專利名稱：一種發(fā)電廠一體化控制器的制作方法
一種發(fā)電廠一體化控制器技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于發(fā)電廠控制技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及為發(fā)電廠一體化控制器，能夠完成發(fā) 電廠主控系統(tǒng)、輔控系統(tǒng)和電氣系統(tǒng)一體化設(shè)計。在完成系統(tǒng)控制任務(wù)的同時，又能進行安 全的信息共享。
背景技術(shù)：
發(fā)電廠按控制工藝過程一般分為三個主要控制系統(tǒng)電氣系統(tǒng)、主控系統(tǒng)、輔控系 統(tǒng)。目前主控系統(tǒng)都采用DCS系統(tǒng)平臺完成控制任務(wù)，輔助系統(tǒng)多采用PLC控制，電氣設(shè)備 無論從設(shè)備特性、控制任務(wù)，還是系統(tǒng)結(jié)構(gòu)都與熱力設(shè)備有著本質(zhì)區(qū)別，在發(fā)電廠中一般配 有專用電氣系統(tǒng)(NCS系統(tǒng))完成電氣設(shè)備控制任務(wù)。DCS和PLC系統(tǒng)實現(xiàn)的是過程控制任 務(wù)，系統(tǒng)開放性好。用戶根據(jù)控制設(shè)備要求制定控制策略，而NCS系統(tǒng)由于其電氣控制的特 殊性，多為專用系統(tǒng)，系統(tǒng)集成度高，獨立性強，對控制安全的要求更高。發(fā)電廠各個控制系 統(tǒng)的特點為發(fā)電廠實現(xiàn)全廠數(shù)據(jù)信息共享帶來了一定的困難。隨之計算機技術(shù)的不斷發(fā) 展，發(fā)電集團正在逐步完善分層管理模式，發(fā)電廠作為一個生產(chǎn)車間，
管理功能需要實現(xiàn)智能化、數(shù)字化、遠程化。為實現(xiàn)上述目標，發(fā)電廠必須依賴一 個全廠一體化控制平臺，在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能上給予強有力的支持。
綜合上述內(nèi)容，本發(fā)明提出一種發(fā)電廠一體化控制器。該一體化控制器充分考慮 發(fā)電廠各個控制系統(tǒng)的特點，集可編程控制技術(shù)和智能通信管理于一體。在完成系統(tǒng)控制 任務(wù)的同時，又能進行安全的信息共享，是實現(xiàn)發(fā)電廠一體化的基礎(chǔ)控制平臺；發(fā)明內(nèi)容
為解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的以上問題，本發(fā)明公開了一種發(fā)電廠一體化控制器。為 發(fā)電廠實現(xiàn)主控系統(tǒng)、輔控系統(tǒng)和電氣系統(tǒng)一體化設(shè)計提供基礎(chǔ)控制平臺。
本發(fā)明具體采用以下技術(shù)方案
—種發(fā)電廠一體化控制器，所述一體化控制器為可實現(xiàn)發(fā)電廠主控系統(tǒng)、輔控系 統(tǒng)和電氣系統(tǒng)一體化設(shè)計的基礎(chǔ)控制平臺；其特征在于
所述一體化控制器包括主控芯片CPU、第一至第三以太網(wǎng)口(LAN1、LAN2、LAN3)、 兩路互為冗余的第一 DP總線(DPI)和第二 DP總線(DP2)、一路高速PCIE總線，其中主控芯 片CPU包括上下網(wǎng)點管理模塊、控制邏輯管理模塊；
第一以太網(wǎng)口 LANl和第二以太網(wǎng)口 LAN2作為系統(tǒng)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)(ONET)和系統(tǒng)控制 網(wǎng)絡(luò)(CNET)共用的通信網(wǎng)絡(luò)的接口，完成一體化控制器和發(fā)電廠主站間的數(shù)據(jù)通信，以及 該一體化控制器和其它一體化控制器間的通信，第三以太網(wǎng)口 LAN3作為連接該一體化控 制和另外一個一體化控制器分別作為主用一體化控制器和備用一體化控制器時的同步網(wǎng) 絡(luò)接口，完成在主用一體化控制器和備用一體化控制器中的冗余數(shù)據(jù)同步；
