【摘要】通过对国内火电厂电气监控系统（ECS）的产生发展分析，以及电气系统接入集散控制系统（DCS）不同模式应用中的问题，确定了“硬接线+通信”方式是解决以上问题的最佳方案。随着科技的进步，电气系统接入DCS应用中存在的问题一定能够得到妥善解决，将会出现新的技术代替“硬接线+通信”方式。

【关键词】电气监控系统（ECS）；硬接线全球通信集散控制系统（DCS）

一、前言

随着科学技术的进步，电子技术和信息技术的应用越来越广泛，我国的火电厂已经将电子技术和信息技術应用到了火电厂的自动化管理系统中，火电厂采用自动化管理系统可以提高电厂的机组发电效率，降低管理生产成本，实现更加规范的管理。在火电厂中使用集散控制系统（DCS）、电气监控系统（ECS）、管理信息系统（MIS）以及一些辅助系统，让火电厂的运行和管理进入到了网络化、数字化状态，这些新技术的应用将使火电厂在市场竞争中占据优势地位，尤其是火电厂的电气监控系统（ECS）可以为火电厂实现机炉电一体化运行提供了完整解决方案[1]。

二、ECS的产生

上世纪八十年代，在我国单机容量超过300MW的火电机组中都开始采用DCS，应用初期DCS的功能是对汽机和锅炉进行管理，实现机炉自动化操作，但是这种最开始的DCS应用中电气的控制还没完全实现自动化，仍然需要手工操作。九十年代中后期，这种情况随着发变组、厂用电系统和其他装置的微机化才得到改观，电气系统开始尝试接入到DCS中，接入到DCS的主要系统有：发变组系统，发电机励磁系统，高压厂用电源系统，低压厂用电源系统和400V PC，高压启/备变电源系统，柴油发电机组和保安电源，直流系统和UPS系统，自动同期系统，厂用电快切系统等。

这种方式是电气信息通过硬接线接入DCS中（如图1所示），接入的信息包括开关量输入（DI）、开关量输出（DO）、模拟量输入（AI），接入方式为空接点和4-20mA直流信号。通过这种方式的连接，DCS可以对电气系统的信息进行显示和报警，提高了火电厂电气设备的安全性和可靠性，同时诸多系统接入DCS，可以让DCS实行更加全面的控制，更有利于机电设备的运行和维护。采用这种方式可以将电气量的I/O模件柜集中布置，为设备管理和运行提供一个好的环境，硬接线方式传输信号可以更快的将信息传递到位，降低设备的故障率和维修效率，虽然前期设备的投资较大，但是从安全性方面和可靠性方面来考虑，将电气信息接入DCS是最佳方案。

在通信方式逐渐应用的情况下，硬接线的方式依然在使用。但是硬接线在实际应用中还是存在很多的缺点的，具体问题如下：

第一DCS需要配备的变送器、IO卡件、机柜和连接电缆的数量庞大，而且在实际施工过程中工序较多，施工技术要求较高，所需要的投入也较大。

第二，DCS只能接入部分的信息，不能大规模的接入信息，而且这种弊端还不能通过系统扩展的方式来解决，因为系统扩展的性能很差，根本不足以让更多的信息接入。

第三，电厂用电回路需要配备单独的电度表，但是电度表又不能实现自动抄表，还是要工作人员手工抄表，增加了工作人员的工作量。

第四，还不能完成事故追忆、保护定值管理、操作票等复杂的维护和管理工作，所以电气自动化的水平不高，还需要不断的提升自动化水平。

第五，在倒送厂用电的时候还没有将DCS投入到运营，所以高压启/备变、高/低压厂用电源的远方操作还不能实现。

第六，厂用电设备已经采用了微机化的保护装置，进行了间隔设计，这种及保护和监控于一体的通信功能能够通过网络接口传送大量的信息给DCS，在准确度和精度方面已经达到了相应的标准，所以采用硬接线的方式浪费了资源。

硬接线的这些应用问题，特别是对于接入DCS用于监测功能的信息，需要采用另外一种方式来完善，而通信方式代替硬接线就可以很好的解决这一问题，近几年来网络通信技术在发电厂的自动化控制中得到了广泛应用，而且在应用中逐渐的发展完善，为火电厂电气系统联网接入DCS提供了丰富的经验，为了提高火电厂的电气监控系统自动化水平，很多的生产者都在不断的进行电气监控系统的研究，火电厂的电气信息接入DCS的方式变成了“硬接线+通信”的方式，很多的电厂中都以通信代替了硬接线技术，“硬接线+通信”方式已经成为了当前火电厂电气系统接入DCS的主流解决方案。

