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摘要：在发电厂供电过程中，升压站是最为重要的环节之一，要想设计出发电厂升压站自动化系统，就应当密切结合发电厂的实际生产需求，在充分利用现有设备的基础上，降低工作量，从而重新整合发电厂升压站的二次设备各项功能，在充分利用最新的计算机控制技术的基础上，实现了对发电厂升压站的自动协调、测量及监控。本文主要对发电厂升压站自动化系统进行设计与分析，并探讨了系统的实现及运用。
关键词：发电厂升压站；自动化系统；设计
1 发电厂升压站自动化系统的设计分析
发电厂升压站自动化系统结构示意图见图1所示。
图1 发电厂升压站自动化系统结构示意图
发电厂升压站自动化系统主要由Web服务器、工程师站、操作员站、数据通信网络、通信控制站以及数据采集控制设备等组成，其中，数据采集控制设备的结构为分布式结果，其能通过通信控制站和现场网络进行通信，实现计算机、监控故障录波、谐波分析、事件记录等多项功能。[1]通信控制站和Web服务器、工程师站、操作员站等通过冗余数据通信网实现连接，其通信的速率十分快，可达到100Mbit/s，能够充分满足操作控制命令和实时数据之间通信的实时性和准确性。
2 发电厂升压站自动化系统的实现及运用
在电厂升压站自动化系统的硬件方面，在数据采集控制设备应用的分布式设备非常智能化，能够实现就地安装，这就能够在很大程度上减少了敷设信号电缆的范围，提升了该系统对干扰信号的抵抗能力。电厂升压站自动化系统应用分布式结构，具有很强的可扩展性。[2]通信控制站可提供RS-485和RS-232，而以太网以及其他的一些现场总线接口则支持CAN、MODBUS等多种网络协议，这就使得该系统可以和多种PLC、调节器以及交流采集设备进行连接。
2.1 系统数据结构
发电厂升压站自动化系统进行数据采集、处理与分析的关键基础就是系统测点数据结构，其主要包括计算量、开关量以及模拟量三种不同类型的数据结构：第一，开关量类型数据结构，其主要包括名称、编号、状态、0和1状态描述、通道号、设备号、报警类型和开关量类型；第二，模拟量类型数据结构，包括单位、名称、编号、状态、实时值、量程上下限、测点类型、扫描周期、通信号、设备号、小数点位数、报警死区、I值及II值报警上下限等；第三，计算量采取用户组态方式数据结构，其主要包括单位、名称、点号、状态、计算周期、参数个数、计算函数参数和计算函数名等。
2.2 通信协议
发电厂升压站自动化系统的实现的关键就是通信协议，该系统通信协议在设计与实现时应当考虑到两方面的问题：第一，关键数据应当具备及时性和可靠性；第二，可以发布大批量的数据；[3]通信协议的主要内容包括需应答命令、普通广播命令以及应答命令，下面进行一一分析：第一，需应答命令，在发送完命令之后在如果没有收到相关应答则应当进行超时重传，排除相同于广播命令的字段，其还应当包括已发送次数、预先最大发送次数、已超时间、预定超时间隔四个字段。第二，普通广播命令，不需要超时重传和应答，协议结构字段则主要囊括数据、数据长度、发送时间、协议代码、命令编号、优先级、源站号、目的站号等，其最大的作用就是进行实时数据的传送，及时了解设备状态，从而使优先级达到最低。第三，应答命令，其主要是对于需应答命令执行的一种反馈，协议结构字段主要包括数据、数据长度、发送时间、协议代码、命令编号、优先级、源站号、目的站号等。[4]
2.3 系统冗余的实现与运用
依据发电厂升压站自动化系统的重要程度和关键程度，能实现两方面的冗余：通信控制站冗余和数据通信冗余。数据通信网应用的就是通过TCP/IP协议和以太网，每台机器都配置有2块网卡，并且网络的地址也是不一样的。在软件的实现及应用方面，其能通过数据发送进程能发送数据包至网络中，而此时数据接收进程则能够对两个数据包进行接收，并且在经过科学的校验之后将比较与分析数据包。笔者下面将对通信控制站双击冗余的实现进行分析与研究。
通信控制站双机冗余是建立在单机系统之上的，其实现的方式主要是通过管理软件和增加通信接口，该系统的通信控制站的软件模块结构见图2所示。
图2 系统通信控制站软件模块结构示意图
状态切换模块是系统冗余实现的关键因素，该系统的状态包括三种：第一，热备用状态，虽然本机运行无异常状态，但I/O模块无法进行输入和输出的操作；第二，运行状态，每个模块都能运行正常；[5]第三，故障状态，通信模块、I/O模块以及硬件设备无法保持正常运行。
2.4 设备驱动程序的开发
设备驱动程序是整个自动化系统中的一项核心组成部分，其对于外部设备和用户程序间的数据传输开展管理工作，从而为系统提供一致的接口。不仅如此，其还能够使系统内的外部设备以文件的形式存在。[6]
要想对设备驱动程序进行开发与控制，应当按照如下的步骤进行：第一，对程序进行编写，在系统要求的范围之内对需要的用户具体过程进行编写；第二，进行前缀选择，一般前缀的字符有3～4个，都具有特定的含义；第三，生成设备文件，并且使设备驱动程序和文件之间通过设备号相互关联；第四，第源程序进行编译，从而进一步生成目标文件；第五，系统配置，采用程序在系统中进行设备配置；第六，进行核心连接，将驱动程度系统和目标文件重新连接成为新的核心。在将上述各级步骤完成之后就对系统进行重启，从而就能够通过新加入的驱动程序接口对有关硬件设备进行访问。
结语：
本次设计的发电厂升压站自动化系统能保证完成对各种开关量及模拟量的数据采集以、分析及处理，并且还能将事件量、一般开关量的跳变信息以及模拟量超越报警等信息显示出来。与此同时，该系统还能够进行对历史数据进行计算与存储，还能将值班记录、控制系统配置、装置工况状态、趋势记录、事故记录、提示信息、报警画面以及连接图状态等显示出来。该系统在实际运用过程中，能够定时生成月报、日报及班报等各类报表，为其他的系统运行提供与数据库相关的访问接口。该系统在发电厂中的应用有着极为重要的意义，对于提升发电厂的经济效益和社会效益都有很重要的作用。
参考文献：
[1]侯炜,严伟,石铁洪.基于数字化技术的火电厂电气监控管理系统方案[J].电力系统自动化,2013,03:93-97.
[2]白永祥,房大中,朱长胜.内蒙古电网风电场调度管理技术支持系统设计与应用[J].电力系统自动化,2011,07:86-90.
[3]王华强,朱成群,杨滁光.104规约在升压站监控系统中的分析与应用[J].合肥工业大学学报(自然科学版),2011,12:1806-1810.
[4]胡宏彬,段洪涛,接建鹏,李明,张德强.电气监控系统在电厂升压站控制改造中应用与分析[J].电子设计工程,2013,23:154-156.
[5]沈永根.厂用电系统改造思路与方案实例——机组关停后电厂升压站转型为变电所后厂用电改造解决方案[J].湖州师范学院学报,2013,S1:12-16.
[6]黄燕娜,孙文龙,张先提,张志群.海上风电升压站高温盐雾环境下降温系统节能设计研究[J].制冷,2015,02:12-17.
论文作者:罗吕文
论文发表刊物:《电力设备》2015年第12期供稿
论文发表时间:2016/4/27
标签：发电厂论文; 系统论文; 自动化系统论文; 通信论文; 冗余论文; 设备论文; 命令论文; 《电力设备》2015年第12期供稿论文;