水电站自动化系统机组LCU双网/单网控制方案

摘要 我国电站自动化从上世纪 80 年代末开始。目前随着自动化技术、计算机技术的逐渐成熟，各大系统集成商面对业主需求和市场竞争，紧跟系统技术发展潮流，开发新的系统，应对客户在自动化程度、功能、可靠性以及开放程度上的更高要求。

关键词 嵌入式 双以太网 PLC TPC MCGS 组态软件

一、系统概述：
1、 水电站自动化系统概括说明：

水电站自动化系统是电站安全、优质、高效运行的重要保证。

目前我国绝大多数大中型电厂以及新建电厂均投入计算机自动化系统设备，国内自动化系统的市场已步入成熟发展的阶段。










水电站自动化系统采用全开放、分层分布式结构，系统由站控层、网络层和现地层设备构成。 站控层各站点功能相对独立，互不影响；现地层以间隔为单元，各个 LCU （现地控制单元Local Control Unit）功能也相对独立，在站控层故障的情况下，LCU 仍能独立完成其监测和控制功能。

站控层是水电厂/站设备监视、测量、控制、管理的中心。站控层包括：操作员站、工程师站、通信服务器。另外根据水电厂/站的需要可以配置模拟屏、背投系统。

现地层一般以间隔为单元，配有机组LCU、公用设备及升压站LCU、坝区LCU以及辅机控制单元等，不同的控制对象分散在各个机旁，或是中控室。在站控层及网络层故障的情况下，现地层仍能独立完成各间隔的监测和控制功能。现地层各LCU完成各单元的任务，相互独立，一个LCU故障不会影响其他LCU的运行。

网络层是站控层与现地层数据传输通道通。网络层可以按不同的容量的水电厂/站和不同的客户需求，配置成单以太网、双以太网和光纤自愈环网。网络通讯介质可采用光纤、同轴电缆或屏蔽双绞线。

系统网络结构有：单以太网、双以太网模式等。

单以太网系统特点是：在保证系统数据通道带宽的同时，做到系统扩展能力强，形式简洁，接口简单，方便安装调试。在实现系统性能的同时，可以有效地降低系统的成本。系统适合与中小型水电站，以及对系统成本控制有较高要求的水电站。



选用双以太网模式，相比单以太网而言，有效地提高系统的可靠性以及分担数据流量、减轻网络负荷，相应得网络投资加大。正常时，设备的数据交换分配在两个网络上，当某个网络发生故障的时候，立即自动切换到非故障的网络上，保证系统得正常通讯。该网络模式适用于各类大中型水电站，以及对系统可靠性要求相对较高的用户。



现地层可以根据电厂的情况配备各种功能的LCU（现地控制单元），按对象分散，可设机组LCU，公用设备及开关站LCU，坝区LCU等。



现地控制单元LCU主要有以下设备构成：

Ø 现地I/O控制单元：PLC+现地工作站

Ø 同期装置

Ø 温度巡检、转速信号装置

Ø 接收232/485设备的参数，并通过工业以太网总线，使用modbus TCP协议，协调232/485设备和P微机保护装置

Ø 微机测控装置

LCU现场模式，图示如下：

LCU的设备包括PLC，保护、测控装置，温度巡检、转速信号以及调速和励磁等智能设备，以及以串口RS485/RS232方式接入并转换为以太网接入的嵌入式服务器

2、 机组LCU双网控制方案



Ø 系统架构

嵌入式服务器HMI60-20TU可作为主站从电量采集装置读取有用数据；也可以串连接其他厂家智能装置（励磁、调速器、温度巡检等）；同时，嵌入式通讯服务器具有双网卡，支持双网冗余，而且，通过ModbusTCP可以与PLC的网络口建立连接，监视当前机组单元的所有信息，并能下发各种控制以及调节命令。


Ø 系统分系:

1）、双网冗余的实现方法：我们使用Modicon Quantum Unity 热备系统实现双PLC热备控制，同时每个plc配备两个NOE以太网模块，每个plc的以太网模块和一个交换机形成一个网络，这样，我们从系统图中可以看到，已经形成了两个相互独立的网络。通过嵌入式服务器HMI60-20TU的双网卡，我们可以达到双网冗余：MODICON QUANTUM Unity 热备系统可以实现网址的自动转换，我们只要判断两个网络是否正常，如果正常，选择主网进行PLC进行监控，否则，副网监控。如果双网有问题，报警。


2）、嵌入式服务器HMI60-20TU具有四个串口，可以LC整体运行。










3、 机组LCU单网控制方案


Ø 系统架构

一体化工控机TPC-TC33可作为主站从232/485设备读取有用数据，比如励磁、调速器、温度巡检等。同时，一体化工控机TPC-TC33具一个以太网通讯口，而且，通过ModbusTCP可以与PLC的网络口建立连接，监视当前冗余控制机组单元的所有信息，并能下发各种控制以及调节命令；当然，也可以和嵌入式通讯服务器连接，和第三方的设备进行数据交换。


Ø 系统分系:

1）、Modicon Quantum Unity 热备系统实现双PLC热备控制可以实现网址的自动转换，一体化工控机TPC-TC33有一个以太网口，通过modbus TCP协议，监控PLC。同时，一体化工控机TPC-TC33有两个串口，可以接收232/485设备的参数。所以，一体化工控机TPC-TC33可以做master主站，控制和协调 232/485设备与PLC工作。
2）、一体化工控机TPC-TC33的以太网口，可以做slave分站modbus TCP通讯，也就是我们可以将一体化工控机TPC-TC33看作一个带modbus TCP通讯的子设备，并通过工业以太网总线，使用modbus TCP协议，接受嵌入式通讯服务器的监控。

4、 　设备分析:

1）、嵌入式服务器HMI60-20TU特点：

Ø 12.1" SVGA TFT LCD，分辨率可达800 X 600

Ø 双10/100 Base-T RJ-45 端口

Ø 板载VIA C3-400 MHz (Intel Celeron-400), 128 MB/256 MB RAM

Ø 2个 RS-232,2个 RS-232/422/485端口

Ø 2个 USB端口 和一个 Type I/II PC

Ø 卡符合NEMA4/IP65标准的铝镁前面板

Ø 面板和壁挂式安装

Ø 支持微软嵌入式实时多任务操作系统WinCE.net（中文版）和嵌入版组态软件工程。


2）、一体化工控机TPC-TC33是一套以嵌入式低功耗CPU为核心（主频200 MHz）的高性能嵌入式一体化工控机。特点：

Ø 10.4英寸高亮度TFT液晶显示屏（分辨率640× 480）

Ø 四线电阻式触摸屏（分辨率1024×1024）

Ø 支持微软嵌入式实时多任务操作系统WinCE.net（中文版）和MCGS嵌入版组态软件（运行版）

Ø 支持usb窗口打印和串口微型打印机行打印

Ø 通讯端口丰富：1个232串口、1个232/485串口和一个以太网口

Ø 24伏直流供电，不锈钢外壳，抗干扰能力强；





二、I/O分析：
1、 基本I/O分析：
DI/O：300~400；
AD/DA：几十个。

三、软件说明：
1、 嵌入式服务器HMI60-20TU软件工程。

2、 一体化工控机TPC-TC33嵌入式组态。

四、产品明细：
Ø LCU单网控制系统方案：