三、“硬接线+通信”方式的ECS的构成

“硬接线+通信”方式的ECS一般采用的是分层分体系的结构，系统分为站控层、通信层、间隔层三部分，系统网络结构如图2所示。

站控层一般采用的是客户机/服务器的分布式结构，站控层由服务器、操作员工作站等组成，构成一个自动化控制中心，现在的电气系统信息基本上都是通过通信方式接入到DCS中，但是这些信息的接入只是用作监控功能，DCS还没有开发针对电气的软件，通过ECS站控层可以实现电气监控，而且也能克服硬接线中不能事故追忆等的缺陷，更好的进行电气系统的管理和维护，保证电气系统的正常运行。

通信层主要是管理信息，通过信息的搜集和分析完成职能。通信层是通过网络接入到站控层的主干网，一般通过通信管理机实现通信接口和格式的转换，实现电气系统的联网，通信管理的接口可以和DCS处理单元相联，达到信息共享。现在ECS和DCS通信可以通过站控层通信网关和通信层的通信管理机制两种方式进行，通信网关需要一个强大的网络系统和网络环境保障，它的优点是可以接纳大量的信息，DCS则需要专门的软件模块，受到DCS开放性的限制。

间隔层是由很多的智能电器设备组成的，主要是完成电气系统的现场信息采集、保护、控制和数据通讯功能。

四、“硬接线+通信”方式的ECS应用中的问题

“硬接线+通信”方式的ECS是首次在火电厂电气系统中应用网络，“硬接线+通信”方式的应用改变了DCS在电气信息接入的模式，很多的信息都是通过通信方式接入到DCS中，只用保留和工艺联锁控制相关的开关量输入/输出设备的硬接线，其余部分都实现了通信联接[2]。将“硬接线+通信”方式应用到火电厂系统中，方便企业采用新的管理模式和维护方式，而且本身还具备很多的优点。但是ECS在实施的过程中还存在很多的困难和问题，比如：DCS取消了很懂的变送器和IO卡件，很多的人不能接受；进口DCS设备的通信开放性受限；通信方式的中转环节多不具备很好的实时性；ECS站控层和通信层较复杂建设成本高。

要解决这些问题，一方面需要ECS厂家根据用户的实际需要提供更加先进、可靠的产品和服务，提高通信的实时性，提供更加完善的电气完善管理功能；另一方面，需要电厂对ECS充满信心，做好ECS和DCS的互连规划工作，更好提升进口设备的开放性和灵活性。

五、全球通信方式的ECS的发展展望

ECS从产生起都受到了用户的热烈追捧，更是在提高电气自动化过程中不断发展以达到和DS的无缝连接的目的，但是就目前的情况而言还只能进行监控，不能实现全球通信方式，当前的全球通信方式研究结果如图3所示，这种方式下的通信实时性较高，完全可以满足电厂工艺联锁控制的需求。

在未来的发展中如果参与工艺联锁的综保装置能够根据ECS和DCS相关要求将控制信息和非控制信息分开，通过独立接口接入DPU和ECS通信管理机，信息的实时性和可靠性方面将得到提升，但是负荷增加将会对技术提出更高的要求，所以在未来的发展中需要DCS厂家、ECS厂家和电厂相互合作才能更好的实现全球通信方式的ECS。

六、结语

随着我国电力实业的发展，电气监控系统得到了广泛应用，就现阶段而言，“硬接线+通信”是最好解决ECS接入DCS实现机炉电一体化控制难题的方式，但是随着技术的进步，在未来全球通信方式也将被广泛应用。

参考文献

[1]钱可弭.新型发电厂电气监控系统的架构与实现[J].广东电力，2005，18（3）：21-25.

[2]吴泽生，吴艳萍.数字化电气监控管理系统的探讨[J].电力自动化设备，2004，24（1）：94-97.

作者简介

屈正果，男，（1985.6---），吉林省吉林市人，工程师；研究方向：电气工程及其自动化。