DCAP-4000说明书V42.doc

DCAP-4000发电厂电气监控管理系统技术说明书第一章 DCAP-4000发电厂电气监控管理系统概述1.1 概述随着生产生活自动化程度的提高，对电力等能源供应的可靠性提出了越来越高的要求。而发电厂本身也向着电压等级提高、生产规模扩大、自动化水平提高的方向发展。因此，电厂的实时监视、控制、管理水平也必须不断提高。目前，以热工自动化为龙头的发电厂集散控制系统（DCS/FCS）已得到了广泛的应用，但大都侧重于汽机和锅炉，对电气系统考虑较少，机炉与电气之间的控制及自动化水平不协调。主要表现为：电气系统中，主要的保护、安全自动装置基本独立运行，与DCS系统间通过硬接点方式进行有限的控制和信号交换；电气系统的控制，基本上采用常规控制手段，电气系统的测量、保护动作、定值整定、事故追忆、电量和潮流报表等电气运行参数在DCS/FCS系统无法完整反应。因此，尽管电气系统个体装置的自动化程度已达到一定水平，但从电气系统的整体自动化水平来看，还有待进一步提高。近年来，各电厂及设计部门对提高电气系统的自动化水平表现出极大的兴趣，提出了各种电气系统联网及接入DCS的方案，并在许多电厂进行了相应试点。普遍的观点认为，电气系统接入DCS是一个趋势，而且，在接入方式上，越来越多的考虑用通信方式部分取代按“点”收费的“硬连接”方式。另一方面，电气系统联网及接入DCS也存在一些问题和困难。从DCS厂家看，厂家对接入如此多的通信数据存在疑问，一个原因是，DCS主要关心机炉系统的安全，侧重点不同，所以并不需要“无关”的数据。另一原因是，通信接口没有规范，需要具体工程具体实施，存在DCS厂家与电气系统厂家的配合问题，系统连接困难。因此造成目前电气系统的现状是：控制命令和位置信号仍由DCS通过硬接线方式传送，通过现场总线送至DCS的只有测量值、动作信号等很少的信息。从电厂角度看，电气系统联网后，如果只在DCS系统中有监视测量、动作情况等简单功能，不能在深层次的数据挖掘中提高电气系统的运行维护管理水平，也无法表现出电气系统联网的必要性。东大金智电气自动化有限公司多年来一直致力于发电厂电气自动化事业，对电厂的生产过程、电气系统的要求和特点都有比较深刻的理解，生产的WDZ-2，WDZ-3，WDZ-400 系列微机保护测控装置、MFC-2000系列快切装置等自动装置已在全国上百家电厂得到了的应用。早在2000年，就在国内率先提出了电气监控系统的概念，并提出将ECS接入DCS，成为DCS一部分的构想，并逐步得到了电力规划总院，全国各大设计院，以及广大电厂用户的认同。为此开发的DCAP-4000发电厂电气监控管理系统，是在总结工程经验，充分考虑用户需求及国内电厂现状的基础上，开发的新一代厂用电气综合自动化监控管理系统。该系统是应用计算机、测量保护与控制、现场总线技术及通信技术，实现发电厂电气系统的电气运行、保护、控制、故障信息管理及故障诊断、电气性能优化等功能的综合自动化在线监控管理系统。它通过现场总线技术的应用，将电气系统连接成电气监控网络，一方面接入DCS，完成必要的控制功能及与DCS进行相关数据的交换，另一方面，通过接入电气主站系统，充分利用电气系统联网后信息全面的优势，加强电气信息的应用，完成较为复杂的电气运行管理工作，实现电气的“综合自动化”，并实现与发电厂MIS和SIS的无缝连接，从而提高发电厂电气系统的自动化及运行管理水平，进而提高电厂在发电市场上的竞争能力。到今天，已有数十套DCAP-4000发电厂电气监控管理系统在全国各地电厂得到了应用，取得了良好的经济社会效益。