用于水电站主辅控制系统的信号传输电路
技术领域
本发明涉及水电站领域，特别涉及用于水电站主辅控制系统的信号传输电路。
背景技术
现有水电站计算机系统通常采用分层分布式网络布局，设置站控层设备(即上位机)、现地层设备(又称“现地控制单元”，英文简称LCU，Local Control Unit)。计算机监控系统站控层设备布置于电站中控室内，负责实现全站监控功能；现地层设备(LCU)根据电站规模、电站枢纽布置等具体情况进行设置，通常包括机组LCU、开关站LCU、电站公用系统LCU、闸门LCU等。站控层设备与现地层设备(LCU)之间通过光纤网络进行连接，实时采集、交换监控数据。现地层设备负责采集、处理全站所有控制、保护设备、智能装置的实时数据并上送至站控层设备，同时接收及下达远程控制命令至被控对象(各现地控制装置、站用电系统等)。
根据电站辅助设备、电气装置设置情况，水电站内的油、气、水系统设备、金属结构设备、电气辅助设备、厂房辅助设备分别就近设置现地控制设备(辅助控制设备)，LCU通过硬接点信号的方式与辅控设备之间传输监视、控制信号，并通过串口接线方式辅助进行信号传输上送。
现有的常规技术方案中，如图1所示，电站计算机监控系统中现地层LCU(主控设备)与现地控制设备(辅控设备)、厂用电配电系统之间，采用IO硬接点的方式进行信号传输，以串口通讯方式作为辅助手段。这一方案具有设计方案成熟，应用范围广的优点，但是也同时具有设备投资较高、电缆敷设工程量大、施工难度大、调试周期久、运行维护困难等弊端。
1、设备投资较高
目前水电站计算机监控系统LCU与辅控设备中，通常采用可编程序逻辑控制器PLC(Programmable Logic Controller)作为核心控制元件，由于常规方案采用硬接点方式向计算机监控系统上送信号并接收远控命令，因此需要在主控系统与辅控系统两侧均配置大量的PLC输入输出模块、继电器、信号隔离器等设备，投资较高。
2、电缆敷设工程量大
由于水电站辅助设备种类较多，包括厂内辅助的油、气、水系统设备、金属结构(闸门)设备、电气辅助设备等，且这些设备通常都分布在电站枢纽区域的各个部位，分布较为零散，因此需要敷设大量的控制电缆以实现对全站辅助设备的信号监视，工程量较大，费用较高。
3、施工难度大
水电站监控信号量较多，导致采用现有技术方案时，现场需要完成大量控制回路的配线工作，尤其是在计算机监控系统的LCU侧，往往一个控制屏柜都有几十上百根电缆接入，接线工作尤为繁杂。
4、调试周期久
按规范要求，所有屏柜上电前，硬接线信号均应进行对线对点工作，一个中型水电站也会有上万组接线需要一一对点，工作量巨大，导致需要较长的调试周期，且一旦出现遗漏，将造成后期运行中的事故风险。
5、运行维护困难
现有方案需要配置大量的PLC输入输出模块、继电器、信号隔离模块，导致在电厂投运之后，潜在故障点多，需要运行人员定期进行检查维护，及时更换易损件，带来较大的运行维护工作量，并且增加了备品备件的需求量和管理难度。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提出一种用于水电站主辅控制系统的信号传输电路，用以解决背景技术中所述的电缆敷设工程量大、施工难度大等问题。
为解决上述问题，本发明采用的技术方案是：用于水电站主辅控制系统的信号传输电路，包括上位机、第一交换机、LCU以及LCU的辅控设备，上位机通过网线与第一交换机连接，LCU中的CPU和辅控设备中的CPU均冗余配置有以太网接口，第一交换机通过网线分别与LCU中的CPU的以太网接口、辅控设备中的CPU的以太网接口连接。