所述一體化控制器CPU通過兩路互為冗余的第一 DP總線(DPI)和第二 DP總線 (DP2)連接標準IO板卡，發(fā)電廠主控系統(tǒng)和輔控系統(tǒng)熱工設(shè)備的需要采集的模擬量信號和開關(guān)量信號通過硬接線的方式直接連接到一體化控制器標準IO板卡的輸入端，一體化 控制器通過兩路互為冗余的DP總線完成發(fā)電廠主控系統(tǒng)和輔控系統(tǒng)熱工設(shè)備現(xiàn)場數(shù)據(jù)采 集;
所述一體化控制器CPU通過一路高速PCIE總線與外設(shè)的現(xiàn)場總線接口卡相連，所 述現(xiàn)場總線接口卡的輸入端和電廠智能執(zhí)行機構(gòu)、儀表和電氣系統(tǒng)的專用保護裝置連接， 完成現(xiàn)場智能電氣設(shè)備IED的數(shù)據(jù)采集，其中所述現(xiàn)場總線接口卡包括兩個CAN 口、兩個 Lonfforks 接口、兩個 Profibus 接口和四個 RS-485 接 口 ；
所述控制邏輯管理模塊通過設(shè)定的邏輯控制算法完成對現(xiàn)場總線接口卡以及標 準IO板卡采集數(shù)據(jù)的分析和計算，并通過現(xiàn)場總線接口卡輸出相應的控制命令實現(xiàn)對現(xiàn) 場智能電氣設(shè)備IED過程控制；
所述上下網(wǎng)點管理模塊采用PDD配置管理方式，通過系統(tǒng)控制網(wǎng)絡(luò)(CNET)傳輸不 同的一體化控制器之間需要交換過程控制數(shù)據(jù)，可實現(xiàn)增量下裝實時生效，無需重新啟動 控制器。本發(fā)明的有益效果如下
電廠一體化控制器滿足發(fā)電廠控制系統(tǒng)一體化控制的要求，從控制器軟件結(jié)構(gòu)設(shè) 計上能夠充分結(jié)合發(fā)電廠主控系統(tǒng)、輔控系統(tǒng)和電氣系統(tǒng)的特點，以實現(xiàn)發(fā)電廠主控系統(tǒng) 和輔控系統(tǒng)中熱力設(shè)備控制為基礎(chǔ)，考慮電氣系統(tǒng)工藝特點，引入IED設(shè)備管理、事件、錄 波等功能模塊。是實現(xiàn)發(fā)電廠各個控制系統(tǒng)間信息共享和數(shù)據(jù)交換的有效手段，同時為發(fā) 電廠生產(chǎn)運行提供全面數(shù)據(jù)支持。


圖1為發(fā)電廠一體化控制器結(jié)構(gòu)圖2為發(fā)電廠一體化控制器的功能結(jié)構(gòu)框圖3為發(fā)電廠一體化控制器上下網(wǎng)點管理配置圖4為發(fā)電廠一體化控制器IED管理模塊數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)圖。
具體實施方式
下面結(jié)合說明附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案作進一步詳細說明。
如圖1所示為發(fā)電廠一體化控制器結(jié)構(gòu)圖。所述發(fā)電廠一體化控制器在應用結(jié) 構(gòu)上充分考慮發(fā)電廠主控系統(tǒng)、輔控系統(tǒng)和電氣系統(tǒng)的控制特點，采用現(xiàn)場總線控制技術(shù)， 包括內(nèi)部高速DP總線，發(fā)電廠主控系統(tǒng)和輔控系統(tǒng)熱工設(shè)備的信號通過硬接線的方式直 接連接到控制器標準IO板卡，一體化控制器通過內(nèi)部總線DP完成數(shù)據(jù)采集。同時通過高 速PCIE總線可以與現(xiàn)場總線接口卡連接，現(xiàn)場總線接口卡支持PROFIBUS、CAN、Lonfforks, Modbus_RTU等多種標準的現(xiàn)場總線協(xié)議。發(fā)電廠智能執(zhí)行機構(gòu)、儀表和電氣系統(tǒng)的專用保 護裝置等IED設(shè)備，直接和接口卡的現(xiàn)場總線接口連接，通過高速通信通道PCIE接入一體 化控制器。一體化控制器配置三個獨立的以太網(wǎng)口，第一以太網(wǎng)口 LANl和第二以太網(wǎng)口 LAN2用于構(gòu)建一體化控制器的系統(tǒng)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)ONET和系統(tǒng)控制網(wǎng)絡(luò)CNET。一體化控制器通 過以太網(wǎng)和監(jiān)控主站連接，通過ONET網(wǎng)絡(luò)把一體化控制器采集到的現(xiàn)場數(shù)據(jù)信息傳輸給 監(jiān)控主站。一體化控制器之間可以通過以太網(wǎng)相連接，組成CNET網(wǎng)絡(luò)，一體化控制器之間 的控制數(shù)據(jù)通過CNET完成數(shù)據(jù)交換。
