畢業(yè)設(shè)計（論文）水電廠計算機監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

1、題 目：水電廠計算機監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn) 專 業(yè)： 電氣工程及其自動化 學(xué) 號： 姓 名： 袁能吉 指導(dǎo)教師： 林國松 學(xué)習(xí)中心： 四川大 學(xué)網(wǎng) 絡(luò) 教 育 學(xué) 院2011年 12 月 24日第一單概述11 水電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)概述進入90年代后，國內(nèi)外在水電站自動控制上普遍采用計算機監(jiān)控技術(shù)，或利用計算機控制系統(tǒng)與電站常規(guī)控制系統(tǒng)相結(jié)合對水電站設(shè)備進行控制，或利用計算機監(jiān)控系統(tǒng)直接對水電站設(shè)備進行監(jiān)控。水電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)是指整個水電站設(shè)備的控制、測量、監(jiān)視和保護均由計算機系統(tǒng)來完成。它代替了常規(guī)控制設(shè)備，監(jiān)視測量表計，完成機組的開停機控制，斷路器等開關(guān)設(shè)備的控制，完成電站的優(yōu)化運行，自動發(fā)

2、電控制(automaticgeneration control，簡稱agc),自動電壓控制(automatic voltage control，簡稱avc)，電站機組、變壓器、線路等各種運行設(shè)備參數(shù)的在線監(jiān)視，越限參數(shù)報警、記錄，歷史參數(shù)查詢，事故追憶，報表打印，完成監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備的自檢，是實現(xiàn)對整個電站所有設(shè)備進行控制、測量、監(jiān)視和保護的自動控制系統(tǒng)。其功能可用圖1-1來表示。現(xiàn)場干擾變量 . 水電廠生產(chǎn)過程執(zhí)行機構(gòu)信號采集計算機監(jiān)控系統(tǒng)計算機人工控制或給定目標(biāo)值圖1-1水電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)方框圖水電站的中控室負責(zé)管理和控制整個電站的正常運行，為了保證運行的可靠性和經(jīng)濟性，必須收集全廠各設(shè)備的

3、實時運行資料，以便及對做出響應(yīng)。譬如說：實時采集發(fā)電機組和全廠公用設(shè)備的運行狀態(tài)，運行參數(shù)，對電站各控制點和監(jiān)視點迸行自動安全監(jiān)測、越限報警，實現(xiàn)廠內(nèi)自動發(fā)電控制和自動電壓調(diào)整等。而計算機監(jiān)控系統(tǒng)正是基于以上理念，充分利用成熟的計算機控制技術(shù)、通訊技術(shù)、可編程控制器(programme logic controller，簡稱plc)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)將各機組lcu、勵磁調(diào)節(jié)器、調(diào)速器等連接起來，集中監(jiān)控水電站各臺機組的運行，以實現(xiàn)整個電站的經(jīng)濟運行。因此，水電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)的性能大大優(yōu)于常規(guī)的自動控制系統(tǒng)，所以又被稱為水電站計算機綜合自動化系統(tǒng)，既適用于新建電站使用，也適用于老電站對自動控制系統(tǒng)進行

4、技術(shù)改造。111 水電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展概況在歐美等一些工業(yè)發(fā)達國家，水電站計算機監(jiān)控技術(shù)發(fā)展較快，也較先進，自80年代起，許多水電站實現(xiàn)了無人值班或少人值班，提高了水電站設(shè)備運行的可靠性，降低了水電站運行費用。國內(nèi)水電站自動控制系統(tǒng)主要以常規(guī)設(shè)備為主，計算機監(jiān)控系統(tǒng)在水電站的應(yīng)用尚屬研發(fā)完善階段。在新建的大型水電站，較多地采用了水電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)，中小型水電站或已運行的許多老電站則采用常規(guī)自動控制設(shè)備居多，技術(shù)稍先進的中小型電站，或在常規(guī)自動控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上加上計算機功能控制單元，或用計算機功能控制單元改造常規(guī)自動控制系統(tǒng)，或在常規(guī)自動控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上加上計算機監(jiān)測系統(tǒng)。目前中小型水電

5、站計算機監(jiān)控系統(tǒng)，其開發(fā)的軟件有的基于dos系統(tǒng)，而基于windows平臺的軟件又往往針對大型水電站設(shè)計，不適于小型水電站應(yīng)用。我國電力部門的科技人員從七十年代開始對計算機在水電站的應(yīng)用進行了不懈的探索。經(jīng)過多年孜孜不倦的努力，我國水電站計算機監(jiān)控技術(shù)已經(jīng)有了很大的發(fā)展，從開始的摸索到初步形成工業(yè)化生產(chǎn)，達到實用水平，并形成幾種成熟的模式，技術(shù)水平、實用程度上已達到國外目前水平，有的方面甚至已趕上了國際先進水平。112 水電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢隨著計算機和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，水電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)的技術(shù)同樣也在迅速地發(fā)展，新的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、新的控制裝置、新的軟件等不斷涌現(xiàn)，目前水電站計算機監(jiān)控

6、技術(shù)主要朝著網(wǎng)絡(luò)化、智能化、人性化、軟件組態(tài)化、控制無人化方向發(fā)展。a網(wǎng)絡(luò)化水電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)的快速發(fā)展也是立足于計算機和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，在水電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)中，有上位機、現(xiàn)地控制單元等各種各樣的計算機及計算機控制裝置，若它們不形成網(wǎng)絡(luò)，則這些計算機及裝置只能獨立運行，不能實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，不能充分發(fā)揮出計算機控制系統(tǒng)的優(yōu)越性，只起到了代替常規(guī)自動控制設(shè)備的作用。因此，水電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)勢必向網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展。水電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)朝著網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展是數(shù)據(jù)實時共享的需要；裝置共享的需要；調(diào)度自動化的需要；系統(tǒng)擴展的需要。b智能化計算機和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的高速發(fā)展，使人工智能技術(shù)得到了迅速發(fā)展，人工智能技術(shù)在

7、機器人、汽車及其他領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。智能化也是水電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)的一大發(fā)展方向。水電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)智能化主要體現(xiàn)在對監(jiān)控系統(tǒng)的自動診斷，對電站設(shè)備的自動診斷和預(yù)防性維護，對運行人員進行操作指導(dǎo)，對事故、故障處理進行指導(dǎo)。c人性化水電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)的人性化就是使得冷冰冰、硬梆梆的計算機具有人情味、通人性。計算機、網(wǎng)絡(luò)和多媒體技術(shù)飛速發(fā)展，現(xiàn)在計算機己能聽、說、看，并能識別中文手寫文字，除通過傳統(tǒng)的鍵盤、顯示器、打印機等外設(shè)與人進行交流外，與人進行交流、溝通的途徑、渠道已越來越多，并越來越便利，越來越具有人情味。將多媒體技術(shù)用于水電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)，水電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)也就具備了聽、說、看

