基于电力系统自动化控制的PCC系统解决方案

PCC（ProgrammableComputerController）是一种可编程计算机控制器，它是专为在工业环境下应用而设计的工业计算机，采用“面向用户的指令”，因此编程方便；它直接应用于工业环境，具有更强的抗干扰能力、更高的可靠性、广泛的适应能力和应用范围；大容量的存储能力、标准通信接口，基于过程总线的系统互联、高级语言开发和运行环境，自诊断能力，都使得PCC在电力系统的应用具备了出色的友好“平台”。

PCC系统CPU的特点

继承了PLC与微机技术的PCC技术形成第一代自动化软硬件平台结构，采用32位CISC和RISC的CPU，多处理器结构。图1为本系统所用的CPU模块结构。图中除了主CPU外，I/O–Processor即I/O处理器主要负责独立于CPU的数据传输工作。DPR-Controller即双向口控制器主要负责网络及系统的管理。一个模块上的3个处理器，既相互独立，又相互关联（通过DPR），从而使主CPU的资源得到了合理使用，同时又最大限度地提高了整个系统的速度。

图1 CPU模块结构

PCC在发电厂监控中的应用方案

以某热电厂机组设备改造为例，介绍应用PCC实现的智能分布式数据采集与监控系统。该热电厂有大小机组7台，装机容量194MW，现准备对主要的4～5号机及整个电气系统进行监控系统改造。

1、方案的原则

系统按分布式结构设计，采用开放系统、分层控制等先进的计算机设计思想，将计算机技术、通信和网络技术、数据库技术、图形和图像技术、多媒体技术、数据采集和自动控制技术有机地结合在一起，技术成熟，运行经验丰富，能够满足近期的功能要求和远期的发展需要。整个设计遵照国际90年代IEC1000系列标准，满足ISO9001国际标准。

（1）整个系统分为5个采集控制站，计有4号机组监控、5号机组监控、35kV出线监控、同期控制、01/1～3号机/6kV监控。两个操作员工作站。
（2）通过计算机对励磁调节器（KFD）、发电机有功进行遥调。在4、5号机控制屏上设有手操有功调节和KFD无功调节及与汽机联系指挥信号。
（3）不含同期点的出线，原控制回路取消，采用计算机控制。含有同期点的出线，应用成熟的计算机同期装置，采用计算机控制。
（4）事故音响，预告信号原回路取消，功能由计算机系统实现。
（5）厂用电BZT功能由计算机实现，对4、5号机强行励磁及主变风扇启动控制均由计算机来进行判别控制。

2、方案的系统结构

系统的网络结构系统配置如图2所示。

图2 系统配置框图

3、系统管理层

操作员工作站、工程师工作站和通讯服务器组成智能分布式系统结构的管理层。

管理层通过PROFIBUS网络与5个PCC采集控制单元相连，各工作站和服务器分别相当于PROFIBUS网上的一个独立的结点。

管理层采用多机及双网络方式运行，各工作站及通讯服务器之间还组成一个小的局域以太网，实现数据的传输与共享，互为备用，提高了系统的可靠性;软件平台采用32位多任务、多进程设计，可支持Windows95/98/NT操作系统软件，配有多种应用软件接口，并支持OEM开发，为用户提供了二次开发平台；硬件平台可采用小型机、微型机或工作站等设备。

通讯服务器完成与地调、模拟盘、GPS天文时钟接收装置以及电厂已有的几台RTU设备的通信；还通过HUB与该厂的MIS网相连，实时监控系统与管理信息系统结合在一起，实现了实时信息的管理。

若用户具备与Internet连接的条件，管理层还可以提供PVI浏览器方案，实现远方读取数据。

4、系统控制层

PROFIBUS网上的各采集控制单元组成智能分布式系统结构的控制层。控制层按照机组或线路等监控对象的不同分别组屏，可以使各单元组合置于过程对象附近，减少电缆投资。各监控单元分别完成相应监控对象的模拟量、数字量采集以及数字量的输出控制。模拟量采集采用交流采样。

