時的。
b.間隔層主要由2大類裝置組成,一類是數量眾多的廠用電保護裝置,380VMCC電動機控制裝置和PC配電控制裝置,這些裝置上所采集的部分開關量、模擬量是耍上送到DCS去參與順序控制的,而DCS所發送的控制命令也是通過這些裝置作用于開關柜或電動機的。這部分裝置需要能和DCS迸行高速通信。另一類是數量有限的發變組保護裝置、廠用電快切裝置、直流系統、UPS、勵磁系統控制裝置等,這些裝置獨立完成某種預定功能,和DCS的順序掛制過程無關,DCS只是要定期了解其狀態,這部分裝置和DCS之間其實并不需要高速通信。目前,各廠家ECS系統間隔層的組網方式存在著很大的差異,差異主要體現在間隔層的通信介質和通信協議上。因為間隔層裝置的數量最多,直接反映每個電氣間隔的實時運行狀況,所以間隔層通信的速度快慢和可靠與否在很大程度上決定了整套ECS系統的通信速度和可靠性。目前,ECS系統間隔層的組網方式主要有快速RS-485網、各種現場總線網和工業以太網3種。
3.1 快速RS-485網
快速RS-485網就是在普通RS-485串口的基礎上采取一些特殊的控制技術提升RS-485口的通信速率和帶負載能力,然后將多臺間隔層裝置和1臺通信管理機組成主從式的簡易通信網絡,通信管理機是主節點,通信速度最高可達到115.2Kbit/S,負載能力能達到32臺裝置/口,5OOm距離。這種方案的最大問題在于RS-485通信速率低。RS-485網只能有1個主節點,其他都只能是從節點,只有主節點能主動啟動通信過程,從接點只能被動應答,主節點只能采取輪詢的方式依次對各從節點進行訪問獲取數據,無法做到并發式處理同時由于站控層一般都是以太網通信,主節點通信管理機還要向站控層以太網轉發數據。在這種RS-485網中為了提高通信速率,常用的方法是:加快主節點的查詢速度和頻度,減少一個RS-485網中的從節點數量,簡化通信規約。加快主節點的查詢速度和頻度將加重主節點的任務負擔,況且查詢速度和頻度的提升也有其上限,畢竟作為主節點的通信管理機除了與間隔層裝置通信外,還有數據入庫處理和向站控制層轉發數據等任務,過度地加快和間隔層裝置的通信任務勢必影響其他任務的正常運行,使其成為網絡中最脆弱的瓶頸-減少單個RS-485網中的從節點數量的實質就是化整為零,這將增加通信電纜的鋪設工作量,增加通信管理機的數量,使整個ECS系統的性能價格比下降。簡化通信規約可以提高通信速度,但簡化的通信規約中通信信息語義的不完整,即間隔層裝置中很多有用的數據信息無法上送到ECS站控層主機,ECS站控層主機獲取不到電氣監控所需要的全面信息,把間隔層裝置中的有效信息給浪費了。顯然,RS-485網不太合適作間隔層的組網。
3.2 現場總線網
現場總線是以單個分散的數字化、智能化的測量和控制設備作為網絡節點,用總線連接實現相互交換信息共同完成自動控制功能的網絡系統與控制系統,其主要特征是采用數字式通信方式取代設備級的4-2OmA模擬量或24V直流開關量信號,使用一根電纜連接所有現場設備。現場總線種類較多,主要有Profibus、CAN、LonworkS和WorldFip等,各種總線的主流應用領域也各有側重,發電廠中Profibus總線應用較多。Profibus以國際標準化組織(ISO)開放式系統互聯網絡的7層模型為參考,定義了物理層、鏈路層、應用層和用戶接口。應用層又包括現場總線信息規范(FMS)和低層接口(LLI),FMS包括了應用協議并向用戶提供了可廣泛選用的強有力的通信服務,LLI協調不同的通信關系并提供不依賴設備的第2層訪問接口。Profibus的用戶接口規定了用戶及系統和不同設備可調用的應用功能。在發電廠中使用Profibus總線主要優勢有2點。
a.大幅度地提高了通信速度,增強了現場級信息集成能力。Profibus,協議棧的鏈路層規定了通信過程中沖撞沖突檢測的仲裁原理和重發手段,使得使用Profibus總線的間隔層各裝置和通信層的管理機在通信時能最大限度的避免沖撞沖突,實現并發式通信,提高通信速度,該功能直接由Profibus總線的協議棧提供,用戶的應用程序中無需考慮,若使用專用的連接插頭,Profibus總線的通信速度能達到lMbit/s。通信速度的提高使得大信息量的傳輸成為可能,采用Profibus總線后,可實現設備狀態、故障、參數信息向ECS站控層的傳送,使ECS站控層獲得更多更豐富的信息。
b.系統可靠性高、可維護性好、抗干擾性強。基于現場總線的自動化監控系統采用總線連接方式替代一對一的I/0連線,對于大規模I/0系統而言,減少了由接線點造成的不可靠因素。同時,系統具有現場級設備的在線故障診斷、報警、記錄功能,可完成現場設備的遠程參數設定、修改等工作,也增強了系統的可維護性,從而降低了系統及工程成本。Profibus總線的一大特點就是抗干擾性強,比較適合在電磁干擾很強的惡劣電氣環境中使用。當然,在間隔層使用Profibus總線也存在問題。目前,支持Profibus總線的產品相對較少,尤其是國內廠家的產品。
3.3 工業以太網
以太網是使用最為廣泛的局域網技術,在當今所有的網絡連接中有80%是基于以太網的。以太網具有諸多優點。
a.以太網的傳輸速度有10/100/10OOMbit/s,是現場總線網所無法比擬的,可充分滿足ECS間隔層與站控層進行高速通信的要求。
b.以太網本身是一種可靠的網絡系統,它使用簡單可靠的CSMA/CD(載波偵/沖撞檢測)協議確保可靠的數據傳輸。
c.以太網技術的廣泛應用使網絡設備價格大幅度下降,使其價格比現場總線部件低1~2個數量級,可大幅降低ECS間隔層組網費用。
d.以太網技術相對于現場總線網的另一個重要優勢是有大量的網管和故障排除工具,目前內嵌在交換機和計算機接口中的網絡管理功能提供了強有力的網絡監控和故障排除能力,使得以太網更有穩定性保證。現場總線網的網管相故障排除工具很少或幾乎沒有。
由于以太網采用星型連接,需要有集中式的交換機在各網絡節點之間進行數據交換,以往這個集中式的交換機被認為是以太網絡中的通信和故障瓶頸,從而限制了以太網在惡劣工業控制現場的使用,隨著工業以
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