Abstract: This paper introduces communication design of a pumping storage power station
SCADA system , mainly expounds three aspects of communication that are all the LCU and IO
site communications, communications between the LCU, communications between the LCU and
subsystem, hope to provide certain reference for the application later.
Key words: Pumped storage SCADA system Siemens communications
【中图分类号】TV743 【文献标识码】B 文章编号1606-5123（2017）11-0000-00
1 引言
深圳某在建抽蓄电站装设4台30万KW的大型抽蓄机组，全厂计算机监控系统下位机由开关站LCU、厂用LCU、机组LCU、机组公用LCU、上库LCU、下库LCU等组成，上位机由2台主服务器、2台历史服务器、3台操作员站、1台工程师站、2台调度通讯服务器等组成。该计算机监控系统采用南京南瑞集团自主研发的SSJ-3000计算机监控系统，该系统已在浙江仙居抽蓄电站、溧阳抽蓄电站、江西洪屏抽蓄电站等投产电站稳定运行。该计算机监控系统是我国自主研发的，具有完全自主知识产权的计算机监控系统[1、2]。
2 系统概述
全厂计算机监控系统参见图1所示。
各个LCU分别配置A、B网卡，采用环网的形式与主交换机连接。LCU作为通讯环网的一部分，可利用环网与其他LCU实现通讯。LCU与多个远程子系统通过光电转换模块连接，为单向星型连接。
3 LCU与IO站点的通讯
计算机监控系统下位机LCU采用S7-400系类PLC，CPU为417-5H。一套LCU采用两个CPU，互为冗余，每个CPU配置两块CP443通讯网卡，作为上位机与下位机通讯的端口。其结构参见图2所示。
CPU与远程IO之间可通过Profinet与Profibus DP实现。
DP通讯为“单主站”结构，主站与从站之间的通讯基于主-从原则，通讯速度快，支持站点较多，其中CPU417最多可支持125个从站，单线最大通讯距离长达
Prifinet通讯基于工业以太网技术，采用全双工数据传输，可实现与冗余CPU机架的环网通信，可支持任意数量的控制器在网络中运行，同时拥有较好的安全、稳定性。
通过对比Profinet与DP通讯的优缺点，结合水电站计算机监控系统的特殊性，考虑到其LCU远程站点较多，以机组为例，本体、中间层、水轮机层相较远，使用一根DP线缆，距离较长，增大成本，同时距离增大伴随有信号抗干扰能力的降低。故对于普通IO与CPU的通讯采用Profinet实现，距离较远的可增加光电转换模块，使用光缆代替Profinet线缆，对于SOE信号采用DP通讯实现。其结构配置如下图所示。SOE信号与冗余机架采用两路DP通讯实现，一般IO模件与冗余CPU机架采用Profinet环网通讯实现[3]。
4 LCU与LCU间通讯
对于抽蓄电站的计算机监控系统，其控制逻辑中对LCU与LCU之间的通讯点需求较多。以机组与机组LCU之间的通讯为例，当采用BTB(背靠背)拖动工况时，需用通过LCU间的通讯判断各机组的状态、拖动/被拖动状态，同时需要通过通讯实现BTB拖动过程中的相互配合，实现最终被拖动机的并网、拖动机拖动完成后的自动停机。因此对于LCU与LCU之间的通讯需要高度可靠。
对于S7-400冗余CPU间的通讯，西门子提供了一种快捷、安全的方法——S7容错连接。其针对于冗余系统的间的通讯，最多可实现8条链路的建立，如图3所示，LCU1的2块A网网卡与LCU2的2块A网网卡可实现4条链路的建立，B网网卡与A网网卡一致，故S7容错连接的多链路建立可有效避免链路的中断，提高通讯的安全性。
5 LCU与远程子站点的通讯
5.1 子站点通讯结构
对于水电站这样的多系统复杂工况，常常需要实现计算机监控系统LCU对于其子系统的通讯，以机组LCU控制柜为例：机组LCU在实现对自身IO设备控制的同时，需要对球阀控制系统、主变冷却器控制系统、尾闸控制系统等进行通讯，实现对其数据的读取与操作。其结构如图4所示。
5.2 CPU模板2种profinet通讯方式解析
西门子为带profinet通讯接口的CPU提供了两种常用的CPU与CPU之间的通讯方法，分别为S7连接方式、智能设备连接方式。以下将分别介绍这两种通讯方式及其优缺点。
(1)智能设备连接方式：智能设备的连接方式是西门子为profinet的CPU提供的I device功能，该功能可使独立的控制系统同时作为IO采集处理器和IO模块。智能设备功能可以不影响该独立的控制单元实现对某一设备的控制，同时可以和其它控制器之间交换过程数据。其优点如下：
①实现简单的IO控制器的连接，无需额外的软件工具
②除了实时通信，还支持等时实时通信
③由于几个智能设备具有计算能力，这样对IO控制器的计算能力要求也就减少了
④由于处理本地过程数据，从而减少了通信负荷
⑤在不同的Step7项目中管理任务
因此，智能设备可以实现其作为一个IO设备连接一个上层IO控制器。该种连接方式适用于水电站这样的复杂工况。智能设备方式进行数据通讯时，需要将下层设备生成相应的GSD文件挂载到上层控制器的组态，实际进行硬件配置操作时较为复杂，同时当上层控制器采用环网方式时，该方法硬件配置较为复杂。
(2)S7连接方式：S7连接方式集成于每个SIMATIC S7系统中，属于OSI参考模型的第7层应用层协议，它独立于各个网络。S7连接方式通过不断重复接收收数据来保证网络报文的正确。S7连接的最大通信数据可达64KB。其通讯过程无需对侧编程，使用系统功能块便可实现数据的读、写。同时当下层控制profinet通讯口支持环网方式时，可直接接入上层控制器环网系统，配置简单。综合智能设备连接方式与S7连接方式通讯，S7连接更适用于当前的以环网方式连接的LCU控制系统。
6 结束语
通过采用profinet、DP通讯方式，实现了LCU控制柜CPU与远程IO模块的通讯；通过采用S7容错连接的方式，实现了LCU与LCU之间的通讯；通过采用S7连接实现LCU控制柜与远程子系统的通讯。对于计算机监控系统，通过上位机与LCU通讯便能实现对全厂设备的监控，减轻了监控系统的工作量，同时为后期维护打下良好的基础。
参考文献
[1]Huiming Wang,Haijun Jiang.Design of the control sequence for monitoring and control system of Pushihe Pumped Storage Power Station[J].IEEE International Conference on Computer Science & Automation Engineering, 2012,1:329-331.
[2]黄卉,徐利君.洪屏抽水蓄能电站计算机监控系统设计[J].《水力发电》, 2016 , 42 (8) :95-98.
[3]崔坚.西门子工业网络通讯指南[M].机械工业出版社,2009.
作者简介
胡海峰 （1992-） 男 硕士研究生 研究方向：水电自动化系统集成工程领域
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