8、、寫的能力。故而人性化也是水電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展方向之一。d軟件組態(tài)化軟件組態(tài)化也是水電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)一大發(fā)展方向。組態(tài)化的軟件主要是指上位工控機和前置工控機的軟件。組態(tài)化軟件通常也是一種模塊化的軟件，有實時數(shù)據(jù)庫、動畫、上下限設(shè)置、狀態(tài)控制、各種實時趨勢圖和歷史趨勢圖、各種輸入輸出接口程序等等功能。組態(tài)軟件最大的特點是使用方便，維護方便。在使用方面通常使用菜單及各種圖形界面操作方式，操作使用直觀：在維護方面，其優(yōu)點明顯突出，組態(tài)軟件都提供有工具軟件，使得控制系統(tǒng)的開發(fā)者不必為每個控制系統(tǒng)編制源程序，只需根據(jù)對控制系統(tǒng)的要求，對軟件的功能進行設(shè)置組合，就完成了控制系統(tǒng)的軟件的組態(tài)，當(dāng)監(jiān)控

9、系統(tǒng)有設(shè)備或功能增減時，同樣可以方便地完成軟件的維護。使用組態(tài)軟件的優(yōu)點在于控制系統(tǒng)的開發(fā)時間短，軟件的可靠性高，因為軟件是經(jīng)過在各種情況下測試的，軟件的維護簡單方便。e控制無人化無人值班電站有時也被稱之為一人操作電站，即只需一個值班員就可進行電站的開停機控制、運行操作，這些操作完成后，自動控制系統(tǒng)就可自動控制電站設(shè)備運行，當(dāng)電站自動控制系統(tǒng)具有遠方遙控功能時，可由一人在遠方進行遙控操作。水電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)向無人化方向發(fā)展，其最大的優(yōu)點就是極大地減少了電站運行人員，減少了電站的運行費用，減少了電站的投資。12 冉家壩水電站概述冉家壩水電站位于重慶市最北端的城口縣境內(nèi)的任河干流上，是一座引水式

10、水電站，裝機容量14mw，年平均發(fā)電量4.99億kwh，年利用小時數(shù)3213h，保證出力24.12mw。電站以一回220kv線路接入城口縣22okv變電所，22okv電壓側(cè)采用單母線擴大接線方式。環(huán)境條件：海拔高度，519.15m(廠房)：年平均環(huán)境溫度，13.7；最高環(huán)境溫度，39.3；最低環(huán)境溫度，-13.2c；多年平均相對濕度，78；地震烈度6度。冉家壩水電站實現(xiàn)全廠計算機監(jiān)控的意義在于：1提高電站安全運行的可靠性在硬件方面，由于計算機監(jiān)控系統(tǒng)集成度的提高，可以大大減少控制系統(tǒng)的元件數(shù)量，使得水電站機組等各種設(shè)備的控制柜的數(shù)量減少，從而減少了控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障的機會，使得系統(tǒng)的可利用率大大

11、增加，提高控制系統(tǒng)工作的可靠性。在軟件方面，由于計算機監(jiān)控系統(tǒng)具有完善的閉鎖、靈活方便的智能控制、嚴(yán)格的邏輯操作順序，從而保證了監(jiān)控系統(tǒng)可以對電站進行有效的控制和調(diào)節(jié)，避免了人為的誤操作和誤判斷；另外還可以對設(shè)備運行狀態(tài)進行周密監(jiān)視，及時發(fā)現(xiàn)異?；螂[患，當(dāng)設(shè)備發(fā)生事故時，把事故限制在最小范圍內(nèi)，使電站運行的安全可靠性大大提高。2提高電站的經(jīng)濟運行冉家壩水電站在計算機監(jiān)控的基礎(chǔ)上實現(xiàn)廠內(nèi)自動發(fā)電控制，電網(wǎng)根據(jù)頻率的要求計算出冉家壩水電站實時調(diào)節(jié)負荷或日負荷曲線，將此信息傳送到冉家壩水電站的計算機監(jiān)控置，由電站的agc程序控制整個電站的有功功率來滿足系統(tǒng)的需要，從而實現(xiàn)了在電站負荷給定之后，所需的

12、耗水量最小，或以最少的耗水發(fā)出最多的電能，為冉家壩水電站創(chuàng)造出最大的經(jīng)濟效益。3提高供電質(zhì)量冉家壩水電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)可以根據(jù)系統(tǒng)分配給的總負荷，由廠內(nèi)agc經(jīng)過經(jīng)濟運算后將計算所得的單臺機組的負荷分配值通過串行通信口直接下達給調(diào)速器的控制裝置，將機組出力調(diào)整至目標(biāo)值，從而使機組即快又穩(wěn)地滿足agc的負荷分配要求和調(diào)節(jié)精度。這種以數(shù)字量的形式傳送控制信號，不但取消了“發(fā)電機負荷遙調(diào)接口裝置”，而且從根本上避免脈沖調(diào)節(jié)方式存在的缺點，提高機組負荷調(diào)節(jié)品質(zhì)和供電質(zhì)量。4提高勞動生產(chǎn)率由于計算機監(jiān)控系統(tǒng)能夠?qū)崟r監(jiān)控水電站設(shè)備運行情況，把運行人員從日常操作、監(jiān)視設(shè)備運行等繁雜重復(fù)的工作中解放出來，進一

13、步提高了電站的運行和科學(xué)管理水平，從而減少了運行費用，改善工作條件，使勞動生產(chǎn)率得以提高。13 本論文的主要內(nèi)容本論文針對我國小水電站豐富，自動化水平低的特點，在考察、分析了國內(nèi)外水電站(廠)典型計算機監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，依據(jù)國家電力公司目前對水電站(廠)計算機監(jiān)控系統(tǒng)的有關(guān)規(guī)定，吸取他們先進的系統(tǒng)設(shè)計思想，針對冉家壩水電站運行監(jiān)控的技術(shù)特點，立足于工程實際，主要完成如下幾方面工作。同時對在現(xiàn)場中遇到的問題進行了分析，并提出了解決辦法。本課題內(nèi)容包括：1分析冉家壩水電站運行監(jiān)控的技術(shù)要求。2設(shè)計冉家壩水電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)配置。3設(shè)計冉家壩水電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)中現(xiàn)地控制單元(loc

14、ation control unit，簡稱lcu)，完成lcu的結(jié)構(gòu)設(shè)計、硬件配置和應(yīng)用程序的開發(fā)，最終實現(xiàn)lcu的監(jiān)視和控制功能。4嘗試探討小水電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)的硬軟件可靠性問題，提出抗干擾措施。第二章 水電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)總體方案設(shè)計21 水電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)的功能要求分析水電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)的主要功能要求實時、準(zhǔn)確、有效的完成對本電站被控對象的安全監(jiān)控，包括：數(shù)據(jù)采集及處理功能；安全運行監(jiān)視功能及事件報警：事故追憶：控制和操作功能；自動發(fā)電控制(agc)、自動電壓控制(avc)和經(jīng)濟運行功能；定值、報表的生成與打印功能；設(shè)備運行統(tǒng)計記錄及生產(chǎn)管理功能；遠動通訊功能：畫面顯示功能：人機接

