简论发电厂电气综合自动化系统的构建与应用

查显跃

（铜陵学院　电气工程学院，安徽　铜陵　244000）

简论发电厂电气综合自动化系统的构建与应用

查显跃

（铜陵学院电气工程学院，安徽铜陵244000）

电气综合自动化系统包含很多子系统、涉及很多较为专业的知识，其在电厂中的应用，极大的提高了电厂运营效率及服务质量，可以为发电厂的长远发展奠定良好基础.因此，有关电气综合自动化系统的研究受到越来越多业内人士的关注.本文对电厂电气自动化系统的组态模式及构建进行分析，从硬件及软件两个方面入手对测控单元设计进行探讨，以供参考.

发电厂；电气；综合自动化；系统；探讨

在社会发展推动下，发电厂规模越来越大，容量不断增加，同时，我国经济正处于蓬勃发展的重要时期，无论是各个生产行业，还是人们的日常生活对电能有着较大的依赖，无疑给电厂运营水平提出更高要求.因此，我国在发电厂电气综合自动化系统方面研究投入大量的财力、人力支持，取得了卓越成效.当前，电厂电气综合自动化系统应用广泛，提高了发电厂运营质量及服务水平，对其进行研究具有重要的现实意义.

1　电气自动化系统组态模式及构建

1.1组态模式分析

对电厂电气综合自动化系统进行总结得知，电气监控由现场总线监控方式、远程监控方式、集中式监控方式之分，其中现场总线监控具有较强的针对性，尤其可针对不同间隔设计相关功能.该方式优点主要有可使用较少的模拟量卡件、I/O卡件、端子柜、隔离器件等.同时，可就地安装智能电气、并且通过通信线实现与监控系统的连接，使得施工安装、维护工作量大大减少.另外，不同装置间的功能彼此独立，不受影响，而且装置之间联接借助网络实现，使得网络组态灵活性大大增强，整个系统的可靠性提高明显.

远程监控方式优点主要体现在可靠性高、控制面积小、安装费用低等方面，但考虑到现场总线的通信速度不太理想，而且电气部分拥有较大通信量，因此，该种方式比较适合应用在小单元系统中.

集中监控方式设计难度小、控制站防护等级低、容易开展维护工作等优点，不过该种方式下的处理器运行负担较重，难免给处理速度造成不良影响.另外，引进长距离电缆使得系统可靠性受影响，而且电缆大量进入到控制室中使得控制室火灾发生机率大大增加.

1.2电气综合自动化系统构建分析

电气综合自动化系统的二次设备包括单元层、站控层两层，其中前者包括公共端子系统、各发电机组子系统.站控层将全站的监控主机包括在内.

单元层不同子系统和通信管理机的连接主要借助现场总线实现，而现场总线网络可有可靠性高、速度快的CAN总线充当.同时，为实现网络可靠性的进一步提高，采用的连接方式为双网连接，确保系统的不间断运行.

站控层包括的内容较多，主要有通信站、工程师维护工作站、运行工作站以及主机兼操作员工作站构成.其中通信站和电厂SIS、MIS以及DCS系统相连，实现信息的共享.而且其可与INTERNET/INTRANET相连，利用远程工作站便可维护、访问系统.工程师维护工作站的作用在于为维护技术人员维护、修改报表、界面、数据库提供方便.而且可被用作培训工作站，预演操作流程、仿真培训工作人员等.远动工作站用于连接远动中心和监控管理系统，实现电气系统部分运行信息向远动中心的传输，同时接收远动中心传输的数据，为定值远程管理功能的实现奠定基础.运行工作站便于对电气系统运行工况的实时监控，而且故障信息管理、小电流接地选线、自动抄表等一些应用软件仍可运用.根据实际情况，可实现配置主、备方式运行的两个运行工作站.主机兼操作员工作站负责处理及远程控制下层测控单元的电气运行参数.操作员工作站的作用主要体现在：对发电机有功进行调节、操作控制以及监视电气设备等.

2　测控单元硬件设计

测控单元是电气综合自动化系统的重要部分，不仅实现电厂运行参数的采集与发送，而且可接收并执行监控主机发出的控制和调节命令，主要核心部分有时钟模块、CAN模块、开关量模块、模拟量采样模块、CPU模块以及电源模块等，在对其进行设计时，尤其应注重CAN总线接口、开关量输入输出电路以及模拟量等内容的设计.

2.1CAN总线接口设计

考虑到CAN总线控制器在MPC555内部集成，其底层协议的实现可不使用外来的CAN控制器，可大大简化硬件连线，即，将CAN总线收发器与抗干扰的光耦天剑在CAN物理通道与输出端子之间即可.其中使用切换时间为75ns的高速光耦，便可很好的满足通信速度要求.CAN收发器使用抗干扰、具有多种保护的差动驱动器作为总线接口即可，其不仅具备对CAN控制器差动接受能力，而且具备对总线的差动发送能力，使得通信距离得以延长、系统瞬间抗干扰能力得以明显提高

2.2开关量输入输出电路设计

测控装置包括1路频率测量、80路开出量以及324路开入量，因开出、开入量具有较多的数目，应采用4块开出板、9块开入板，硬件设计成插拔式结构，使用EPM7128 SLC84实现接口的扩展.EPM7128具有电路可擦除、高阻抗特点，芯片内部包含逻辑阵列块8个、宏单元128个、可用逻辑门2500个，其中8个逻辑阵列块之间的连接由可编程连线阵列实现.同时，含有标准I/O引脚100个，借助I/O控制模块可对I/O引脚的输出、输入以及双向工作方式进行单独配置，并配备有三态缓存器，引脚间的延迟时间为15ns.另外，具备在线编程功能，借助下载电缆实现对片内逻辑组合的更改，以实现不同的功能.

