备的可靠性要求也高,一旦发生故障,将会殃及整个系统.随着人工智能技术、自动化技术的发展,特别是通信和计算机技术的发展,采用分级递阶分布式监控系统[4]已引起了专家们的极大兴趣和重视,并在实际工程中获得了成功的应用[5].而将P LC 的通信网络技术应用于监控系统,则是将理论变为现实最有效、最方便的途径之一[6].它可以使硬件结构简化,互

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