15、口；時鐘同步；軟件開發(fā)及維護功能：系統(tǒng)自診斷與自恢復(fù)功能；冗余容錯功能；其它輔助功能。水電站計算機監(jiān)控的內(nèi)容在不同的水電站有所不同，但基本內(nèi)容相同：水電站設(shè)備的控制，水電站設(shè)備的調(diào)節(jié)，水電站設(shè)備的保護，水電站設(shè)備的監(jiān)測，水電站設(shè)備的運行狀態(tài)、運行參數(shù)的自動記錄、打印，作為調(diào)度自動化系統(tǒng)的遠方終端(rtu)，水電站優(yōu)化運行，水電站的事故處理。上述內(nèi)容中，有部分是水電站常規(guī)自動控制系統(tǒng)同樣具有的，有部分內(nèi)容是水電站采用計算機監(jiān)控后增加的。1水電站設(shè)備的控制水電站設(shè)備控制操作的內(nèi)容有：水電站機組的控制，水電站輔助設(shè)備的控制，水電站進水主閥、進水閘門的控制，水電站升壓站電氣設(shè)備的控制和廠用電的控制。2

16、水電站設(shè)備的調(diào)節(jié)水電站設(shè)備的調(diào)節(jié)有：水電站機組的調(diào)節(jié)、整個水電站的調(diào)節(jié)、水電站升壓站的調(diào)節(jié)。3水電站設(shè)備的保護水電站設(shè)備的保護有：水電站機組的保護、水電站升壓站電氣設(shè)備的保護和廠用電的保護。水電站機組的保護分為電氣保護和機械保護。水電站升壓站電氣設(shè)備的保護分為出線保護和主變壓器保護，有的還有母線保護。4水電站設(shè)備的監(jiān)測水電站設(shè)備的監(jiān)測內(nèi)容一般有：水電站機組的監(jiān)測、水電站升壓站電氣設(shè)備的監(jiān)測、水電站進水口攔污柵及上下游水位的監(jiān)測、水電站輔助設(shè)備的監(jiān)測、廠用電的監(jiān)測等。5水電站設(shè)備的運行狀態(tài)、運行參數(shù)的自動記錄、打印采用常規(guī)自動控制系統(tǒng)的水電站，水電站運行情況、運行參數(shù)的記錄，由運行人員在運行日志

17、上人工記錄，水電站實現(xiàn)計算機監(jiān)控后，則可由計算機監(jiān)控系統(tǒng)自動完成數(shù)據(jù)采集，并打印出運行日志，自動統(tǒng)計日、月、年運行報表。水電站設(shè)備的運行狀態(tài)、運行參數(shù)的自動記錄、打印的內(nèi)容有：整個水電站的運行狀態(tài)、運行參數(shù)，水電站機組的運行狀態(tài)、運行參數(shù)，水電站升壓站的運行狀態(tài)、運行參數(shù)，水電站廠用電設(shè)備的運行狀態(tài)、運行參數(shù)。上述這些運行狀態(tài)、運行參數(shù)可由計算機監(jiān)控系統(tǒng)自動按設(shè)計好的日、月、年運行報表打印出來。6作為調(diào)度自動化系統(tǒng)的遠方終端(remote terminal unit，簡稱rtu)水電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)，能直接對水電站設(shè)備進行控制操作、數(shù)據(jù)采集，因此可以作為rtu，通過計算機監(jiān)控系統(tǒng)的通信口與調(diào)度

18、端的計算機進行數(shù)據(jù)交換。采用常規(guī)自動控制系統(tǒng)的水電站，要實現(xiàn)調(diào)度自動化，則必須增加rtu、電氣量、非電氣量變送器、傳感器等。7水電站優(yōu)化運行在水電站實現(xiàn)優(yōu)化運行也是水電站計算機監(jiān)控的內(nèi)容，水電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)利用中長期洪水預(yù)報及實時雨量測報，可使水電站進行優(yōu)化運行，合理調(diào)整水電站的運行，合理分配機組問的負荷，使整個水電站運行的綜合效率最高，達到消耗盡量少的水發(fā)出盡量多的電的目的。對于徑流式水電站，水電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)可使電站機組按上游水位調(diào)節(jié)機組出力，實現(xiàn)簡易優(yōu)化運行。8水電站的事故處理水電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)的事故處理內(nèi)容主要分為機組事故處理和升壓站電氣設(shè)備事故處理，也還有水電站其他設(shè)備的事故處

19、理。22 計算機監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)模式及特點分析水電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)由上位工控機和lcu組成。機組測量、調(diào)節(jié)、控制、保護屏構(gòu)成機組當(dāng)?shù)乜刂茊卧猯cu；升壓站、線路、同期、公用設(shè)備測量控制保護屏構(gòu)成升壓站、線路、公用設(shè)備當(dāng)?shù)乜刂茊卧猯cu：水工測量、控制構(gòu)成水工現(xiàn)地控制單元lcu。自20世紀(jì)70年代水電站采用計算機監(jiān)控系統(tǒng)以來，計算機監(jiān)控系統(tǒng)有以下幾種典型的應(yīng)用。1、集中式監(jiān)控系統(tǒng)早期，計算機比較貴，只能設(shè)一臺計算機對全廠進行集中監(jiān)控，只要計算機一出故障，整個控制系統(tǒng)就癱瘓，只能改為手動控制運行，性能大大降低；其次，由于所有信息都要送到這臺計算機，現(xiàn)場需要敷設(shè)很多電纜，機組臺數(shù)越多，電纜也越多，這不

20、但增加了投資，而且降低了系統(tǒng)的可靠性，電纜及其接頭容易發(fā)生故障，通信也是薄弱環(huán)節(jié)。2、功能分散式監(jiān)控系統(tǒng)隨著計算機價格的下降和水電站對監(jiān)控系統(tǒng)可靠性要求的提高，采用多臺專用功能微機將全廠控制、調(diào)節(jié)、數(shù)據(jù)采集等各類要求通過負載分散、危險分散、功能分散、地域分散等而得以實現(xiàn)，就出現(xiàn)了多微機系統(tǒng)，這種結(jié)構(gòu)可以克服集中式監(jiān)控系統(tǒng)的弊病。3、以設(shè)備單元分布的分層分布式監(jiān)控系統(tǒng)分層分布式監(jiān)控系統(tǒng)在地域上是分散的，即按控制對象進行分散。分層分布式監(jiān)控系統(tǒng)一般分為二個層次：上面一層稱為上位機，下面一層以發(fā)電機組為單元，將數(shù)據(jù)采集與控制集成到一臺微機或plc裝置中，構(gòu)成了lcu。由于各臺機組的信息由各臺機組控制

21、單元進行處理，就不必敷設(shè)許多電纜將信息送到一處集中處理，可以節(jié)省相應(yīng)的投資，整個系統(tǒng)的可靠性也得到顯著的提高。4、基于開放系統(tǒng)地分布式監(jiān)控系統(tǒng)隨著計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，計算機應(yīng)用軟件越來越復(fù)雜，軟件開發(fā)地投入也越來越大，為使這些巨大的軟件資源能在不同的計算機平臺上運行，形成了一系列的開放系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)，例如tcpip、opc等，基于開放系統(tǒng)的分布式計算機監(jiān)控系統(tǒng)具有通用性和可移植性，監(jiān)控系統(tǒng)軟件可以安裝在任何具有開放系統(tǒng)的計算機上。5、基于對象技術(shù)的分布式監(jiān)控系統(tǒng)基于面向?qū)ο蠹夹g(shù)的分布式監(jiān)控系統(tǒng)，從系統(tǒng)設(shè)計、編程語言選擇到用戶界面等一系列過程，都依據(jù)面向?qū)ο蟮睦砟?、原則和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，都給用戶使用