进一步的，为了提高水电站主辅控制系统的信号传输电路的可靠性，本发明还可包括第二交换机，其中，上位机通过网线分别与第一交换机、第二交换机连接；LCU中的第一CPU和第二CPU分别配置了第一以太网接口、第二以太网接口，辅控设备在已有CPU基础上还配置有网络指令处理模块，且辅控设备中的已有CPU和网络指令处理模块分别配置了第三以太网接口、第四以太网接口；第一交换机通过网线分别与所述第一以太网接口、第三以太网接口连接，第二交换机通过网线分别与所述第二以太网接口、第四以太网接口连接。
具体的，所述网络处理模块可以为CPU模块或以太网模块。
进一步的，为进一步降低厂用电测控系统的电缆敷设工程量及施工难度，本发明中厂用电配电盘也冗余配置有以太网接口，厂用电配电盘冗余配置的以太网接口通过网线与第一交换机连接。
本发明的有益效果是：本发明应用开放式网络结构及通用的网络通讯规约实现水电站计算机监控系统LCU与辅控设备之间、厂用电测控系统之间的网络连接和信号传输，由于取消了常规水电站主辅控制系统中LCU与厂用电测控设备之间的控制电缆、串口通讯接线以及所需的PLC输入输出(IO)模块及继电器、端子排等附件，因此减少了水电站主辅控制系统、厂用电测控系统中厂用电配电盘的电缆的使用量和敷设工程量、减小了现场难度、缩短了调试周期，可大幅降低现场运行维护难度和故障率。同时，本发明也适应了现有网络技术的发展方向，具有良好的可扩展性和实用性。
附图说明
图1是水电站主辅控制系统的常规信号传输电路图；
图2是本发明提供的用于水电站主辅控制系统的信号传输电路图。
图中编号：1为LCU，2为LCU的辅控设备，3为串口通信线缆，4为控制电缆，5为网线。
具体实施方式
为了解决背景技术中所述的电缆敷设工程量大、施工难度大等问题，本发明的电路方案采用开放式工业以太网的水电站主辅控制系统网络结构，通过通用通信规约在水电站主控系统、辅控系统、厂用电测控系统(厂用电配电盘)之间进行跨平台信号传输。具体而言，实施例可在计算机监控系统各LCU侧，冗余设置2套现地层工业以太网交换机，分别接入计算机监控系统的主、备用网络，LCU分别接入2套交换机中；辅控设备中的PLC设置双以太网接口分别接入LCU侧的2套交换机中。对于采用冗余CPU配置的辅控设备PLC，可以直接使用2套CPU各自的以太网接口分别接入LCU侧的2套交换机中；对于未采用冗余CPU配置的辅控设备，则可通过配置单独的PLC以太网模块的方式实现接入2套交换机中。另外，厂用电测控系统也可根据不同的单元，按区域组网后，以屏蔽网线或光缆接入现地层工业交换机。
实施例的具体电路结构如图2所示，包括上位机、第一交换机、第二交换机、LCU以及LCU的辅控设备2，第一交换机用作常规交换机，第二交换机用作备用交换机，上位机通过网线5(可以是光缆或者常规网线)分别与第一交换机、第二交换机连接，LCU中的第一CPU和第二CPU分别冗余配置了第一以太网接口、第二以太网接口，辅控设备2在已有CPU基础上还冗余配置有网络指令处理模块，该网络处理模块可以为CPU模块或以太网模块；辅控设备2中的已有CPU和网络指令处理模块分别冗余配置了第三以太网接口、第四以太网接口；第一交换机通过网线分别与所述第一以太网接口、第三以太网接口连接，第二交换机通过网线分别与所述第二以太网接口、第四以太网接口连接。
为进一步降低厂用电测控系统的电缆敷设工程量及施工难度，实施例中厂用电配电盘也冗余配置有以太网接口，厂用电配电盘冗余配置的以太网接口通过网线与第一交换机连接。
由实施例具体电路方案说明以及图2可知，实施例应用开放式网络结构及通用的网络通讯规约实现水电站计算机监控系统LCU与辅控设备之间、厂用电测控系统之间的网络连接和信号传输，由于取消了常规水电站主辅控制系统中LCU与厂用电测控设备之间的控制电缆、串口通讯接线以及所需的PLC输入输出(IO)模块及继电器、端子排等附件，因此减少了水电站主辅控制系统、厂用电测控系统中厂用电配电盘的电缆的使用量和敷设工程量、减小了现场难度、缩短了调试周期，可大幅降低现场运行维护难度和故障率。同时，本发明也适应了现有网络技术的发展方向，具有良好的可扩展性和实用性。
