孫監(jiān)湖

(長(zhǎng)江電力三峽水力發(fā)電廠,湖北 宜昌 443133)

大型水電站機(jī)組LCU進(jìn)行QEIO網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化可行性研究

孫監(jiān)湖

(長(zhǎng)江電力三峽水力發(fā)電廠,湖北 宜昌 443133)

以某大型水電站機(jī)組原有結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)指出了S908 RIO通訊的弊端,總結(jié)了QEIO網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢(shì),提出了將S908優(yōu)化為QEIO的最優(yōu)方案,并搭建完整仿真平臺(tái)進(jìn)行系統(tǒng)、應(yīng)用及通訊功能等方面測(cè)試。測(cè)試結(jié)果表明,QEIO網(wǎng)絡(luò)在通訊速度、網(wǎng)絡(luò)診斷等方面突出,但在特殊情形下熱備系統(tǒng)PLC的主備切換存在部分缺陷。

RIO;Q EIO;大型水電站;仿真平臺(tái)

0 引言

當(dāng)前國(guó)內(nèi)某些大型水電站機(jī)組LCU采用的是施耐德Quantum系列的雙機(jī)熱備系統(tǒng),主站PLC通訊模塊(CRP)與子站通訊模塊(CRA)通訊采用S908 RIO總線方式。各遠(yuǎn)程子站通過(guò)光纖中繼器(NRP)組成光纖環(huán)網(wǎng),本地站和各遠(yuǎn)程子站內(nèi)部則通過(guò)同軸電纜及RIO分支器串接,每套LCU設(shè)有相互獨(dú)立的雙RIO總線網(wǎng)。拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示:

圖1 某大型水電站機(jī)組LCU的S908 RIO網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

經(jīng)過(guò)長(zhǎng)周期運(yùn)行,S908 RIO通訊的弊端日益顯露,如采用同軸電纜連接,連接附件較多,故障點(diǎn)較多;電纜長(zhǎng)度至少為2.5 m,且對(duì)彎曲半徑要求較高;電纜需要專用工具手工制作,對(duì)制作工藝要求較高;通訊信號(hào)為模擬信號(hào),制作和安裝工藝不合格會(huì)產(chǎn)生信號(hào)衰減和累積信號(hào)反射等干擾[1],長(zhǎng)期可能導(dǎo)致遠(yuǎn)程IO通訊故障等。國(guó)內(nèi)某大型水電站LCU的RIO通訊單網(wǎng)就曾頻繁報(bào)警,而其中一臺(tái)機(jī)組更是多次隨機(jī)出現(xiàn)單個(gè)子站信號(hào)全部復(fù)歸的現(xiàn)象,嚴(yán)重影響了機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

1 Quantum以太網(wǎng)IO

隨著工業(yè)以太網(wǎng)通信的快速發(fā)展,網(wǎng)絡(luò)沖突得到有效解決[2],Quantum以太網(wǎng)IO(QEIO)系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。其采用高容量菊花鏈回路實(shí)現(xiàn)了大規(guī)模數(shù)據(jù)量的高性能高速傳輸,支持RSTP,電纜斷裂或鏈路故障的恢復(fù)時(shí)間<50 ms,可靈活組網(wǎng)及擴(kuò)展,與S908 RIO主要特性對(duì)比如表1所示。

表1 QEIO與S908 RIO主要特性對(duì)比表

由表1可見(jiàn),QEIO能夠徹底解決S908 RIO的各種隱患,且大幅度提升了網(wǎng)絡(luò)性能,因此在水電行業(yè)應(yīng)用越來(lái)越廣,小灣、大崗山、枕頭壩等水電廠LCU陸續(xù)采用QEIO網(wǎng)絡(luò)均取得了不錯(cuò)的效果,但大型水電站機(jī)組LCU子站較多且結(jié)構(gòu)復(fù)雜,能否安全可靠的進(jìn)行QEIO網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化還需謹(jǐn)慎論證。

2 通訊優(yōu)化

2.1 優(yōu)化原則

為使優(yōu)化效果達(dá)到最優(yōu),S908 RIO優(yōu)化為QEIO時(shí)應(yīng)滿足以下原則:

1)不影響國(guó)家信息安全要求;

2)改動(dòng)后的網(wǎng)絡(luò)可靠性不得低于改動(dòng)前;

3)應(yīng)最大限度保留現(xiàn)場(chǎng)原有設(shè)備如I/O模塊, CPU等,改動(dòng)小、風(fēng)險(xiǎn)小、周期短。

2.2 優(yōu)化方法

要將S908 RIO優(yōu)化為QEIO,首先需更換原有的通訊模塊(CRP和CRA),之后有兩種選擇。以圖1的框架為例,一是直接將原網(wǎng)絡(luò)中的光纖中繼器更換為型號(hào)為140NRP31200的光電轉(zhuǎn)換模塊,如圖2;二是將原網(wǎng)絡(luò)中的光纖中繼器更換為DRS雙環(huán)路交換機(jī),并進(jìn)行相應(yīng)的軟件配置,如圖3。