22、和維護帶來極大方便。隨著計算機網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的發(fā)展，一般大、中型水電站機組臺數(shù)多，容量大，主接線復(fù)雜，在采用網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)支持下的分層分布式計算機監(jiān)控系統(tǒng)是較好的選擇。這些年來新投運的水電站監(jiān)控系統(tǒng)幾乎都采用分層分布式的，水力發(fā)電廠計算機監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計規(guī)定(dlt50651996)明確指出：“監(jiān)控系統(tǒng)宜采用分層分布式結(jié)構(gòu)，分設(shè)負責(zé)全廠集中監(jiān)控任務(wù)的電廠級及完成機組、開關(guān)站和公用設(shè)備等監(jiān)控任務(wù)的現(xiàn)地控制級?！比_放、分布式監(jiān)控系統(tǒng)是近年來在分布式監(jiān)控系統(tǒng)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，整個系統(tǒng)中各設(shè)備均遵循iso、ieee、iec等國際標(biāo)準(zhǔn)規(guī)約，共同與全開放式的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成一個全開放、全分布式的監(jiān)控系統(tǒng)，這樣形成的系

23、統(tǒng)各設(shè)備節(jié)點的獨立性、自治性都很高，設(shè)備的增減，故障設(shè)備的更換都很方便，整個系統(tǒng)的可靠性、可維護性也將得到顯著提高。這也是今后大、中型水電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)模式發(fā)展的方向。當(dāng)條件許可時，最好采用全開放、分布式監(jiān)控系統(tǒng)。分層分布式控制方式有下列優(yōu)點： (1)凡是不涉及整個系統(tǒng)性質(zhì)的監(jiān)控功能，可安排在較低層實現(xiàn)，這不僅加速了控制過程的實現(xiàn)，即提高了響應(yīng)性能而且減輕了控制中心的負擔(dān)，減少了大量的信息傳輸，也提高了系統(tǒng)的可靠性。(2)在分層控制系統(tǒng)中，即使系統(tǒng)的某個部分因發(fā)生故障而停止工作，系統(tǒng)的其他部分仍能正常工作，分層之間還可以互為備用，從而大大地提高了整個系統(tǒng)的可靠性。(3)采用分層控制方式時，對

24、控制設(shè)備和信息傳輸設(shè)備的要求可適當(dāng)降低，需要傳送的信息量減少，敷設(shè)的電纜也大大減少，主計算機的負擔(dān)也減輕，這些均導(dǎo)致監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備投資的減少。(4)可以靈活地適應(yīng)被控制生產(chǎn)過程的變更和擴大，可實施分階段投資，這些都提高了系統(tǒng)的靈活性和經(jīng)濟性。23 冉家壩水電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計231冉家壩水電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計原則和功能要求根據(jù)電力工業(yè)部頒發(fā)的關(guān)于水電廠“無人值班”(少人值守)的若干規(guī)定(電安生【1996】484號中提出的在水電站中逐步推行“無人值班，少人值守”管理模式的要求，借鑒國內(nèi)外其它電廠監(jiān)控系統(tǒng)的經(jīng)驗并針對冉家壩電站的整體情況，系統(tǒng)功能滿足“無人值班，少人值守”的原則進行總體配置，

25、整個電站的監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計原則如下：(1)監(jiān)控系統(tǒng)本著安全、可靠、經(jīng)濟、實用的原則，按無人值班(少人值守)原則進行總體設(shè)計。(2)監(jiān)控系統(tǒng)采用全計算機監(jiān)控的方式，采用最新的功能和設(shè)備均按全計算機監(jiān)控方式進行設(shè)計和配置。系統(tǒng)投入運行后，使全站運行管理達到無人值班(少人值守)。(3)監(jiān)控系統(tǒng)高度可靠，與電站安全運行密切相關(guān)的設(shè)備采用雙重化配置，監(jiān)控系統(tǒng)本身的局部故障不影響現(xiàn)場設(shè)備的正常運行。系統(tǒng)各項性能指標(biāo)均滿足dlt578-1995水電廠計算機監(jiān)控系統(tǒng)基本技術(shù)條件的規(guī)定；(4)系統(tǒng)主要硬件設(shè)備采用進口原裝設(shè)備。(5)監(jiān)控系統(tǒng)采用分層、分布、開放式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，各單元采用標(biāo)準(zhǔn)模件，既便于功能和硬件的更新和

26、擴展，又方便日常運行的維護。軟件模塊化、結(jié)構(gòu)化，使系統(tǒng)更能適應(yīng)功能的增加和規(guī)模的擴充。(6)系統(tǒng)實時性好，抗干擾能力強。(7)人機界面采用全中文顯示，功能強，操作方便，簡潔、靈活，便于二次開發(fā)；(8)在保證系統(tǒng)的實時性和可靠性等技術(shù)指標(biāo)的同時，系統(tǒng)可維護性好。(9)采用windows2000操作系統(tǒng)、sun cluster 9.0操作系統(tǒng)，采用動態(tài)多窗口圖形顯示技術(shù)。(10)所有的系統(tǒng)軟件以及應(yīng)用軟件具備版本升級以及開發(fā)延續(xù)的能力。232冉家壩水電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計冉家壩水電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)采用符合開放系統(tǒng)國際標(biāo)準(zhǔn)的、開放式環(huán)境下全分布計算機監(jiān)控系統(tǒng)。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2-1。圖2-1巴山冉

27、家壩水電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)說明：(1)主機操作員工作站主機功能包括對整個電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)的管理，agc、avc計算和處理，數(shù)據(jù)庫管理，在線及離線計算功能，各圖表、曲線的生成，事故故障信號的分析處理等。主機同時供運行值班人員使用，具有圖形顯示、全廠運行監(jiān)視和控制功能、發(fā)操作控制命令、作定制修改、設(shè)定與變更工作方式等功能。全廠所有的操作控制都可以通過鼠標(biāo)器及鍵盤而實現(xiàn)；通過彩色顯示器可以對全廠的生產(chǎn)、設(shè)備運行作實時監(jiān)控，并取得所需的各種信息。采用雙機，互為冗余熱備，切換無擾動。其中一臺主機還可兼通信服務(wù)器功能，完成與站內(nèi)其他系統(tǒng)的通訊，并預(yù)留與市調(diào)、地調(diào)、一級電站及二級電站的通信接口。配置

