ECS系统与SIS、DCS系统间通信改进研究

阮琢

摘 要：发电厂监控系统不是一个单一的系统，而是由多个系统相互协调一起，不同系统之间数据信息的交换是统一这些系统的关键所在，为了让每个系统稳定运行，使用OPC通信协议来解决系统间数据交换问题，并通过改进系统的数据传输通道，解决数据丢失的问题。

关键词：ECS;DCS;SIS;数据流

1前言

电厂监控系统是近几年快速发展起来的一个新领域，它的发展是信息技术和电力生产领域多种技术紧密结合、相互促进的结果。现代火电厂采用DCS、ECS、SIS等多个系统相互配合协作，共同组成电厂监控系统。本文主要研究ECS在与DCS、SIS系统之间通过OPC协议进行数据包传输过程中发生的数据丢失、中断的现象，通过分析试验，对系统间传输通道改进，让数据传输的完整性与连续性得到改进，为机组安全稳定运行提供保障。

2概述

2.1 ECS简介

计算机通信技术的高速发展，使我国电力系统厂站自动化水平迅速提高。除部分继电保护和自动装置实现微机化，具备通信功能外，大部分电气监控手段仍是在控制屏上手动操作和查看常规仪表水平，控制逻辑一般由继电器和开关的辅助接点通过硬接线实现。该监控方式给日常运行和维护带来不便。近年来，以现场总线、工业以太网为代表的通信技术在变电站综合自动化系统中成功应用，使得发电厂电气监控管理系统（Electric Control System，ECS）得到发展，ECS是将原来DCS中的电气部分独立出来，实现厂用电中电气系统的保护、测量、控制、分析等综合功能。提高了发电厂自动化和控制管理水平，保证发电厂运行的安全性和可靠性，增强发电厂在电力市场经济运行的优势和竞争能力。

2.2 SIS简介

厂级监控信息系统（Supervisory Information System，SIS）是集过程实时监测、优化控制及生产过程管理为一体的信息系统。该系统通过对火电厂生产过程实时监测和分析，提供全厂完整的生产过程数据信息，可作为电力公司信息网络化的可靠生产信息资源，使公司管理人员能够实时掌握各发电企业生产信息及辅助决策信息。

2.3 DCS简介

分散式控制系统（Distributed Control System，DCS），是网络集散和控制技术结合的产物。实现位置上分散，功能上分离，达到分散控制为主，集中管理为辅。在我国350MW以上的火电机组上应用较为广泛，其经济性和安全性被我国发电企业所认同，近年DCS技术得到了极大的发展和应用，为火力发电厂的信息化处理提供了必要保障。

2.4 OPC简介

OPC（OLE for Process Control）是过程控制设计的OLE（Object Linking and Embedding）技术。本质是采用了Microsoft的COM/DCOM（组件对象模型/分布式组件对象模型）技术，COM主要是为了实现软件复用和互操作，并且为基于WINDOWS的程序提供了统一的、可扩充的面向对象的通信协议，DCOM是COM技术在分布式计算机领域的扩展，使COM支持在局域网、广域网甚至Internet上不同计算机的对象之间的通信。

3 ECS系统组成

以某厂为例，ECS是由某公司负责搭建，采用该公司提供软件和硬件共同组成的系统。其中电气设备使用综合测控装置，对各电气信息量进行采集转换后，用通信方式传输给通信管理机，通信管理机汇总信息后，再通过以太网将数据传输到交换机，最终服务器从交换机中获取各电气信息量，用组态的形式将控制系统展现给用户，并增加接口机，用来进行物理层面隔离服务器，向DCS与SIS发送数据。系统示意图如图3-1。

该厂ECS主要负责将全厂各个电气设备的运行工况、故障信息和电气信息量等采集汇总后，通过OPC将数据包发送给DCS与SIS，例如各电机电流大小、电能信息，都是由ECS采集后对数据进一步处理发送出去。