如圖2所示為發(fā)電廠一體化控制器功能結(jié)構(gòu)示意圖。所述一體化控制器可實現(xiàn)發(fā) 電廠主控系統(tǒng)、輔控系統(tǒng)和電氣系統(tǒng)一體化設(shè)計的基礎(chǔ)控制平臺。一體化控制器在軟件上 采用模塊化設(shè)計，包括實時庫管理模塊(RTDB)、通信管理模塊(dp-net、c-net、o-net、IED 管理模塊)、控制邏輯管理模塊(proconos)、冗余功能管理模塊、系統(tǒng)功能管理模塊(對時、 錄波、事件、配置管理等)；其特征在于
所述發(fā)電廠一體化控制器包括實時庫管理模塊(RTDB)，RTDB統(tǒng)一實現(xiàn)對控制器 標準I0、IED裝置、(控制器信息點和邏輯運行的中間點)、上下網(wǎng)點(一體化控制器之間需要 傳輸?shù)倪^程控制點)等實時數(shù)據(jù)處理和存儲，提供RTDB訪問操作接口。
所述發(fā)電廠一體化控制器包括通信管理模塊，實現(xiàn)一體化控制器內(nèi)部和外部的通 信接口。dp-net現(xiàn)場總線鏈路控制功能，通過現(xiàn)場總線現(xiàn)象對一體化控制器標準IO的數(shù)據(jù) 交換。c-net實現(xiàn)一體化控制器之間數(shù)據(jù)鏈路控制功能，完成一體化控制器之間的上下網(wǎng) 點的數(shù)據(jù)交換，并通過F1DD (Process Data Directory過程數(shù)據(jù)目錄)方式完成上下網(wǎng)點配 置，可實現(xiàn)增量下裝實時生效，無需重新啟動控制器。o-net實現(xiàn)一體化控制器和監(jiān)控主站 軟件間的數(shù)據(jù)鏈路控制功能，完成監(jiān)控數(shù)據(jù)通過TCP/IP協(xié)議在一體化控制器和HMI之間數(shù) 據(jù)交換。IED管理完成第三方智能設(shè)備和一體化控制器之間的數(shù)據(jù)鏈路控制功能，一體化控 制器通過該模塊對IED設(shè)備進行統(tǒng)一管理，完成對IED設(shè)備的數(shù)據(jù)采集、控制和系統(tǒng)診斷等 功能。
所述發(fā)電廠一體化控制器包括控制邏輯管理模塊(PiOConos)，控制邏輯管理模 塊實現(xiàn)一體化控制器邏輯控制功能，通過邏輯控制算法完成對現(xiàn)場設(shè)備的過程控制。通過 ProConos提供的驅(qū)動接口完成控制邏輯和實時庫的數(shù)據(jù)交換，并把邏輯運算的控制結(jié)果發(fā) 送給現(xiàn)場設(shè)備，完成一體化控制器對現(xiàn)場設(shè)備的可靠控制。
所述發(fā)電廠一體化控制器包括冗余功能管理模塊，為了提供系統(tǒng)的可靠性，一體 化控制器可以配置成雙CPU冗余模式，冗余功能管理模塊完成一體化控制器的冗余功能， 包括主備仲裁功能和冗余數(shù)據(jù)同步功能。
所述發(fā)電廠一體化控制器包括系統(tǒng)功能管理模塊，系統(tǒng)功能管理模塊主要完成一 體化控制器通用功能處理，包括時間管理模塊，完成時鐘同步功能；事件處理模塊，發(fā)動運 行信息和故障信息到麗I和HMI，事件信息能夠?qū)崿F(xiàn)掉電保持，并提供事件查詢方式；錄波 管理模塊實現(xiàn)一體化控制器過程數(shù)據(jù)的歷史存儲，包括以控制器測點為基本數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)錄 波和以報文為基本單元的通訊錄波。同時錄波管理模塊還提供歷史數(shù)據(jù)分析、提取等操作 接口 ；系統(tǒng)配置管理模塊完成一體化控制器配置文件和配置參數(shù)管理和維護功能。定制功 能處理模塊提供一體化控制器軟件的系統(tǒng)配置及各個模塊加載管理配置。通過修改配置模 版文件，實現(xiàn)一體化控制器軟件的定制。