开关量输入输出电路设计还应注重考虑开入量采集电路、开出控制电路、频率测量电路三部分电路.其中开入量采集电路如图1所示：

图1　开入量采集电路

设计装置开关量输出回路时应用并行输出端口实现对有接点继电器的控制.同时，为实现抗干扰能力的进一步提高，运用光电隔离.出口跳闸设计时，使用EPM7128扩展芯片的OT2与OT1并行口，安排不同的电平输出，其中OT2输出“1”，OT1输出“0”，从而使发光二极管发光，进而OUT因得到直流电压驱动信号使继电器启动，以有效避免继电器出现短时误动情况.原因在于直流工作电源分合时，OT2和OT1均为电平输出且相同，无法使二级管发光，从而大大降低误动作的出现.

系统频率是电气综合自动化系统的关键指标，应对其进行动态测量.设计时可应用的测量方法为：首先，将过零比较器LM211和测量信号相连，方波整形后，将其传输给MPC555芯片TPU3的捕获单元.如此每周期会出现两正向脉冲输入，借助定时计数器的值实现测频.电路示意图如图2：

图2　测频电路

2.3模拟量采集设计

模拟量采集信号包括直流电流、交流电流、交流电压等，这些信号需借助直流电流变换器、电流电压变换器、电压变换器转变成模拟电压量，降低二次侧电气量给装置造成的干扰.

模拟量采样可通过AD780BR、ADS8364、INA2132U芯片实现，即，隔离变换后的模拟量先经INA2132U芯片处理，确保输入信号的稳定性.ADS8364芯片是模拟量采样的核心部件，实质上是具有六通道同步采样的16位模数转换器，具有功耗低、速度快等优点，而且三个保持信号可对指定通道进行转换.另外，为进一步提高变换精度，可使用AD780这一外部参考电压源，为AD向参考电压的转换提供保障.

3　测控单元软件设计

电厂电气综合自动化系统测控单元功能的实现仅仅依靠硬件是不行的，还应借助软件设计，只有硬件系统与软件系统相互配合，才能缺乏系统功能的正常发挥，其中操作系统、任务及中断以及通信软件设计是进行软件设计应重点考虑的内容，应引起足够的重视.

3.1操作系统设计

操作系统可使用AT1的实时多任务操作系统Nucleus PLUS平台.该平台包含很多组件，不同组件承担各自的功能，通过汇编语言模块，向外部提供清晰的接口，为组件的引用奠定基础.另外，该平台不仅能提供源代码，而且具有比较丰富的功能模块.尤其将经严格注释的C源代码提供给用户，使用户能够对底层内核的运作方式有个深刻了解，并根据实际情况实现对系统软件的改动或删减.同时，还提供有RTOS源代码，供用户研究与学习，产品量产可免去License支付，减少开支.

3.2任务及中断设计

实时操作系统降低了应用程序扩展及程序升级难度，尤其可将复杂应用程序分解成不同模块，对不同模块进行修改、调试并不会给其他模块造成影响.另外，结合MPC555微处理器特征以及测控装置的实现功能，分割系统中断及任务.

3.3通讯软件设计

电气综合自动化系统测控单元中，上下位机之间需进行通信，因此，在对数据通信模块进行设计时，应确保其具有开出命令执行、开入量状态上传、有效值上传、采样值上传、时间同步、复位通信单元等.

工作期间当上位机将广播信息发送给继电保护设备时，并不通过应答帧进行确认，而当上位机将复位通信单元向间隔单元或保护设备进行通信时，需有确认帧应答.当上位机向间隔单元、保护设备开出命令、读取数据时，应有响应帧进行回答.当受其他因素影响，上位机未接收到响应帧、确认帧时，一旦时间超出，结合用户给定的重传次数，原报文进行重传，当其和重传次数保持一致为止.

4　结语

随着社会发展，人们对电能的依赖程度不断加强，对发电厂运营提出了较高要求，为更好的满足人们生产生活对电能的要求，实现自身服务质量的提高，发电厂应根据自身实际，运用电气综合自动化系统，不断提高运营管理水平，尤其应认真分析当前电气自动化技术，从硬件及软件两方面对所用电气综合自动化系统进行优化，提升系统工作性能，为发电厂健康、稳步发展奠定良好基础.

〔1〕张文忠，李春菊.浅谈发电厂的电气综合自动化系统［J］.电子测试，2016（01）：94-95+79.

〔2〕刘亚.发电厂电气综合自动化系统设计原理与应用［J］.科技创新与应用，2013（22）：21.

〔3〕姜国军.发电厂电气综合自动化系统的设计与应用［J］.黑龙江科技信息，2013（27）：31.

〔4〕张文忠，李春菊.浅谈发电厂的电气综合自动化系统［J］.电子测试，2016（01）：94-95+79.

〔5〕朱奕历.发电厂电气综合自动化系统的研究与应用［J］.黑龙江科技信息，2014（05）：18.

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