系统具有可扩充的模块化结构，电源、CPU、网络板、I/O板、模拟量输入板、通讯板等都是独立的模板以总线方式连接在底板上，它取代了标准的框架装配的局限性，可在标准的DIN轨道上任意拆装、组合。

每个单元都有一电源模块。系统电源是系统可靠性与完整性的第一保证，PCC的输入电压有AC、DC两种，可实现交/直流切换。

系统配有当地调试通信口，便于对不同的数据采集与控制设备进行跟踪与调试，方便了参数设置及运行监视的维护。带电插拔采集板件使得现场维护变得简单方便。

在软件支撑环境方面，PCC采用高级语言编程，为用户提供透明的服务接口，同时，也支持直流采样，使得功能实现、系统增容都十分方便灵活。

操作系统为实时多任务系统，在操作系统中一个任务的循环周期可根据任务的优先级确定。操作系统主要分三层：

（1）操作系统核。
（2）PCC软件包。包括：系统管理、系统任务、功能库、一般任务、高速任务级、通讯软件。
（3）应用程序。包括：循环任务、非循环任务。操作系统为保证系统的高可靠性提供了监视和安全的功能，包括：模块检测、系统结构检测、栈溢出检测、I/O数据传输检测、循环周期检测、硬件看门狗等。

由于PCC的CPU采用68000+RISC的32位微处理器，具有极强的运算处理能力，可使大量运算、控制功能、保护功能分散在各智能单元，大大提高了站内通信网的利用率，使整个系统效率达到最高。另外，系统软硬件方面良好的自诊断功能，可把故障范围减至最小。

5、现场层

智能分布式系统结构的外围层为现场层，包括采集层使用的传感器、二次控制回路等。

现场层根据现场总线网络传输速率快（≥500kbps），软硬件实现简单的特点，可以用CANBUS（或RS485）来连接厂内的其他自动化装置如保护单元、故障录波、无功补偿设备等的主干网，并通过现场总线网络连接到采集层，与上一层进行必要的数据通讯。

6、网络通信

采用的PROFIBUS（ProcessFieldBus）网络是一种高速数据链路，是具有标准通讯能力的开放式现场总线，用于PCC与PCC之间，或与其它接到本网络上的智能设备（如显示单元、上位机等）间传送数据和系统状态。PROFIBUS网络作为传输速度最快的现场工业总线（500kbit/s～10Mbit/s），物理连接方式简单，既可以用双芯屏蔽通讯电缆，也可以用光纤等；多主多从的“PeerToPeer”方式，采用TokenRing结构，网上最多可连入多达128个结点，最大传输距离达4800m；与第三方系统通讯方便，兼容性能；可任意的增加和删除网络结点，而对其他结点和整个网络没有影响，可靠性高。PROFIBUS网络协议符合德国国家标准DIN19245。

系统的CPU模块、专用的网络模块和通讯模块（本系统未使用）提供了多种标准通信接口（TTY，RS422，RS232，RS485等），使得CPU的局部I/O总线扩展、远程扩展I/O（通过RS485电缆）以及CPU间的现场总线组网非常灵活，从而方便地实现系统纵向或横向集成。

系统方案改造后效果

应用PCC实现的电厂机组设备改造，充分发挥了可编程编辑控制器（PLC）的标准控制功能和工业计算机的分时多任务操作系统的集成优势，不仅方便地实现了各机组、厂变、出线及同期控制单元的开关量和模拟量的采集，而且其双网络结构的管理层、具有大型机分析运算能力的PCC模块组成的控制层均为实现发电机有功调节、同期控制、强行励磁、备自投等回路的自动控制提供了可靠的保证，从而使该电厂的自动化管理水平登上一个新的台阶，为建立全厂信息监控和管理系统打下良好的基础，为电厂节能增效、提高供电质量开辟了更广阔的空间。