如圖3所示為發(fā)電廠一體化控制器上下網(wǎng)點管理配置圖。一體化控制器上下網(wǎng)點 配置通過ProConos提供的PDD接口實現(xiàn)。首先，上下網(wǎng)點選點完成后，在邏輯變成軟件中 生產(chǎn)全局PDD變量，變量名稱中包含上下網(wǎng)點配置信息?？刂破魃舷戮W(wǎng)點管理模塊通過TOD 接口函數(shù)獲得上下網(wǎng)點的配置信息并生成PDD信息列表，然后一體化控制器根據(jù)PDD信息 列表生成上網(wǎng)點和下網(wǎng)點數(shù)據(jù)鏈表。一體化控制器再根據(jù)上網(wǎng)點鏈表信息組織上網(wǎng)數(shù)據(jù)報 文發(fā)送上網(wǎng)數(shù)據(jù)。需要獲取上網(wǎng)數(shù)據(jù)的一體化控制器從c-net網(wǎng)絡(luò)上接收上網(wǎng)數(shù)據(jù)報文， 經(jīng)過報文解析后寫入下網(wǎng)數(shù)據(jù)鏈表，通過PDD接口函數(shù)寫入邏輯變量中。通過PDD配置上下網(wǎng)點的方式，可以實現(xiàn)修改上下網(wǎng)點配置后無需重新啟動控制器，不影響邏輯運行，增量 下裝邏輯后立即生效。
如圖4所示為發(fā)電廠一體化控制器IED管理模塊數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)圖。為了解決發(fā)電廠電 氣系統(tǒng)接入問題，一體化控制器設(shè)計有IED裝置管理模塊，采用面向?qū)ο蟮脑O(shè)計思想，每種 類型的IED裝置對應一個IO模板，把每個IED裝置作為一個設(shè)備對象。一體化控制器根據(jù) 配置的裝置數(shù)量和IO模板類型在一體化控制器的實時庫中分配IED數(shù)據(jù)區(qū)域，為了提高一 體化控制器軟件設(shè)計的可維護性和一致性，IED設(shè)備的對象屬性和標準IO保持一直。IED 裝置管理模塊設(shè)計有通用接口函數(shù)完成對IED數(shù)據(jù)區(qū)域的訪問。
權(quán)利要求
1.一種發(fā)電廠一體化控制器，所述一體化控制器為可實現(xiàn)發(fā)電廠主控系統(tǒng)、輔控系統(tǒng)和電氣系統(tǒng)一體化設(shè)計的基礎(chǔ)控制平臺；其特征在于 所述一體化控制器包括主控芯片CPU、第一至第三以太網(wǎng)口(LAN1、LAN2、LAN3)、兩路互為冗余的第一 DP總線(DPI)和第二 DP總線(DP2)、一路高速PCIE總線，其中主控芯片CPU包括上下網(wǎng)點管理模塊、控制邏輯管理模塊； 第一以太網(wǎng)口 LANl和第二以太網(wǎng)口 LAN2作為系統(tǒng)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)(ONET)和系統(tǒng)控制網(wǎng)絡(luò)(CNET)共用的通信網(wǎng)絡(luò)的接口，完成一體化控制器和發(fā)電廠主站間的數(shù)據(jù)通信，以及該一體化控制器和其它一體化控制器間的通信，第三以太網(wǎng)口 LAN3作為連接該一體化控制和另外一個一體化控制器分別作為主用一體化控制器和備用一體化控制器時的同步網(wǎng)絡(luò)接口，完成在主用一體化控制器和備用一體化控制器中的冗余數(shù)據(jù)同步； 所述一體化控制器CPU通過兩路互為冗余的第一 DP總線(DPI)和第二 DP總線(DP2)連接標準IO板卡，發(fā)電廠主控系統(tǒng)和輔控系統(tǒng)熱工設(shè)備的需要采集的模擬量信號和開關(guān)量信號通過硬接線的方式直接連接到一體化控制器標準IO板卡的輸入端，一體化控制器通過兩路互為冗余的DP總線完成發(fā)電廠主控系統(tǒng)和輔控系統(tǒng)熱工設(shè)備現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集； 