1.2 DCAP-4000发电厂电气监控管理系统介绍1.2.1 系统简介发电厂电气监控管理系统，是为协调电厂热控与电气自动化水平的同步发展，提高发电厂电气系统的自动化及运行管理水平，满足电气接入DCS系统的需要，而开发的在线系统。其设计思想是：系统采用分散式就地安装的集保护、测量、控制、通信于一体的智能前端设备(如电动机测控及综合保护装置、变压器测控保护装置、微机厂用分支保护装置、微机同期合闸装置、微机备自投装置等)，用现场总线将这些前端设备的通信接口连接起来构成电气监控网络; 通过以太网连接设备将数据库服务器、电气运行工作站, 维护工程师站、远动工作站等组网构成电气监控管理上位机系统; 通过通信管理机连接DCS系统; 通过服务组件与电厂的MIS系统、SIS系统、INTERNET网等互联。采用该系统的优点是：设备就地安装，与DCS间通过通信线连接，可节省大量控制电缆；电气信息量的交换不受限制，与系统投资基本无关；省略电度表、变送器等。电气工作站除实现画面显示、报表生成、打印、人机接口、事件记录、报警、事故追忆、分析、系统维护等功能外，还可以充分利用电气系统联网后信息全面的优势，加强电气信息的应用，完成较为复杂的电气运行管理工作，如实现自动抄表、小电流接地选线、故障信息管理、设备管理等高级应用功能。1.2.2 系统特点1. 开放式系统： 开放的网络结构：采用高速交换式以太网网络结构，提高网络通讯的带宽，保证数据的高速交换；具有标准的网络接驳设备和协议，保证网络的开放性 软件的开放：支持第三方软件的嵌入，提供二次开发接口 数据的开放：通过开放客户/服务的中间层开放对数据库的存取，实现数据的开放；通过XML、COM/DCOM技术实现Internet/Intranet上数据的访问 通信的开放：使用标准、通用的通讯部件和协议，保证系统内部、系统与外界互联的开放性，支持各种基于不同协议的设备与系统的互联。2. 遵循国际标准： 通用的Windows操作系统：Windows NT 4.0、Windows 2K Server/Adv Server，支持双机系统 标准的通用数据库系统：Microsoft SQL Server 2000 企业版，支持三层客户/服务器模式 标准网络协议：TCP/IP协议，X.25， 标准SQL数据库语言：支持多种数据库系统的互联 微软标准ActiveX，ADO等：支持第三方软件的嵌入 通用开发软件：VB，VC，Delphi3. 系统功能的模块化设计 系统功能的模块化、层次化、分布化 系统通用模块的组件化(COM/DCOM) 用户接口的组件化、模块化 功能的任意组合 提供数据库应用的API开发接口4. 与相关系统的无缝连接 与DCS的连接 支持多种方案的DCS接入方式 参见第二章 与SIS的连接 与MIS的连接5. 系统采用了以下多项新技术 COM/DCOM组件技术基于组件的软件设计方法可以较好地满足应用系统高性能、易维护、可重用、跨平台的需要。组件是用于构造应用系统的可复用的软件模块，它们具有特定的功能和自主能力，按一定的接口规范可以实现互操作。组件技术解决了两个重要问题：一是可复用性；二是互操作性。通过运用目前比较成熟的COM/DCOM(组件对象模型/分布式组件对象模型)技术，可以进一部提高发电厂电气监控管理系统的开放性和可扩展性，为以后的进一步的发展创造了条件。 XML技术在发电厂电气监控管理系统这样一个信息化实时系统中，信息需要高度共享和实时获取，自动化和实时信息系统互联与集成成为迫切的要求。然而，不同公司生产的应用软件之间进行互操作还存在一定困难，在大多数的情况下，一个程序员还是需要很费力地将数据从一个应用程序映射到另一个应用程序中。而XML（Extensible Markup Language，可扩展标记语言）技术的应用正好解决了系统互联与信息交换的问题。