一、監控系統技術發展的3個階段
在科學技術高速發展的今天，作為發電廠自動化系統的一個組成部分，發電廠廠用電監控系統ECS(Electric Control System)技術經過了3個階段的發展歷程。
第1個階段是一對一的控制方式，即設置發電機廠用電控制屏，通過測量儀表、光字牌和指示燈進行監測，控制開關采用一對一的強電控制方式，也是發電廠設計原始的控制系統，此方式的控制系統特點是設備監控簡捷明了，自動化程度低。
第2個階段是電氣監控納入集散控制系統(DCS)。隨著計算機信息技術的發展和分散控制技術在自動控制領域廣泛應用，為提高發電機組的電、熱負荷適應能力和自動化水平，DCS已經在電廠自動控制領域得到廣泛應用，并逐步從較為簡單的數據采集系統(DAS)、模擬量控制系統(MCS)功能，逐漸發展到機電一體化控制系統。在這個階段，廠用電監控納入DCS主要是指發電機變壓器組由DCS進行測量與控制;直流系統、不間斷供電系統(UPS)、廠用電快切等由DCS實現數據采集;6kv廠用電保護、380v電動機控制裝置、380v配電控制裝置等各自獨立，測控功能由DCS直接進行。但主要存在以下問題:通信能力比較弱、可靠性不高(串口鏈路本身是沒有通信可靠性保證的，只能在通信規約中增加確認一重發機制來保證可靠性，但這是以降低通信效率為代價的)，對DCS下發的控制命令無法快速響應，也無法快速地把相關電氣量傳給DCS，不能滿足DCS對參與順序控制的電氣量迸行快速數據采集的要求。所以常規做法是對這些要參與DCS順序控制的電氣量專門鋪設二次電纜和加裝變送器，由DCS直接進行數據采集和控制操作，鋪設電纜的工作量很大，投資也很高，而廠用電保護裝置或電機控制中心(MCC)、動力中心(PC)控制裝置本身所具有的采集和控制功能沒有得至充分利用。
第3個階段是全數字化的電氣監控系統，并為DCS提供所需信息接口和控制接口。廠用電保護裝置和MCC、PC控制裝置已能滿足保護、測控和高速通信一體化的要求，通過工業現場總線或以太網將廠用電氣系統組成局域網，構建成專用的ECS，實現完全數字化的電氣信息量監控，同時為DCS提供高速實時的數字化通信接口。這時DCS對參與順序控制的電氣量的采集和控制完全是以通信軟報文的方式進行，不需要二次電纜硬接線(簡化了設計和施工的工作量，節省大量成本)。這個階段的ECS網絡架構見圖1。
圖1反映出ECS系統采用分層、分布的網絡結構，由系統站控層、通信層和間隔層3層所組成。
系統站控層采用100/10OOMbit/s(注:目前應用比較普遍的是10/1OOMbit/s自適應的以太網)的雙以太網冗余結構，根據運行管理的需要可設置數據庫服務器、電氣操作員站、電氣維護工程師站、網絡打印機、通信主站等，形成電氣系統監控和管理中心，并完成與DCS、監控信息系統(SIS)、管理信息系統(MIS)等系統的數據交換。
間隔層由數量眾多的廠用電保護裝置、MCC及PC控制裝置和其他智能裝置組成，考慮到電廠物理位置的分散性，間隔層一般先組成以下幾個局部網絡:6kV廠用電子系統、380V MCC及PC子系統、廠用公用子系統和保護及智能設備子系統等，各局部網絡之間再連接起來，形成完整的間隔層網絡。
通信層是站控層和間隔層之間的橋梁，主要由多臺通信管理機組成，起到溝通通信的作用。
從上述系統結構圖可看出，DCS對電氣間隔進行軟采集和控制主要經過以下3個主要的通信和處理環節:DCS刊ECS站控層之間的通信，ECS站控層和電氣間隔之間的通信，間隔層裝置的響應及處理。要實現DCS對電氣間隔的快速軟采集和控制，特別是能滿足順序控制的要求，就需要在ECS整體網絡方案設計時對這3個主要環節都要充分挖掘其通信速率的潛力，片面要求其中某一環節加快速度往往并不能使整體的通信速度滿足要求。對任一通信環節而言，通信介質和通信規約的選擇是提高通信速度的主要因素。
二、DCS和ECS控制層之間的通信
由于歷史和習慣的原因，DCS系統特別是國外進口的DCS系統大都使用串口的Modbus規約與其他裝置通信，這其中就包括和ECS站控層的通信主機之間的通信。串口介質本身就是相對低速的，通信帶寬有限;Modbus規約是個問答式規約，DCS是通信主機，ECS等其他裝置是通信的從機，只有主機能主動啟動通信過程，從機只能被動應答，即使從機中有數據變化，只要主機不召喚，從機無法主動上送;另外Modbus規約本身的通信機制也過于簡單，只能進行全數據或部分全數據的召喚和上送，不能優先提取少量的變化數據，這對有限的通信帶寬是很不利的;Modbus規約無通信鏈路通斷的判斷機制，DCS只能是根據連續兒次查詢而ECS都不應答來判斷通信鏈路已斷。這樣一個變化點在DCS和ECS控制層之間的傳輸時間是秒級的。為此DCS和ECS控制層之間的通信介質應采用基于TCP/IP的以太網，通信規約采用IECl04或OPC(
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