所述一體化控制器CPU通過一路高速PCIE總線與外設(shè)的現(xiàn)場總線接口卡相連，所述現(xiàn)場總線接口卡的輸入端和電廠智能執(zhí)行機構(gòu)、儀表和電氣系統(tǒng)的專用保護裝置連接，完成現(xiàn)場智能電氣設(shè)備IED的數(shù)據(jù)采集，其中所述現(xiàn)場總線接口卡包括兩個CAN 口、兩個Lonfforks 接口、兩個 Profibus 接口和四個 RS-485 接口 ； 所述控制邏輯管理模塊通過設(shè)定的邏輯控制算法完成對現(xiàn)場總線接口卡以及標準IO板卡采集數(shù)據(jù)的分析和計算，并通過現(xiàn)場總線接口卡輸出相應的控制命令實現(xiàn)對現(xiàn)場智能電氣設(shè)備IED過程控制； 所述上下網(wǎng)點管理模塊采用PDD配置管理方式，通過系統(tǒng)控制網(wǎng)絡(luò)(CNET)傳輸不同的一體化控制器之間需要交換過程控制數(shù)據(jù)，可實現(xiàn)增量下裝實時生效，無需重新啟動控制器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)電廠一體化控制器，其特征在于 所述一體化控制器提供統(tǒng)一的實時庫管理功能，標準IO板卡，智能電氣設(shè)備IED，虛點組、即控制器信息點和邏輯運行的中間點，和上下網(wǎng)點、即一體化控制器之間需要傳輸?shù)倪^程控制點采用統(tǒng)一的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，每種類型測點對應一個數(shù)據(jù)模板，通過模板類型區(qū)分測點類型。實時庫根據(jù)數(shù)據(jù)模板建立內(nèi)存數(shù)據(jù)區(qū)，并提供標準的實時庫訪問接口。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)電廠一體化控制器，其特征在于 所述上下網(wǎng)點數(shù)據(jù)管理模塊，通過PDD方式完成上下網(wǎng)點配置，可實現(xiàn)增量下裝實時生效，無需重新啟動控制器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)電廠一體化控制器，其特征在于 所述一體化控制器還進一步包括IED設(shè)備管理模塊，能夠?qū)χ悄茈姎庠O(shè)備IED進行統(tǒng)一管理，完成對IED設(shè)備的數(shù)據(jù)采集、控制和系統(tǒng)診斷等功能。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種發(fā)電廠一體化控制器。該控制器集通信管理和可編程邏輯控制于一體，是實現(xiàn)發(fā)電廠DCS系統(tǒng)，NCS系統(tǒng)和輔機系統(tǒng)一體化設(shè)計的基礎(chǔ)控制平臺。其功能主要包括一體化控制器具備發(fā)電廠傳統(tǒng)DCS控制器的所有功能。通過可編程邏輯控制技術(shù)，根據(jù)主機、輔機和電氣設(shè)備的工藝要求和控制方式制定控制策略，完成過程控制任務(wù)，確保發(fā)電廠中的控制設(shè)備能夠協(xié)調(diào)有序的工作；一體化控制器具有專業(yè)IED設(shè)備管理模塊,能夠完成發(fā)電廠中智能設(shè)備和電氣設(shè)備等IED設(shè)備的通信接入、控制管理和系統(tǒng)診斷等。一體化控制器采用現(xiàn)場總線技術(shù)完成現(xiàn)場過程信號的采集和智能設(shè)備的通信接入。通過PDD特有方式進行網(wǎng)絡(luò)變量的管理，完成控制器間數(shù)據(jù)信息的共享。同時，控制器通過硬件和網(wǎng)絡(luò)冗余等多種可靠性設(shè)計手段，提高系統(tǒng)一體化設(shè)計的可靠性。
文檔編號G05B19/418GK103034220SQ20121058380
公開日2013年4月10日 申請日期2012年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月28日
發(fā)明者楊詠林, 陳莉, 趙忠明, 于震江, 白雪玲, 湯娓, 姚志昕 申請人:北京四方繼保自動化股份有限公司