大型水电站机组LCU进行QEIO网络优化可行性研究

孙监湖

(长江电力三峡水力发电厂,湖北 宜昌 443133)

大型水电站机组LCU进行QEIO网络优化可行性研究

孙监湖

(长江电力三峡水力发电厂,湖北 宜昌 443133)

以某大型水电站机组原有结构为基础指出了S908 RIO通讯的弊端,总结了QEIO网络的优势,提出了将S908优化为QEIO的最优方案,并搭建完整仿真平台进行系统、应用及通讯功能等方面测试。测试结果表明,QEIO网络在通讯速度、网络诊断等方面突出,但在特殊情形下热备系统PLC的主备切换存在部分缺陷。

RIO;Q EIO;大型水电站;仿真平台

0 引言

当前国内某些大型水电站机组LCU采用的是施耐德Quantum系列的双机热备系统,主站PLC通讯模块(CRP)与子站通讯模块(CRA)通讯采用S908 RIO总线方式。各远程子站通过光纤中继器(NRP)组成光纤环网,本地站和各远程子站内部则通过同轴电缆及RIO分支器串接,每套LCU设有相互独立的双RIO总线网。拓扑结构如图1所示:

图1 某大型水电站机组LCU的S908 RIO网络拓扑图

经过长周期运行,S908 RIO通讯的弊端日益显露,如采用同轴电缆连接,连接附件较多,故障点较多;电缆长度至少为2.5 m,且对弯曲半径要求较高;电缆需要专用工具手工制作,对制作工艺要求较高;通讯信号为模拟信号,制作和安装工艺不合格会产生信号衰减和累积信号反射等干扰[1],长期可能导致远程IO通讯故障等。国内某大型水电站LCU的RIO通讯单网就曾频繁报警,而其中一台机组更是多次随机出现单个子站信号全部复归的现象,严重影响了机组的安全稳定运行。

1 Quantum以太网IO

随着工业以太网通信的快速发展,网络冲突得到有效解决[2],Quantum以太网IO(QEIO)系统应运而生。其采用高容量菊花链回路实现了大规模数据量的高性能高速传输,支持RSTP,电缆断裂或链路故障的恢复时间<50 ms,可灵活组网及扩展,与S908 RIO主要特性对比如表1所示。

表1 QEIO与S908 RIO主要特性对比表

由表1可见,QEIO能够彻底解决S908 RIO的各种隐患,且大幅度提升了网络性能,因此在水电行业应用越来越广,小湾、大岗山、枕头坝等水电厂LCU陆续采用QEIO网络均取得了不错的效果,但大型水电站机组LCU子站较多且结构复杂,能否安全可靠的进行QEIO网络优化还需谨慎论证。

2 通讯优化

2.1 优化原则

为使优化效果达到最优,S908 RIO优化为QEIO时应满足以下原则:

1)不影响国家信息安全要求;

2)改动后的网络可靠性不得低于改动前;

3)应最大限度保留现场原有设备如I/O模块, CPU等,改动小、风险小、周期短。

2.2 优化方法

要将S908 RIO优化为QEIO,首先需更换原有的通讯模块(CRP和CRA),之后有两种选择。以图1的框架为例,一是直接将原网络中的光纤中继器更换为型号为140NRP31200的光电转换模块,如图2;二是将原网络中的光纤中继器更换为DRS双环路交换机,并进行相应的软件配置,如图3。

图2 优化后的QEIO网络拓扑图1

图3 优化后的QEIO网络拓扑图2

QEIO网络完全采用经国家安全机构认证的CPU及通讯模块,不影响LCU的信息安全防护。两种优化方法均改动小,风险低,周期短。前者只需更换硬件,维护方便,主站和子站形成一个大环网,任意一处电缆断裂后环网内的所有子站数据采集不会中断。后者除硬件更换外,还得对不同位置的DRS进行不同配置,但DRS与本地子站组成一大环网外,远程子站与其对应的DRS还形成一小环网,具有更高的可靠性,相对S908结构而言,网络冗余度并不逊色,是大型水电站LCU进行QEIO网络优化的最佳选择。

3 试验测试

为验证QEIO在复杂网络中的稳定性、可靠性和安全性,特搭建QEIO测试平台,完全按照图3中结构及运行参数进行配置,其中主要模块及软件版本如表2所示:

表2 测试平台软硬件版本表

在此平台上分别进行了系统、应用及通讯功能测试,主要测试项有:PLC系统冷/热启动、主备切换功能、应用程序在线修改、数据采集功能、命令控制功能、DRS环网交换机端口综合信息诊断、CRP模块通讯状态诊断、CRA模块通讯状态诊断、CRA子站各槽位模块状态诊断、QEIO总线信息诊断和H9000上位机诊断信息显示等。

试验表明,QEIO网络特殊情况下的PLC主备切换与预想结果不一致,且试验结果与系统位%S84的值息息相关。但无论%S84取值多少,系统表现不尽如人意,如表3所示。

表3 QEIO热备系统PLC主备切换试验

由此可见,默认条件下,若因网线接触不良松动,小概率的造成CRA与CRP通讯全部中断,两套CPU均离线运行后没有自恢复能力,会给运行维护工作带来不便。而若%S84置为1,则当主CPU的CRP模块故障时,CPU热备功能失效,等同双CPU离线运行,较系统默认下的异常状况更严重。

除此之外,优化后的QEIO网络在其它功能方面表现与S908 RIO无异,但在通讯速度、故障诊断方面优势明显。其较大幅度提升了采集速度,降低了程序扫描周期,并能对网络进行全覆盖式正确诊断,有利于系统可靠性的提高。

4 结束语

随着工业以太网通信的快速发展,QEIO网络必将逐步取代S908 RIO。本文针对国内某些大型水电站机组复杂的S908总线结构,提出了基于DRS的最优优化方案。并通过试验发现了QEIO在通讯速度、网络诊断等方面的优势,但特殊情况下,热备系统的PLC主备切换存在部分漏洞。若施耐德厂家能及时消除此漏洞,相信QEIO网络会应用更广,前景更明朗。

[1]陈云敏,梁志刚,陈仁朋,等.有缺陷同轴电缆的时域反射特性及应用[J].浙江大学学报(工学版),2005(01).

[2]方少波,胡志刚,冯 震.浅谈工业以太网[J].硅谷,2011(13): 15-16.

TV737

B

1672-5387(2017)07-0036-03

10.13599/j.cnki.11-5130.2017.07.010

2017-04-27

孙监湖(1984-),男,工程师,从事水电厂监控系统设备维护工作。