4 各系统间数据传输存在的问题

ECS采集的信息量庞大，并实时与DCS与SIS进行通信传输，但由于各系统之间的软硬件并不是同一廠家，各系统内部技术方案不同，系统间存在兼容性问题。由于所有系统均采用WINDOWS系统，于是采用OPC协议解决各系统间兼容问题，使得数据可以在各系统间传输。数据传输如图4-1。

此方案初期顺利解决了系统间的数据传输问题，各系统可以正常获取ECS采集到信息，DCS分别从接口机1与接口机2中获取数据，SIS从接口机1或者接口机2中获取数据。但随着运行时间增长，数据传输问题开始显现，DCS与SIS从ECS获取数据流的过程中，发生数据包丢失现象，直观的表现形式为，DCS控制界面上数据刷新减缓或不变，这将影响值班人员对设备运行工况的判断，不能及时发现设备异常，甚至可能造成运行人员的误操作，影响机组正常运行。初期通过重启ECS中负责传输数据的接口机，便可解决，但随着系统运行时间进一步积累，数据量显著增加，数据流中断现象发生率大幅提高，并且一旦SIS或DCS任一系统在数据获取时发生中断，将直接影响ECS接口机对外发送数据，会使得SIS与DCS同时中断数据流，最直接表现就是DCS失去所有的电气信息量。工作人员在解决此问题时，需先重启ECS中断数据流的接口机，然后再重启SIS后台和DCS后台，才可恢复，然而该问题发生的时间不确定性大，对运行值班人员和维护人员造成很大困扰，经常出现深夜数据中断，多方系统操作人员相互配合，相继重启工作站后才能解决问题，在一定程度上对维护人员造成不小的麻烦，尤其对运行人员造成很大的困扰，成为机组运行中不可忽视的安全隐患，存在着机组跳机风险。

5 解决方案

由于该厂ECS连续运行近10年，设备老化明显，遂将ECS整体进行升级改造，将系统各部分的通信管理机升级换代，并对通信管理机进行主从双机冗余配置升级，增强网络数据传输的稳定性，对系统的服务器和接口机进行了软件和硬件更新。工作人员对ECS与SIS和DCS数据流中断问题，做了详细分析与研究后，通过试验得出了解决办法。

升级系统后，通过反复进行数据传输试验，发现使用图4-1所示的数据传输方法依旧会出现类似问题，猜测原因是数据通道堵塞和网络连接超时造成的数据流中断，数据流一旦中断，SIS不能重连，继而影响接口机无法向DCS发送数据。但是单向对DCS或SIS数据传输却能保持稳定，于是将原有数据传输通道进行改进，根据新系统网络传输要求，将SIS数据来源由工程师站后台机提供，重新配置OPC协议，单独向SIS系统传输数据，而DCS数据流传输通道不变，此方法使SIS与接口机断开连接，让DCS与SIS均从ECS中单向获取数据，有效防止SIS与DCS互相影响造成的数据流中断。由于ECS后台机也是从两台服务器获取数据，并有冗余配置，因此SIS的数据来源可靠并能长时间运行。数据传输示意图如图5-1。

6 总结

在数据传输改进后，该厂2年以来DCS、 SIS与ECS间没有出现数据中断现象，各系统均能稳定从ECS获取数据，保持数据流通道畅通，值班人员没有反馈电气信息量丢失或不刷新现象，避免了误判与误操作的出现，使机组能够安全稳定运行。随着通信技术的不断发展，相信在未来，不同系统间数据交换的稳定性和高速性能得到彻底解决。

参考文献：

[1]王  喆，金  叶.浅谈发电厂厂用电气监控系统（ECS）[J].民营科技，2012，（12）：19-19.

[2]蒙冠霖.浅谈发电厂DCS系统应用及发展[J].科学与财富，2014，（1）：99-99.

[3]王  清.基于OPC技术的电厂监控系统[D].天津理工大学，2009.