CN103034220A - 一种发电厂一体化控制器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种发电厂一体化控制器。该控制器集通信管理和可编程逻辑控制于一体，是实现发电厂DCS系统，NCS系统和辅机系统一体化设计的基础控制平台。其功能主要包括：一体化控制器具备发电厂传统DCS控制器的所有功能。通过可编程逻辑控制技术，根据主机、辅机和电气设备的工艺要求和控制方式制定控制策略，完成过程控制任务，确保发电厂中的控制设备能够协调有序的工作；一体化控制器具有专业IED设备管理模块,能够完成发电厂中智能设备和电气设备等IED设备的通信接入、控制管理和系统诊断等。一体化控制器采用现场总线技术完成现场过程信号的采集和智能设备的通信接入。通过PDD特有方式进行网络变量的管理，完成控制器间数据信息的共享。同时，控制器通过硬件和网络冗余等多种可靠性设计手段，提高系统一体化设计的可靠性。

Description

一种发电厂一体化控制器

技术领域

本发明属于发电厂控制技术领域，具体涉及为发电厂一体化控制器，能够完成发电厂主控系统、辅控系统和电气系统一体化设计。在完成系统控制任务的同时，又能进行安全的信息共享。

背景技术

发电厂按控制工艺过程一般分为三个主要控制系统：电气系统、主控系统、辅控系统。目前主控系统都采用DCS系统平台完成控制任务，辅助系统多采用PLC控制，电气设备无论从设备特性、控制任务，还是系统结构都与热力设备有着本质区别，在发电厂中一般配有专用电气系统（NCS系统）完成电气设备控制任务。DCS和PLC系统实现的是过程控制任务，系统开放性好。用户根据控制设备要求制定控制策略，而NCS系统由于其电气控制的特殊性，多为专用系统，系统集成度高，独立性强，对控制安全的要求更高。发电厂各个控制系统的特点为发电厂实现全厂数据信息共享带来了一定的困难。随之计算机技术的不断发展，发电集团正在逐步完善分层管理模式，发电厂作为一个生产车间，

管理功能需要实现智能化、数字化、远程化。为实现上述目标，发电厂必须依赖一个全厂一体化控制平台，在系统结构和功能上给予强有力的支持。

综合上述内容，本发明提出一种发电厂一体化控制器。该一体化控制器充分考虑发电厂各个控制系统的特点，集可编程控制技术和智能通信管理于一体。在完成系统控制任务的同时，又能进行安全的信息共享，是实现发电厂一体化的基础控制平台；

发明内容

为解决现有技术中存在的以上问题，本发明公开了一种发电厂一体化控制器。为发电厂实现主控系统、辅控系统和电气系统一体化设计提供基础控制平台。

本发明具体采用以下技术方案：

一种发电厂一体化控制器，所述一体化控制器为可实现发电厂主控系统、辅控系统和电气系统一体化设计的基础控制平台；其特征在于：

所述一体化控制器包括主控芯片CPU、第一至第三以太网口（LAN1、LAN2、LAN3）、两路互为冗余的第一DP总线（DP1）和第二DP总线（DP2）、一路高速PCIE总线，其中主控芯片CPU包括上下网点管理模块、控制逻辑管理模块；

第一以太网口LAN1和第二以太网口LAN2作为系统监控网络（ONET）和系统控制网络（CNET）共用的通信网络的接口，完成一体化控制器和发电厂主站间的数据通信，以及该一体化控制器和其它一体化控制器间的通信，第三以太网口LAN3作为连接该一体化控制和另外一个一体化控制器分别作为主用一体化控制器和备用一体化控制器时的同步网络接口，完成在主用一体化控制器和备用一体化控制器中的冗余数据同步；

所述一体化控制器CPU通过两路互为冗余的第一DP总线（DP1）和第二DP总线（DP2）连接标准IO板卡，发电厂主控系统和辅控系统热工设备的需要采集的模拟量信号和开关量信号通过硬接线的方式直接连接到一体化控制器标准IO板卡的输入端，一体化控制器通过两路互为冗余的DP总线完成发电厂主控系统和辅控系统热工设备现场数据采集；

所述一体化控制器CPU通过一路高速PCIE总线与外设的现场总线接口卡相连，所述现场总线接口卡的输入端和电厂智能执行机构、仪表和电气系统的专用保护装置连接，完成现场智能电气设备IED的数据采集，其中所述现场总线接口卡包括两个CAN口、两个LonWorks接口、两个Profibus接口和四个RS-485接口；

所述控制逻辑管理模块通过设定的逻辑控制算法完成对现场总线接口卡以及标准IO板卡采集数据的分析和计算，并通过现场总线接口卡输出相应的控制命令实现对现场智能电气设备IED过程控制；