通过XML的应用，可以实现电气监控管理系统与SIS、MIS等系统的无缝连接，并且也可以方便地扩展到其他应用。 RTOS技术通讯主控单元采用了嵌入式实时多任务操作系统（Real Time Operating System，RTOS），具有极高的实时性和可靠性。 工业以太网WDZ-400系列保护测控装置可配置10M工业以太网，大大提高了系统的实时性。1.2.3 系统结构DCAP-4000发电厂电气监控管理系统采用了先进的分层分布式系统结构。一般分上位机系统监控层、通讯管理层、现场保护测控单元层三层。1. 现场保护测控层由众多的保护和自动装置构成，这些装置具有测量、控制、保护、信号、通信等基本功能，并完成各自的特殊功能。该级装置数量众多且分散，利用现场总线技术予以连接。主要有： 发电机保护 主变保护 自动准同期装置 微机励磁调节装置 微机厂用电综合保护测控装置（含电动机、变压器、馈线等） 微机厂用电快速切换装置 微机备用电源自投装置 微机厂用分支保护装置 微机同期合闸装置 400V智能脱扣器 400V微机备自投 直流系统等2. 通讯管理层通讯管理层由DCAP-4000M系列通信处理机组成：它以工业级嵌入式控制器PC104为内核，多CPU协同工作，运行在实时多任务操作系统（RTOS）环境下。硬件上，采用了通信模块化设计，可以同时支持多种类型的通信口，包括以太网、串行通信口、可扩充的其他现场总线接口等，软件上，采用规约库，支持MODBUS、标准网络协议（TCP/IP）等。3. 系统监控层两台运行服务器（主备关系）、一台数据库服务器(可选)、一台Web服务器（可选）、多台运行工作站和监视工作站、 电量抄表系统工作站（可选）、 其他高级应用工作站（可选）、以及卫星时钟接收和同步系统。1.2.4 系统的设计原则 DCS在发电厂的运行管理中发挥重要作用，ECS是电厂运行不可或缺的一部分。对于发电机组和厂用电部分的操作，运行人员可以在ECS系统的运行工作站上实现，也可以在DCS的监控CRT上实现。ECS系统与DCS系统的接口，从DCS的角度看相当于扩展了DCS的控制范围，同时为厂用电系统提供了继电保护功能和保护信息管理功能。电厂生产是由众多的动态控制环节构成，其中一个环节的故障都会影响全局。因此，DCAP-4000系统遵循了以下设计原则： 系统的可靠性设计原则 保护测控装置的高可靠性满足IEC61000-4 的四级标准，重要设备和关键环节考虑冗余设计；通讯网络采用双网，网络具有自诊断和纠错功能。 系统的大容量设计原则 系统采用大容量实时数据库，满足大容量数据采集的要求。 系统的实时性设计原则保护测控装置采高性能32位处理器，通信网络选用高速工业以太网/高速现场总线，通讯主控单元选用PC104嵌入式工业计算机和实时多任务操作系统，确保了系统的实时性。 系统的灵活性设计原则配置的灵活性，组态的灵活性，扩充的灵活性使系统的实施和维护简单、灵活。第二章 系统组网方案如前所述，电厂电气监控管理系统可以理解为DCS系统的一个独立子系统，因此ECS一般是独立组网，然后与DCS联网实现信息共享。本章总结了我公司已实施的系统经验，提出几个常用ECS组网方案及DCS接入方案供用户选择。2.1 ECS组网方案DCAP-4000发电厂ECS系统采用了先进的分层分布式系统结构。一般分上位机系统监控层、通讯管理层、现场保护测控单元层三层。鉴于现场保护测控单元层的装置数量众多，为了保证系统的实时性和可靠性，一般需将这些装置分为若干组，再通过现场总线分别组网至对应的通讯主控单元，通讯主控单元通过100M以太网和上位机系统监控层进行通讯。