圖2 優(yōu)化后的QEIO網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D1

圖3 優(yōu)化后的QEIO網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D2

QEIO網(wǎng)絡(luò)完全采用經(jīng)國(guó)家安全機(jī)構(gòu)認(rèn)證的CPU及通訊模塊,不影響LCU的信息安全防護(hù)。兩種優(yōu)化方法均改動(dòng)小,風(fēng)險(xiǎn)低,周期短。前者只需更換硬件,維護(hù)方便,主站和子站形成一個(gè)大環(huán)網(wǎng),任意一處電纜斷裂后環(huán)網(wǎng)內(nèi)的所有子站數(shù)據(jù)采集不會(huì)中斷。后者除硬件更換外,還得對(duì)不同位置的DRS進(jìn)行不同配置,但DRS與本地子站組成一大環(huán)網(wǎng)外,遠(yuǎn)程子站與其對(duì)應(yīng)的DRS還形成一小環(huán)網(wǎng),具有更高的可靠性,相對(duì)S908結(jié)構(gòu)而言,網(wǎng)絡(luò)冗余度并不遜色,是大型水電站LCU進(jìn)行QEIO網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化的最佳選擇。

3 試驗(yàn)測(cè)試

為驗(yàn)證QEIO在復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)中的穩(wěn)定性、可靠性和安全性,特搭建QEIO測(cè)試平臺(tái),完全按照?qǐng)D3中結(jié)構(gòu)及運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行配置,其中主要模塊及軟件版本如表2所示:

表2 測(cè)試平臺(tái)軟硬件版本表

在此平臺(tái)上分別進(jìn)行了系統(tǒng)、應(yīng)用及通訊功能測(cè)試,主要測(cè)試項(xiàng)有:PLC系統(tǒng)冷/熱啟動(dòng)、主備切換功能、應(yīng)用程序在線修改、數(shù)據(jù)采集功能、命令控制功能、DRS環(huán)網(wǎng)交換機(jī)端口綜合信息診斷、CRP模塊通訊狀態(tài)診斷、CRA模塊通訊狀態(tài)診斷、CRA子站各槽位模塊狀態(tài)診斷、QEIO總線信息診斷和H9000上位機(jī)診斷信息顯示等。

試驗(yàn)表明,QEIO網(wǎng)絡(luò)特殊情況下的PLC主備切換與預(yù)想結(jié)果不一致,且試驗(yàn)結(jié)果與系統(tǒng)位%S84的值息息相關(guān)。但無(wú)論%S84取值多少,系統(tǒng)表現(xiàn)不盡如人意,如表3所示。

表3 QEIO熱備系統(tǒng)PLC主備切換試驗(yàn)

由此可見(jiàn),默認(rèn)條件下,若因網(wǎng)線接觸不良松動(dòng),小概率的造成CRA與CRP通訊全部中斷,兩套CPU均離線運(yùn)行后沒(méi)有自恢復(fù)能力,會(huì)給運(yùn)行維護(hù)工作帶來(lái)不便。而若%S84置為1,則當(dāng)主CPU的CRP模塊故障時(shí),CPU熱備功能失效,等同雙CPU離線運(yùn)行,較系統(tǒng)默認(rèn)下的異常狀況更嚴(yán)重。

除此之外,優(yōu)化后的QEIO網(wǎng)絡(luò)在其它功能方面表現(xiàn)與S908 RIO無(wú)異,但在通訊速度、故障診斷方面優(yōu)勢(shì)明顯。其較大幅度提升了采集速度,降低了程序掃描周期,并能對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行全覆蓋式正確診斷,有利于系統(tǒng)可靠性的提高。

4 結(jié)束語(yǔ)

隨著工業(yè)以太網(wǎng)通信的快速發(fā)展,QEIO網(wǎng)絡(luò)必將逐步取代S908 RIO。本文針對(duì)國(guó)內(nèi)某些大型水電站機(jī)組復(fù)雜的S908總線結(jié)構(gòu),提出了基于DRS的最優(yōu)優(yōu)化方案。并通過(guò)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)了QEIO在通訊速度、網(wǎng)絡(luò)診斷等方面的優(yōu)勢(shì),但特殊情況下,熱備系統(tǒng)的PLC主備切換存在部分漏洞。若施耐德廠家能及時(shí)消除此漏洞,相信QEIO網(wǎng)絡(luò)會(huì)應(yīng)用更廣,前景更明朗。

[1]陳云敏,梁志剛,陳仁朋,等.有缺陷同軸電纜的時(shí)域反射特性及應(yīng)用[J].浙江大學(xué)學(xué)報(bào)(工學(xué)版),2005(01).

[2]方少波,胡志剛,馮 震.淺談工業(yè)以太網(wǎng)[J].硅谷,2011(13): 15-16.

TV737

B

1672-5387(2017)07-0036-03

10.13599/j.cnki.11-5130.2017.07.010

2017-04-27

孫監(jiān)湖(1984-),男,工程師,從事水電廠監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備維護(hù)工作。