所述上下网点管理模块采用PDD配置管理方式，通过系统控制网络（CNET）传输不同的一体化控制器之间需要交换过程控制数据，可实现增量下装实时生效，无需重新启动控制器。本发明的有益效果如下：

电厂一体化控制器满足发电厂控制系统一体化控制的要求，从控制器软件结构设计上能够充分结合发电厂主控系统、辅控系统和电气系统的特点，以实现发电厂主控系统和辅控系统中热力设备控制为基础，考虑电气系统工艺特点，引入IED设备管理、事件、录波等功能模块。是实现发电厂各个控制系统间信息共享和数据交换的有效手段，同时为发电厂生产运行提供全面数据支持。

附图说明

图1为发电厂一体化控制器结构图；

图2为发电厂一体化控制器的功能结构框图；

图3为发电厂一体化控制器上下网点管理配置图；

图4为发电厂一体化控制器IED管理模块数据结构图。

具体实施方式

下面结合说明附图对本发明的技术方案作进一步详细说明。

如图1所示为发电厂一体化控制器结构图。所述发电厂一体化控制器在应用结构上充分考虑发电厂主控系统、辅控系统和电气系统的控制特点，采用现场总线控制技术，包括内部高速DP总线，发电厂主控系统和辅控系统热工设备的信号通过硬接线的方式直接连接到控制器标准IO板卡，一体化控制器通过内部总线DP完成数据采集。同时通过高速PCIE总线可以与现场总线接口卡连接，现场总线接口卡支持PROFIBUS、CAN、LonWorks、Modbus_RTU等多种标准的现场总线协议。发电厂智能执行机构、仪表和电气系统的专用保护装置等IED设备，直接和接口卡的现场总线接口连接，通过高速通信通道PCIE接入一体化控制器。一体化控制器配置三个独立的以太网口，第一以太网口LAN1和第二以太网口LAN2用于构建一体化控制器的系统监控网络ONET和系统控制网络CNET。一体化控制器通过以太网和监控主站连接，通过ONET网络把一体化控制器采集到的现场数据信息传输给监控主站。一体化控制器之间可以通过以太网相连接，组成CNET网络，一体化控制器之间的控制数据通过CNET完成数据交换。

如图2所示为发电厂一体化控制器功能结构示意图。所述一体化控制器可实现发电厂主控系统、辅控系统和电气系统一体化设计的基础控制平台。一体化控制器在软件上采用模块化设计，包括实时库管理模块（RTDB）、通信管理模块（dp-net、c-net、o-net、IED管理模块）、控制逻辑管理模块(proconos)、冗余功能管理模块、系统功能管理模块（对时、录波、事件、配置管理等）；其特征在于：

所述发电厂一体化控制器包括实时库管理模块（RTDB），RTDB统一实现对控制器标准IO、IED装置、（控制器信息点和逻辑运行的中间点）、上下网点（一体化控制器之间需要传输的过程控制点）等实时数据处理和存储，提供RTDB访问操作接口。

所述发电厂一体化控制器包括通信管理模块，实现一体化控制器内部和外部的通信接口。dp-net现场总线链路控制功能，通过现场总线现象对一体化控制器标准IO的数据交换。c-net实现一体化控制器之间数据链路控制功能，完成一体化控制器之间的上下网点的数据交换，并通过PDD（Process Data Directory过程数据目录）方式完成上下网点配置，可实现增量下装实时生效，无需重新启动控制器。o-net实现一体化控制器和监控主站软件间的数据链路控制功能，完成监控数据通过TCP/IP协议在一体化控制器和HMI之间数据交换。IED管理完成第三方智能设备和一体化控制器之间的数据链路控制功能，一体化控制器通过该模块对IED设备进行统一管理，完成对IED设备的数据采集、控制和系统诊断等功能。

所述发电厂一体化控制器包括控制逻辑管理模块(ProConos)，控制逻辑管理模块实现一体化控制器逻辑控制功能，通过逻辑控制算法完成对现场设备的过程控制。通过ProConos提供的驱动接口完成控制逻辑和实时库的数据交换，并把逻辑运算的控制结果发送给现场设备，完成一体化控制器对现场设备的可靠控制。

所述发电厂一体化控制器包括冗余功能管理模块，为了提供系统的可靠性，一体化控制器可以配置成双CPU冗余模式，冗余功能管理模块完成一体化控制器的冗余功能，包括主备仲裁功能和冗余数据同步功能。

所述发电厂一体化控制器包括系统功能管理模块，系统功能管理模块主要完成一体化控制器通用功能处理，包括时间管理模块，完成时钟同步功能；事件处理模块，发动运行信息和故障信息到MMI和HMI，事件信息能够实现掉电保持，并提供事件查询方式；录波管理模块实现一体化控制器过程数据的历史存储，包括以控制器测点为基本数据的基础录波和以报文为基本单元的通讯录波。同时录波管理模块还提供历史数据分析、提取等操作接口；系统配置管理模块完成一体化控制器配置文件和配置参数管理和维护功能。定制功能处理模块提供一体化控制器软件的系统配置及各个模块加载管理配置。通过修改配置模版文件，实现一体化控制器软件的定制。