常用的分组原则有以下两种：2.1.1 方案一：根据厂用电气主接线组网本方案根据电厂厂用电系统主接线分段对各种测控设备和保护设备进行分组，通过现场总线分别组网至对应的通讯主控单元。各通讯主控单元再联网至ECS后台系统。图2.1、图2.2分别为一台单元机组和两台机组带公用段时ECS组网方案示意图。图2.1 一台单元机组ECS组网方案示意图图2.2 两台机组带公用段时ECS组网方案示意图对于无公用段的单元机组，有两段6kV厂用母线，ECS可采用图2.1所示的组网方案。也可以把6kV A、B段分别接入两台通讯主控单元，即1#主控下带6kV A段及其对应的400V厂用保护测控装置，2#主控下带6kV B段及其对应的400V厂用保护测控装置. 发变组、高备变的保护测控设备、快切屏、同期屏、励磁调节控制屏等智能设备分别接入这两台主控单元中。对于两台机组带公用段的情况，每台机组和公用部分均有两段6kV厂用母线ECS可采用图2.2所示的组网方案。与图2.1相同，也可以把每台机组和公用段的6kV A、B段分别接入两台通讯主控单元，发变组、高备变的保护测控设备、快切屏、同期屏、励磁调节控制屏等智能设备分别接入这两台主控单元中。根据电厂厂用电系统主接线分段对各种测控设备和保护设备进行分组的ECS组网方案特点是：方案简单实用，现场总线布线容易，间隔分明，便于维护，应用业绩较多，且成本相对较低，缺点是与DCS工艺流程控制关联不大，无法与DCS的DPU一对一通讯，与DCS交换数据的速度受到制约，因此DCS对电气设备的控制一般仍需通过硬接线实现。2.1.2 方案二：根据DCS系统的模式组网本方案根据DCS系统DPU的配置配备ECS的通讯主控单元，即把与热工生产流程密切相关的6kV和400V电动机等负载的保护、测控设备分在同一组接入通讯主控单元，通讯主控单元与DPU一一对应；进线、低压变压器等与生产流程关联不大的保护测控设备单独联网。发变组、高备变的保护测控设备、快切屏、同期屏、励磁调节控制屏等也接入这些通讯主控单元。参见图2.3。根据DCS系统DPU的配置配备ECS组网方案特点是：与DCS工艺流程控制密切关联，通讯主控单元可以与DCS的DPU一对一通讯，实时性和可靠性得到了提高，DCS对电气设备的控制可以通过通讯实现，从而可以取消所用硬接线。缺点是系统相对复杂，通讯主控单元数量较多，因而成本较高；另外现场总线布线在电气间隔有交叉。 2.2 ECS接入DCS方案以前，电气量是通过硬接线接入DCS的。电气模拟量如电压、电流、功率是通过变送器送至DCS模拟量采集板，开关、保护状态等开关量通过硬接线接入DCS的开入板，对电气的控制则由DCS的开出板接至电气系统的开关控制回路。这种方法的缺点是DCS成本特别是模拟量采集部分很高，变送器及信号电缆费用也很高，设计、施工复杂，且很多与ECS重复，浪费严重，而且扩展性很差。现在，上述电气量在ECS系统中均已采集，可以通过网络通信送至DCS，从而克服上述缺陷。因此，实现ECS联网以及和DCS实现数据通信，已成为发展趋势。ECS接入DCS方案也有多种方式，可总结为以下三种：2.2.1 方案一：ECS通讯主控单元直接接入DCS的DPU或通讯工作站本方案中每个通讯主控单元均提供与DCS的通讯接口。该通讯接口可以是串行接口（RS232/422/485），也可以是以太网。建议ECS直接接入DCS的一台或数台DPU（参见图2.4），这样通讯效率较高，实时性较好，但要求DPU具有较多的通讯接口。DCS也可以设一图2.3 ECS组网方案二：根据DCS系统的模式组网通讯工作站来处理所有来自ECS的通讯（参见图2.5）,但该方案的实时性比前者稍差。 本方案的特点是ECS和DCS相对独立，简单易行，与DCS协调容易，因此目前采用该方案的电厂较多。