28、聲卡、音箱和語音軟件，設(shè)置語音報警系統(tǒng)作為電站監(jiān)控系統(tǒng)的一部分，對電站故障和事故發(fā)語音報警，提醒運行人員。具有語音報警、測試等功能。(2)通信工作站完成與站內(nèi)其他系統(tǒng)的通訊，并預(yù)留與市調(diào)、地調(diào)、一級電站及二級電站的通信接口。(3)語音報警工作站水電站設(shè)1套語音報警工作站。主要任務(wù)是完成語音報警功能、on-call功能。on-call功能系統(tǒng)全稱為電站事故自動報警通知系統(tǒng)，指電站由計算機監(jiān)控實行定時巡檢和運行維護人員隨時處于待召喚狀態(tài)，隨叫隨到，確保電站安全穩(wěn)定運行的一種先進管理模式，是實現(xiàn)電站人找信息到信息找人的革命性飛躍。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)配置：dell 工作站英特爾p424ghz內(nèi)存：512mb硬盤

29、80gultraataloocd-rom 網(wǎng)卡：100mb網(wǎng)卡*2聲卡顯示器：20寸tft鍵盤、鼠標(biāo)、電源線、音箱(4)打印機設(shè)置打印機2臺，完成各種信息及報表打印以及計算機監(jiān)控系統(tǒng)的其他打印服務(wù)功能；打印方式以召喚打印為主，定時打印為輔；主要性能要求：最小打印速度：16ppm，66mhzrisc處理器：打印分辨率：1200dpi：打印方式：激光式：打印紙尺寸：a3a4內(nèi)存：4mb(5)不間斷ups電源配置電力系統(tǒng)不間斷電源構(gòu)成電源系統(tǒng)，供電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)主控級使用；電源配置單獨采用逆變電源。(6)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備主計算機和各lcu之間通過ioioom網(wǎng)絡(luò)交換機聯(lián)接成以太網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)主要為光纜，雙

30、網(wǎng)，網(wǎng)絡(luò)速率為l00mbps，網(wǎng)絡(luò)協(xié)議為tcpip。上位機系統(tǒng)各控制系統(tǒng)和設(shè)備與網(wǎng)絡(luò)交換機間的通訊介質(zhì)為超五類屏蔽雙絞線，plc通過光纖和光纖收發(fā)器與網(wǎng)絡(luò)交換機相連，以增強網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的現(xiàn)場抗干擾能力，所有上位機的數(shù)據(jù)傳輸速率為100mbps，現(xiàn)地控制單元的數(shù)據(jù)傳輸速率為l0mbps。(7)lcu共4套，2套機組lcu、2套公用開關(guān)站lcu，實現(xiàn)對生產(chǎn)對象的監(jiān)控。lcu選用ge的90_30plc構(gòu)成現(xiàn)地控制單元。233 冉家壩水電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)軟件選擇包括系統(tǒng)軟件和工業(yè)控制組態(tài)軟件兩部分。a系統(tǒng)軟件國內(nèi)監(jiān)控系統(tǒng)軟件通常選用較為成熟的unix和wlndows2000nt兩種操作系wind0ws20

31、00操作系統(tǒng)按客戶服務(wù)器方式設(shè)計，搶先式多任務(wù)，可移植性，可用于多種硬件平臺。它是水電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)較理想的操作系統(tǒng)。b組態(tài)軟件工業(yè)控制組態(tài)軟件種類很多，國外有名的組態(tài)軟件有：ifix、wincc、intouch、logix5000等。國內(nèi)在電力行業(yè)應(yīng)用較多的有：南瑞nc2000和ec2000、水科院的h9000等。在選型時主要考慮其應(yīng)用的成熟度，接口的開放性及人機界面漢化程度，現(xiàn)在ifix、wincc都有漢化版本在國內(nèi)均有出售，故選用wincc組態(tài)軟件。234 冉家壩水電站廠站級與單元控制級功能的分配本監(jiān)控系統(tǒng)為分層分布式結(jié)構(gòu)。由廠站級和現(xiàn)地控制級組成，現(xiàn)地控制級設(shè)兩臺機組lcu和一套開關(guān)

32、站和公用設(shè)備lcu。lcu作為全站監(jiān)控系統(tǒng)的現(xiàn)地控制級，向廠站級上行發(fā)送采集的各種數(shù)據(jù)和事件信息，接受廠站級的下行命令對設(shè)備進行監(jiān)控，在上位機或網(wǎng)絡(luò)故障時又能獨立工作。因此在系統(tǒng)總體功能分配上，數(shù)據(jù)采集和控制操作的主要功能均由lcu完成。第3章 lcu的硬件和程序設(shè)計31 機組lcu的功能lcu布置在機組旁，其監(jiān)控對象為水輪發(fā)電機組及其輔助設(shè)備，是計算機監(jiān)控系統(tǒng)底層的控制部分，它是整個監(jiān)控系統(tǒng)的核心，它向廠站級發(fā)送采集的各種數(shù)據(jù)和事件信息，并接受廠站級的命令對設(shè)備進行監(jiān)控，同時又能脫離廠站級獨立工作。每臺機組設(shè)置一臺lcu，接收操作員站指令或現(xiàn)地指令控制本臺機組，根據(jù)現(xiàn)場的開關(guān)量、模擬量及部分

33、溫度量輸入信號，執(zhí)行并監(jiān)測控制序列。完成如下功能：現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集；進行機組開機、停機、工況轉(zhuǎn)換、并網(wǎng)、水機保護等操作；通過接口與調(diào)速器、勵磁調(diào)節(jié)器及同期裝置進行通訊；實現(xiàn)對機組有功功率和無功功率的自動調(diào)節(jié).機組lcu的功能由自動控制、數(shù)據(jù)采集、通訊和輔助功能四部分組成，具體如下：1、自動控制：1)機組快速閘門控制，包括快速閘門的正常開啟、關(guān)閉和事故時緊急關(guān)閉。2)開停機控制：正常開停機和事故停機。3)負荷控制：有功功率和無功功率的具體調(diào)節(jié)。4)水機保護：機組軸承、軸瓦等部分溫度過高、機組操作壓力油油壓過低、機組過速等的事故停機、跳機組出口開關(guān)等。5)電氣事故處理：機組各種電氣事故停機、跳機組出

34、口開關(guān)等。6)機組壓力油罐油壓、油面自動控制，包括根據(jù)壓力油壓力(6.3mpa)控制啟動壓力油泵，6.3mpa控制機組壓力油泵停止)控制兩臺壓油泵的自動切換啟停和壓力油罐內(nèi)油面高度的自動控制。7)機組漏油槽油位控制，包括漏油箱油位控制兩臺漏油泵的起停。8)風(fēng)閘控制.9)低周波自動啟動控制。10)機組運行工況轉(zhuǎn)換，包括接收廠站級系統(tǒng)的命令具體完成機組停機到發(fā)電、發(fā)電到調(diào)相，發(fā)電到停機、調(diào)相到停機的一系列狀態(tài)轉(zhuǎn)換操作。2、數(shù)據(jù)采集：1)模擬量，包括機組電氣量(如定子電壓、轉(zhuǎn)子電壓、定子電流、勵磁電流、功率因數(shù)、頻率、有功功率、無功功率、有功電量、無功電量等)和非電氣量(如機組各部油位、油壓、風(fēng)壓、