如图3所示为发电厂一体化控制器上下网点管理配置图。一体化控制器上下网点配置通过ProConos提供的PDD接口实现。首先，上下网点选点完成后，在逻辑变成软件中生产全局PDD变量，变量名称中包含上下网点配置信息。控制器上下网点管理模块通过PDD接口函数获得上下网点的配置信息并生成PDD信息列表，然后一体化控制器根据PDD信息列表生成上网点和下网点数据链表。一体化控制器再根据上网点链表信息组织上网数据报文发送上网数据。需要获取上网数据的一体化控制器从c-net网络上接收上网数据报文，经过报文解析后写入下网数据链表，通过PDD接口函数写入逻辑变量中。通过PDD配置上下网点的方式，可以实现修改上下网点配置后无需重新启动控制器，不影响逻辑运行，增量下装逻辑后立即生效。

如图4所示为发电厂一体化控制器IED管理模块数据结构图。为了解决发电厂电气系统接入问题，一体化控制器设计有IED装置管理模块，采用面向对象的设计思想，每种类型的IED装置对应一个IO模板，把每个IED装置作为一个设备对象。一体化控制器根据配置的装置数量和IO模板类型在一体化控制器的实时库中分配IED数据区域，为了提高一体化控制器软件设计的可维护性和一致性，IED设备的对象属性和标准IO保持一直。IED装置管理模块设计有通用接口函数完成对IED数据区域的访问。

Claims (4)

1.一种发电厂一体化控制器，所述一体化控制器为可实现发电厂主控系统、辅控系统和电气系统一体化设计的基础控制平台；其特征在于：

所述一体化控制器包括主控芯片CPU、第一至第三以太网口（LAN1、LAN2、LAN3）、两路互为冗余的第一DP总线（DP1）和第二DP总线（DP2）、一路高速PCIE总线，其中主控芯片CPU包括上下网点管理模块、控制逻辑管理模块；

第一以太网口LAN1和第二以太网口LAN2作为系统监控网络（ONET）和系统控制网络（CNET）共用的通信网络的接口，完成一体化控制器和发电厂主站间的数据通信，以及该一体化控制器和其它一体化控制器间的通信，第三以太网口LAN3作为连接该一体化控制和另外一个一体化控制器分别作为主用一体化控制器和备用一体化控制器时的同步网络接口，完成在主用一体化控制器和备用一体化控制器中的冗余数据同步；

所述一体化控制器CPU通过两路互为冗余的第一DP总线（DP1）和第二DP总线（DP2）连接标准IO板卡，发电厂主控系统和辅控系统热工设备的需要采集的模拟量信号和开关量信号通过硬接线的方式直接连接到一体化控制器标准IO板卡的输入端，一体化控制器通过两路互为冗余的DP总线完成发电厂主控系统和辅控系统热工设备现场数据采集；

所述一体化控制器CPU通过一路高速PCIE总线与外设的现场总线接口卡相连，所述现场总线接口卡的输入端和电厂智能执行机构、仪表和电气系统的专用保护装置连接，完成现场智能电气设备IED的数据采集，其中所述现场总线接口卡包括两个CAN口、两个LonWorks接口、两个Profibus接口和四个RS-485接口；

所述控制逻辑管理模块通过设定的逻辑控制算法完成对现场总线接口卡以及标准IO板卡采集数据的分析和计算，并通过现场总线接口卡输出相应的控制命令实现对现场智能电气设备IED过程控制；

所述上下网点管理模块采用PDD配置管理方式，通过系统控制网络（CNET）传输不同的一体化控制器之间需要交换过程控制数据，可实现增量下装实时生效，无需重新启动控制器。

2.根据权利要求1所述的发电厂一体化控制器，其特征在于：

所述一体化控制器提供统一的实时库管理功能，标准IO板卡，智能电气设备IED，虚点组、即控制器信息点和逻辑运行的中间点，和上下网点、即一体化控制器之间需要传输的过程控制点采用统一的数据结构，每种类型测点对应一个数据模板，通过模板类型区分测点类型。实时库根据数据模板建立内存数据区，并提供标准的实时库访问接口。

3.根据权利要求1所述的发电厂一体化控制器，其特征在于：

所述上下网点数据管理模块，通过PDD方式完成上下网点配置，可实现增量下装实时生效，无需重新启动控制器。

4.根据权利要求1所述的发电厂一体化控制器，其特征在于：

所述一体化控制器还进一步包括IED设备管理模块，能够对智能电气设备IED进行统一管理，完成对IED设备的数据采集、控制和系统诊断等功能。

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