但对采用于通讯工作站方式的方案，实时性可能不满足工艺联锁的需要。图2.4 ECS直接接入DCS的一台或数台DPU图2.5 ECS直接接入DCS的通讯工作站 2.2.2 方案二：ECS通过以太网桥（Getway）接入DCS以太网本方案通过一台以太网网桥把ECS以太网和DCS以太网连成一体，实现ECS与DCS所有的数据交换和命令传递。参见图2.6。图2.6 ECS通过以太网桥（Getway）接入DCS以太网本方案的特点是ECS和DCS相对独立，简单易行，与DCS协调容易。但目前并非所有的DCS系统都支持本方案的接入方式，主要原因是DCS与ECS的以太网应用层协议不同，有些DCS厂家无法提供其以太网驱动软件或公开以太网应用层协议。对于取消所有硬接线，需要通过通讯实现DCS对电气设备进行遥控时，由于分层较多，传输实时性可能不满足工艺连锁的需要。此时应选择下面介绍的方案三。2.2.3 方案三：方案一二混合组网方案本方案中是方案一和方案二的混合方案。该方案中ECS须根据DCS系统DPU的配置配备ECS的通讯主控单元，即把与热工生产流程密切相关的6kV和400V电动机等负载的保护、测控设备分在同一组接入通讯主控单元，通讯主控单元与DPU一一对应，实现通讯主控单元与DPU进行一对一通讯。通讯接口可以是串行接口（RS232/422/485），也可以是以太网。由于每个通道的数据较少，与其他与热工生产流程密切相关的数据和控制命令由这些通讯完成，没有中间间隔，因此实时性、可靠性很高，可以取消全部硬接线。对于进线、低压变压器等与生产流程关联不大的保护测控设备以及发变组、高备变的保护测控设备、快切屏、同期屏、励磁调节控制屏等设备的数据和命令，由于对实时性要求不高，为成本计，则可通过以太网桥进行数据交换。参见图2.7。图2.7 ECS接入DCS方案三本方案具有实时性好，自动化程度高等优点，是较为理想的ECS接入DCS方案。但该方案相对复杂，成本较高，实现相对困难些，适合于对预算较宽裕，对自动化程度要求较高的应用。2.3 关于系统冗余冗余配置是提高系统可靠性的有效方法。因此一个好的系统应支持冗余设计。DCAP-4000发电厂电气监控管理系统，在以下几个方面考虑了系统冗余： 现场总线的冗余：通讯主控单元和现场保护测控装置均支持双网结构，双网无缝切换，并具有故障报警功能 主网络的冗余：通讯主控单元和ECS上位机的100M以太网支持双网冗余，双网无缝切换，并具有故障报警功能 服务器的冗余：上位机系统支持主从双服务器的冷热备用 通讯主控单元的冗余：即同一现场总线上配置两台通讯主控单元，主从备用，自动切换。但由于成本原因，较少采用。 与DCS通讯通道的冗余：支持双通道串行通讯或双以太网。2.4 ECS的时钟同步为保证ECS系统的时间与其他系统的时间一致，需要时钟同步。DCAP-4000系统采用GPS通讯对时命令及同步脉冲信号（分同步或秒同步）相结合的方式实现系统的时钟同步。GPS发出的对时命令及同步脉冲信号接入DCAP-4000M主控单元的时钟管理模块，再由主控单元通过以太网同步ECS上位机时钟，以及通过现场总线向保护测控层广播时间，并同时向各保护测控装置驱动转发同步脉冲信号，保证整个系统时钟准确、一致。一般网络广播时钟使各单元同步到秒，秒同步脉冲信号使各单元同步到毫秒。如图2.8所示。图2.8 DCAP-4000系统与GPS时钟同步联接原理图图2.8 示意了DCAP-4000M与GPS以及保护测控装置之间时钟同步联接原理。GPS通过RS485接口定时向各主控单元广播时间，并发出同步脉冲信号。同步脉冲信号连接线无特别要求，可选用一般的控制电缆或信号电缆。