35、冷卻水壓力、壓力差等)。現(xiàn)場變送器輸出統(tǒng)一采用420ma電流輸出到plc的模擬量輸入模塊。2)溫度量，包括機組各軸瓦、冷卻器熱風(fēng)溫度。現(xiàn)場元件采用cu53和ptl00熱電阻，信號輸入到plc的溫度量采集模塊。3)開關(guān)狀態(tài)量，包括機組出口開關(guān)、發(fā)電機滅磁開關(guān)（fmk）、勵磁轉(zhuǎn)換開關(guān)lzk、機組導(dǎo)水葉主令控制器開度位置接點、來自機組轉(zhuǎn)速信號器的接點等。4)故障信息，包括機組各部分故障、異常和事故信息。3、通訊功能：包括與站級計算機系統(tǒng)的通訊和與調(diào)速器、勵磁調(diào)節(jié)器等的通訊，采用modbus或硬接線方式。4、輔助功能：包括發(fā)電、調(diào)相小時數(shù)累計，備用小時數(shù)累計、出口開關(guān)合閘次數(shù)累計，以及plc自診斷和相

36、應(yīng)處理等。32 lcu的結(jié)構(gòu)模式目前，水電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)的現(xiàn)地控制單元硬件設(shè)備有下列幾種結(jié)構(gòu)模式：321 一體化工控機直接聯(lián)網(wǎng)結(jié)構(gòu)如圖3-1所示，這種模式的lcu通過工控機來完成復(fù)雜的數(shù)據(jù)處理和與底層通信等功能，它的缺點是當(dāng)工控機故障時，將會導(dǎo)致lcu失去與廠站級的聯(lián)系，系統(tǒng)的可靠性會降低。322 控制面板和plc直接聯(lián)網(wǎng)結(jié)構(gòu)如圖3-2所示，當(dāng)對水電站的可靠性要求較高時，通過設(shè)置控制面板，在機組控制單元發(fā)生故障時仍能對機組進行機旁的自動操作，系統(tǒng)的可靠性提高，但由于增加了常規(guī)控制系統(tǒng)，系統(tǒng)投資比較大，二次接線復(fù)雜。323 觸摸屏和plc直接聯(lián)網(wǎng)結(jié)構(gòu)如圖3-3所示，由于plc直接接入以太網(wǎng)，在

37、機旁設(shè)置觸摸屏作為人機界面，可以實現(xiàn)機組的現(xiàn)地監(jiān)視與控制，這種配置方式已成為機組lcu結(jié)構(gòu)的主流模式，得到了廣泛的應(yīng)用。 圖3-3 lcu+觸摸屏工控機從控制器的冗余配置方式來講，以目前應(yīng)用最廣的觸摸屏+lcu直接聯(lián)網(wǎng)為例，控制器有單機型，并聯(lián)冗余型和主輔冗余型lcu幾種配置模式。a單機型lcu單機型lcu是目前應(yīng)用最廣的配置方式之一，是由一套單cpu及其i0模件構(gòu)成的主控制器，以及所需的其它輔助設(shè)備組成的，如圖34所示。 圖34單機型lcu示意圖b并聯(lián)冗余型lcu并聯(lián)冗余型lcu是指一套lcu中包含了完整的且相同配置plc控制器及各自的io模件，如圖3-5所示。當(dāng)任一 plc出現(xiàn)故障都不影響

38、lcu對機組的持續(xù)監(jiān)控，可靠性得到了極大的提高，但由于投資成本較大，輸入輸出回路較為復(fù)雜，目前主要在大型機組應(yīng)用。 圖35并聯(lián)冗余型lcu示意圖c主輔冗余型lcu主輔冗余型lcu是以實際應(yīng)用為出發(fā)點為解決并聯(lián)型冗余型lcu的缺點而產(chǎn)生的配置方式，即在一套lcu中配置一大一小兩套plc控制器，大型plc作為lcu的核心控制器，具有l(wèi)cu所有的功能，小型plc僅完成當(dāng)主plc故障時仍能對機組進行開停機等的順序控制功能，如圖36所示。主輔冗余型lcu由于經(jīng)濟靈活，可靠性高，輸入輸出回路較為簡單，各控制器生產(chǎn)廠家的主流plc均能實現(xiàn)這種配置模式，因此在許多大中型水電站的計算機監(jiān)控系統(tǒng)中得到的廣泛的應(yīng)用

39、。通過對國內(nèi)lcu現(xiàn)狀及l(fā)cu配置模式的分析來看，目前現(xiàn)地控制單元均以plc可編程序邏輯控制器為基礎(chǔ)，plc以其高可靠性、編程方便、配置靈活等優(yōu)點在邏輯控制方面有無可比擬的優(yōu)越性。 圖36 主輔冗余型lcu示意圖33 冉家壩水電站對于機組及公用lcu的功能要求331 數(shù)據(jù)采集與處理功能lcu通過此功能對電站的主輔設(shè)備的運行狀態(tài)，運行參數(shù)及測量值進行實時采集、工程量化，存入實時數(shù)據(jù)庫，作為系統(tǒng)實時監(jiān)控、告警、控制、制表，計算和處理的依據(jù)。數(shù)據(jù)采集的對象分為模擬量、開關(guān)量、脈沖量、數(shù)碼量等。a模擬置模擬量分為電氣模擬量、非電氣模擬量及溫度量。模擬量信號的采集為定時掃查方式。對模擬量信號的處理包括回

40、路斷線監(jiān)測、數(shù)字濾波、誤差補償、數(shù)據(jù)有效性合理性判斷、標(biāo)度換算、梯度計算、越復(fù)限判斷及越限告警，最后經(jīng)工程及格式化處理后存入實時數(shù)據(jù)庫。b開關(guān)量開關(guān)量包括事件順序記錄(soe)開關(guān)量和普通開關(guān)量兩種。soe開關(guān)量指事故、斷路器分合及重要繼電保護的動作信號。監(jiān)控系統(tǒng)采用中斷方式迅速響應(yīng)這些動作信號并以毫秒級的時間分辨率進行記錄。普通開關(guān)量是指soe開關(guān)量以外的各類故障信號、報警信號、隔離開關(guān)位置、設(shè)備狀態(tài)等。監(jiān)控系統(tǒng)對普通開關(guān)量的采集為定時掃查方式。對開關(guān)量信號的處理包括光電隔離、硬件及軟件濾波、基準(zhǔn)時間補償、數(shù)據(jù)有效性合理性判斷、啟動相關(guān)量處理功能(如啟動事件順序記錄、事故報警、自動推出畫面及

41、自動停機等)，最后經(jīng)格式化處理后存入數(shù)據(jù)庫。c脈沖量脈沖量主要指來自脈沖電度表的有功電度及無功電度等。對脈沖量的處理包括硬件及軟件濾波、脈沖累加、數(shù)據(jù)有效合理性判斷、標(biāo)度變換、檢錯糾錯處理，經(jīng)格式化處理后存入實時數(shù)據(jù)庫。電度量可以進行峰平谷分時累計。d數(shù)碼量數(shù)碼量信號主要指水位bcd碼輸入量。采用多點開關(guān)量并行采集，然后轉(zhuǎn)換為相應(yīng)模擬量數(shù)值。對數(shù)碼量的處理包括光電隔離、數(shù)字濾波、碼制變換、數(shù)據(jù)有效合理性判斷、標(biāo)度變換等，經(jīng)格式化處理后存入實時數(shù)據(jù)庫。e綜合量綜合量包括開關(guān)量和綜合模擬量是對上述采集的量進行四則、邏輯運算得到的量，如機組狀態(tài)，母線狀態(tài)等。332 安全運行監(jiān)視狀態(tài)監(jiān)視和事件報警越復(fù)

42、限檢查和梯度越限檢查和報警控制命令執(zhí)行中可在面板顯示操作全過程及操作受阻部位電站設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)視和參數(shù)顯示333 控制和調(diào)節(jié)a控制和操作類型lcu能接受當(dāng)?shù)鼗騺碜陨衔粰C的命令，完成對下述被控設(shè)備的操作：機組lcu：各種機組狀態(tài)的轉(zhuǎn)換，機端斷路器的控制，有功、無功負荷調(diào)節(jié)；開關(guān)站及公用設(shè)備lcu：斷路器、隔離刀閘和接地刀閘的分、合操作；站用電和輔助設(shè)備的操作。b關(guān)于控制操作安全性的考慮閉鎖條件的檢查lcu在收到控制命令后，必須對與該項操作相關(guān)的閉鎖條件進行檢查，只有在符合要求時才能允許操作；當(dāng)lcu在線自診斷到有關(guān)模件故障時，將自動禁止相應(yīng)的控制功能；當(dāng)lcu在接受來自廠站級控制命令時，將通過返送

43、校核等步驟保證控制命令傳送的正確性；控制過程受阻時，將給出受阻原因。334 事故停機處理機組lcu在事故停機的完成手段上主要有以下幾方面的技術(shù)：由lcu的io模塊直接對采集到的事故信息進行響應(yīng)和處理，執(zhí)行相應(yīng)的事故停機流程。在lcu的機框上或現(xiàn)場設(shè)置緊急停機按鈕，按鈕設(shè)多對接點，一方面接至lcu的plc作為事故量來啟動事故停機流程，另一方面通過硬布線直接由按鈕作用于緊急停機電磁閥和機組出口開關(guān)跳閘回路。采取必要的邏輯判斷以減少誤認事故并誤啟動事故停機流程的可能。335 數(shù)據(jù)通信lcu的通信包括二部分：作為監(jiān)控系統(tǒng)光纖以太網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點與廠站級進行通訊，向上位機發(fā)送數(shù)據(jù)采集和事件信息，并接受其下行

44、的控制命令。作為現(xiàn)地控制單元，實現(xiàn)和微機勵磁、調(diào)速、保護等設(shè)備的通信。336 在線診斷l(xiāng)cu能在線進行硬件和軟件的診斷，硬件診斷到板級，在診斷到故障后將報警，并自動進行冗余切換，閉鎖相關(guān)控制等一系列處理。34 冉家壩水電站機組及公用lcu的硬件設(shè)計水電站現(xiàn)場環(huán)境相對較差，現(xiàn)場具有較大的電磁干擾、振動和潮濕，因此，要求lcu的硬件應(yīng)具有高可靠性、防塵、防振、抗震和抗電磁干擾等性能，滿足無入值班的要求，冉家壩水電站機組lcu單元主控制器選用plc。國際電工委員會(iec)對plc作了如下定義：“plc是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計，它采用可編程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲

45、執(zhí)行邏輯運算，順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令，并通過數(shù)字式、模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。plc及其有關(guān)設(shè)備，都應(yīng)按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴充其功能的原則設(shè)計。”plc主要結(jié)構(gòu)如圖3-7所示。電源cpui/o接口i/o接口存儲器編程器圖37可編程控制器的結(jié)構(gòu)示意圖冉家壩水電站單機容量為70mw，對于計算機監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計指標(biāo)要求非常高，所以，lcu的結(jié)構(gòu)采用冗余結(jié)構(gòu)。341 主控制器plc的選擇a、plc的選擇原則plc機型的選擇要以滿足系統(tǒng)功能需要為宗旨，權(quán)衡利弊，以免造成投資和設(shè)備資源的浪費，機型的選擇主要從以下幾個方面來考慮：(1)根據(jù)控制對象

46、所需的輸入輸出點數(shù)選擇機型根據(jù)lcu的功能，確定plc控制系統(tǒng)的io總點數(shù)，再按實際所需總點數(shù)的1520留出備用量后確定所需plc的點數(shù)。(2)根據(jù)控制對象的特殊要求選擇機型要根據(jù)系統(tǒng)的功能了解plc有無特殊功能要求估計plc的性能。根據(jù)冉家壩水電站監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，主控制器plc必須具備以下條件：支持100m光纖以太網(wǎng)；支持gps衛(wèi)星時鐘對時； ，支持人機界面；支持16點中斷開關(guān)量輸入。(3)校驗電源的容量。在校驗電源容量時，要注意plc系統(tǒng)所需電流一定要在電源限定電流之內(nèi)。b、plc型號的選擇(1)監(jiān)控點的選擇在進行機組監(jiān)控點的選擇時，根據(jù)監(jiān)控點性質(zhì)的不同分為開入量、開出量和模擬量。開入量按

47、采集方式及信號重要程度的不同分為中斷型開入量和非中斷型開入量，中斷型開入量指事故信號、斷路器分合及重要繼電保護的動作信號。監(jiān)控系統(tǒng)能以中斷方式迅速響應(yīng)這些信號并做出一系列必要的反應(yīng)及自動操作；非中斷型開入量信號是指除中斷型開入量信號以外的那部分開入量信號，包括各類故障信號、斷路器及隔離開關(guān)的位置信號、機組設(shè)備運行狀態(tài)信號、手動自動方式選擇的位置信號等。模擬量主要指電壓、電流、轉(zhuǎn)速以及功率等電氣信號量，壓力、流量、水位、油位、溫度等非電氣信號量及有功、無功電度等脈沖信號，它們通過轉(zhuǎn)速繼電器裝置、傳感器、交流采集裝置等送入plc，由plc直接采集和控制；溫度量通過掛在現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)的溫度巡檢裝置進行

48、采集和控制。經(jīng)過對單臺機組j監(jiān)測點的分配，包括中斷開入量、非中斷開入量、開出量、模擬量、溫度量等，機組監(jiān)控點統(tǒng)計為：開入量為66點；開出量為32點；中斷開入量為16點；模入量為2點。按照plc的選擇原則，能滿足上述要求的plc的型號有：ge的90-30或9070系列；西門子的s7系列；施耐德的mod icon tsx quantum系列：貝加萊br2000系列pcc；國產(chǎn)mb系列等。9030系列plc是ge fanuc系列plc的一員，提供最先進的編程特性，易于組態(tài)，便安裝，獨有的創(chuàng)新結(jié)構(gòu)開辟了一條性能價格比較高的工業(yè)控制途徑。90-30系列plc成本低，性能高，能方便地取代從簡便的繼電器到復(fù)