DCAP-4000M接受的同步脉冲信号可以是有源脉冲，也可以是空接点或三极管OC输出。内部跳线选择。DCAP-4000M输出的同步脉冲信号为两路+24V有源脉冲，每路可以驱动多达64个保护测控装置的时钟同步输入。DCAP-4000M内部自带时钟管理模块，因此，即使不配置GPS时钟，DCAP-4000M也能输出同步脉冲信号，以保证整个ECS系统时间的一致性。同步信号是接受GPS还是内部产生，由跳线选择。2.5 现场安装2.5.1 ECS系统各部分安装位置l 现场保护测控层6kV和400V综合保护测控保护装置当然直接安装在开关柜上，通过现场总线与通讯主控单元相连。如两者距离 = = ”，分别代表“大于”、“小于”、“等于”、“大于等于”、“小于等于”、“不等于”。3. 加 减 乘 除 运算符，“+ - * / ” 分别表示加、减、乘、除的操作。3.5.2 系统维护提供专门的系统安装及数据库备份工具， 通过组态工具对数据库的各种数据项进行修改，对图形画面进行修改，提供DCAP4000系统的运行日志。系统设置系统设置用于设置DCAP-4000系统运行环境的相关参数。超级用户口令由系统设定，用户不可更改。在输入超级用户口令后，可进行参数的设置：系统设置窗口1. 双服务器：选中表示系统使用了主从服务器2. 语音告警：选中表示系统包含语音告警3. 告警打印：选中表示系统包含告警打印4. 从前置机对时：选中表示后台从前置机进行对时5. 监护设置表示哪些操作需要监护员进行监护。6. 主服务器、从服务器：对于一个子系统而言，目前允许有2台数据服务器分别作为主从服务器，主服务器名必须正确填写，如果在双服务器复选框中选中，则必须正确填写从服务器名。7. 画面文件远方目录：在图形组态时，为保证系统画面文件的一致性，允许用户将画面文件在保存的同时通过ftp上载到数据服务器。远方目录的建立允许用户将文件上载到服务器上用户自己建立的目录，避免与其它画面文件发生冲突。8. 画面文件本地目录：画面文件本地目录指定了图形组态保存画面和HMI运行调用画面的目录。9. 报表文件本地目录：报表文件在本地的保存目录。10. 语音文件本地目录：语音文件在本地的保存目录。11. 模入容量：数据库中遥测的容量12. 开入容量：数据库中遥信的容量13. 电度容量：数据库中电度量的容量14. 开出容量：数据库中遥控的容量15. 装置容量：数据库中装置的容量 数据库工具数据库备份恢复工具主要用于数据库的备份恢复。可运行于服务器端或客户端。数据库工具n 安装原始数据库第一次安装数据库时，请选择原始安装，生成数据库结构。注意：1. 安装原始数据库的目标机器需安装SQL Server 2000并且数据库用户sa的密码为空。2. 数据库原始安装完成后，数据库用户sa密码会更改。n 用户登录软件启动后出现用户登录对话框，只有维护员权限的用户才可使用。n 一般性备份和恢复在用户登录对话框中输入密码后，点击确定，即可进入。1. 备份数据库。在菜单中选择备份备份数据库，即可备份数据库2. 恢复数据库。在日志查看中选择备份日志，列表框中列出已经备份的纪录，选择备份，在菜单中选择恢复恢复数据库，即可恢复数据库。3. 更改备份目录。若备份文件已经手工移动，需更改备份目录时，可选择备份日志，点击更改的备份纪录，在菜单中选择备份修改备份目录n 紧急恢复采用紧急恢复时，用户不需在用户登录对话框中输入密码，但会提示输入备份文件中具有维护员权限的用户及密码（图.2），否则不予恢复。n 查看日志在登录完成后，可以查看日志，有以下三种日志:1. 安装日志；纪录每次原始安装纪录。2. 备份日志；纪录每次备份纪录。3. 恢复日志；纪录每次恢复纪录。3.6系统安