49、雜的中型自動化應(yīng)用系統(tǒng)場合。另外系列9030plc有功能很強的特殊模塊可供選擇，包括軸定位模塊，高速計數(shù)器模塊，basic和c語言協(xié)處理器模塊及genius通訊模塊，具有豐富的開關(guān)量io和模擬量io，簡化啟動和故障自診以及容易與其他品牌plc、設(shè)備通訊的特性。同時ge fanuc提供第三方工業(yè)設(shè)備和軟件包，可進一步擴大了9030plc的能力。有些廠家具有數(shù)據(jù)采集和控制軟件產(chǎn)品，這些軟件包提供的軟件和90-30plc之間的結(jié)合天衣無縫，許多操作接口使用snp通訊協(xié)議與具有內(nèi)裝接口的系列9030plc進行通訊。經(jīng)比較，lcu的主控制器選用ge的9030plc。其中機組lcu配置如表31：ic693

50、cpu35032k內(nèi)存1ic693pwr32l電源模塊2ic693chs39110槽cpu機架1ic693chs392lo槽cpu擴展機架1ic693mdl65524vdc輸入模塊，32點5工c693mdl64524vdc輸入模塊，16點1ic693mdl74024vdc輸出模塊，16點1ic693mdl75024vdc輸出模塊，32點2ic693alg223電流模擬量輸入模塊16路2ic693c8kool24針連接器5ic693cbl300擴展電纜l米1ic693cmm31通訊模塊1(2)ge fanuc 9030 plc 各模塊說明電源模塊系列90一30電源模塊依照cpu的性能分為單電源、

51、故障安全電源和容錯電源。高級診斷和內(nèi)置智能開關(guān)熔絲也是它所擁有的性能。分布式i0通信模塊系列9030有許多通信選項，包括以太網(wǎng)、genius、series90協(xié)議(snp)和modbusrtu。io模塊它有超過38個不同的離散量io類型和17個模擬量io類型，包括高速計數(shù)器、io處理器、可編程協(xié)處理器、溫度控制、伺服運動控制器和pc協(xié)處理器等模塊。特殊模塊特殊模塊包括熱電偶模塊、rtd模塊、毫伏應(yīng)變儀模塊、順序事件記錄模塊、隔離模擬量模塊、帶調(diào)制解調(diào)器的通訊模塊和一個氣動閥輸出模塊。通訊協(xié)處理器模塊ic693cmm31l對于331和以上型cpu，通訊協(xié)處理器模塊(cmm)提供了兩個串行通訊口，

52、內(nèi)裝有可選的通訊協(xié)議。一個口為rs-232口，一個口可由用戶配置為rs-232口或rs-485口，用25針d型連接器連接，電纜的一端用25針直角連接器，另一端是雙頭25針連接器，可接兩根單獨的電纜。cmm模塊有3個發(fā)光二極管指示工作狀態(tài)而勿需實際接線。通過再啟動復(fù)位按鈕，將模塊設(shè)為初始狀態(tài)而不需要關(guān)斷電源。cmm是軟件組態(tài)構(gòu)成，在不同的背景下提供下列三種不同的通訊協(xié)議。snp和snp-xge fanuc開發(fā)的系列90通訊協(xié)議(snp)是一個專用通訊協(xié)議，可實現(xiàn)下列通訊：主-在主從系統(tǒng)中的啟動裝置；從-在主從系統(tǒng)中的響應(yīng)裝置；snp在ccm模塊上支持顯示和在線修改數(shù)據(jù)，不支持編程或軟件組態(tài)，ge

53、 fanuc提供snp驅(qū)動軟件和源程序便于用戶開發(fā)。ccm最初由ge fanuc從系列6開發(fā)而來的，該通訊協(xié)議是由軟件組態(tài)，可用于下列操作。主一主從系統(tǒng)中的啟動裝置；從一主從系統(tǒng)中的響應(yīng)裝置；對等一啟動和響應(yīng)到另一對等裝置。rturtu通訊協(xié)議是modbus遠程終端串行通訊協(xié)議，并且在模塊中只適合于從站操作。pcm模塊中用megabasic程序能實現(xiàn)rtu主通訊協(xié)議。另外，gefanuc開發(fā)了rtu主模塊，he693rtm705?？删幊誊浖到y(tǒng)90一30可選編程軟件可以是梯形圖邏輯、sfc、“c”或者狀態(tài)邏輯。c語言編程使用戶能處理復(fù)雜的計算，而這些計算一度只能由大型昂貴的plc來執(zhí)行。342

54、 觸摸屏的選擇lcu采用的siemens mp370觸摸屏，適合惡劣環(huán)境下使用，支持tcpip網(wǎng)絡(luò)互連通訊，具有高可靠性、防塵、防震、抗電磁干擾等優(yōu)良性能。觸摸屏如圖3-8所示：343 測速裝置的選擇采用szck-2型水輪發(fā)電機轉(zhuǎn)速測控裝置，它同時采用機械、電氣兩種測速原理，提供模擬量及頻率輸出。344 測溫裝置的選擇采用南瑞公司生產(chǎn)的sj一200c型微機溫度巡檢保護裝置，此裝置可接入二、三線制測溫電阻達48路，支持多種測溫電阻，自動調(diào)校零點及增益，免調(diào)校。345 同期裝置的選擇采用南瑞公司生產(chǎn)的sj一12c型微機自動準(zhǔn)周期裝置，它具有雙獨立的微機系統(tǒng)，支持對同期開關(guān)兩側(cè)的電壓進行相角補償和電

55、壓補償，所有參數(shù)采用數(shù)字式整定，自動校正零點和線性，免維護。346 交流采樣裝置的冗余配置數(shù)據(jù)采集處理是計算機監(jiān)控系統(tǒng)一項重要基礎(chǔ)，交流采集裝置是一個智能的多功能交流信號采集處理裝置，將一條線路的pt、ct信號直接接入后通過高速運算產(chǎn)生其它所需參量(功率、電度、頻率、功率因數(shù)等)，通過plc的通信方式送給lcu，響應(yīng)俠、精度高。在lcu中，配置一臺交流采集裝置用以測量發(fā)電機組的有功功率、無功功率、三相電流、三相電壓、頻率、功率因素等各種數(shù)據(jù)，通過modbus總線將數(shù)據(jù)送給lcu，可省卻大量的變送器，抗干擾能力強。由于機組負荷調(diào)節(jié)的主要參考數(shù)據(jù)就是有功功率和無功功率，為了保證機組在發(fā)電工況下的負荷調(diào)節(jié)的安全和可靠，在機組lcu的配置中又配置一只有功和無功功率的組合變送器。通過模擬量輸入方式接入，與通信方式接入的交流采集裝置形成互補且冗余配置，35 機組狀態(tài)的判斷對于常規(guī)水電站，機組有五種狀態(tài)，即：停機、空轉(zhuǎn)、空載、發(fā)電、不定(前四種狀態(tài)的過渡狀態(tài)稱為不定態(tài))，機組的