第頁(yè)水電站電腦監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路及過(guò)程范文

1設(shè)計(jì)要求

桃源水電站機(jī)組臺(tái)數(shù)多，工況復(fù)雜，除滿足常規(guī)監(jiān)控功能外，如何提高系統(tǒng)安全可靠性，也是系統(tǒng)設(shè)計(jì)首要考慮的因素。根據(jù)以上特點(diǎn)和要求，結(jié)合目前監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r，本工程計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)在設(shè)計(jì)實(shí)施時(shí)充分考慮了以下要素：1）按照“無(wú)人值班（少人值守）”的原則設(shè)計(jì)和配置，預(yù)留遠(yuǎn)程監(jiān)控接口。2）采用全開放、分布式系統(tǒng)構(gòu)造，采用雙光纖冗余以太網(wǎng)。3）重要的單元采取冗余容錯(cuò)設(shè)計(jì)，防止某一設(shè)備故障影響整體監(jiān)控功能。4）采用成熟的、可靠的、標(biāo)準(zhǔn)化的硬件、軟件、網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造系統(tǒng)。5）系統(tǒng)應(yīng)具有響應(yīng)速度快，可靠性高，并有先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)、便于擴(kuò)展等特點(diǎn)。6）與各級(jí)調(diào)度部門開展通信，滿足調(diào)度的多平面通訊要求及四遙功能。7）與電量采集系統(tǒng)、保護(hù)系統(tǒng)、水情等設(shè)備通信。

2硬件設(shè)計(jì)

桃源水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)硬件主要由上位機(jī)系統(tǒng)和現(xiàn)地控制單元組成，其中上位機(jī)系統(tǒng)由計(jì)算機(jī)服務(wù)器（工作站）、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、時(shí)鐘同步系統(tǒng)、UPS系統(tǒng)等組成。計(jì)算機(jī)服務(wù)器（工作站）是上位機(jī)系統(tǒng)的核心設(shè)備，按功能主要包括系統(tǒng)工作站、遠(yuǎn)動(dòng)通信工作站、操作員工作站、廠內(nèi)通訊工作站和工程師站及廠站終端等?，F(xiàn)地控制單元系統(tǒng)主要由11套LCU子系統(tǒng)組成，包括9臺(tái)機(jī)組LCU、1套公用LCU、1套開關(guān)站LCU.

2.1上位機(jī)系統(tǒng)

上位機(jī)系統(tǒng)所有設(shè)備的選型均采用當(dāng)前主流的設(shè)備配置，根據(jù)職能不同開展獨(dú)立的配置，并對(duì)核心功能的設(shè)備開展冗余配置，進(jìn)一步提高系統(tǒng)的容錯(cuò)性能及穩(wěn)定性。

1）系統(tǒng)工作站。系統(tǒng)工作站采用主從冗余模式設(shè)計(jì)，系統(tǒng)工作站作為上位機(jī)最核心的設(shè)備，負(fù)責(zé)AGC和AVC計(jì)算和處理、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的采集、管理，事故故障信號(hào)的分析，同時(shí)兼有歷史服務(wù)器功能。系統(tǒng)工作站放置于計(jì)算機(jī)房服務(wù)器柜內(nèi)，一方面解決了服務(wù)器運(yùn)行噪聲對(duì)運(yùn)行人員帶來(lái)的環(huán)境影響，另一方面減少人為操作導(dǎo)致系統(tǒng)出問(wèn)題的可能性。

2）操作員工作站。操作員站采用冗余模式設(shè)計(jì)，由運(yùn)行人員完成全廠設(shè)備的監(jiān)視和控制功能。操作員站各配置了3臺(tái)高分辨率的寬屏顯示器，大大減少了單顯示器或雙顯示器模式下因信息不能完全顯示而造成的反復(fù)切換屏幕的麻煩和隱性運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)，工作站統(tǒng)一布置在中控室。

3）遠(yuǎn)動(dòng)通信工作站。調(diào)度通訊工作站采用冗余設(shè)計(jì)，由兩臺(tái)工業(yè)級(jí)無(wú)硬盤工作站組成，無(wú)盤工作站采用固態(tài)硬盤設(shè)計(jì)，具有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)快、實(shí)時(shí)性可靠性較高等特點(diǎn),兩臺(tái)工作站直接接入電站控制層以太網(wǎng)，以實(shí)現(xiàn)省調(diào)、地調(diào)信號(hào)的直采直送，并承受省調(diào)下達(dá)的AVC指令。

4）廠內(nèi)通信工作站。廠內(nèi)通信工作站采用獨(dú)立設(shè)計(jì)，配置了8個(gè)RS485串行接口和網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)，滿足廠站內(nèi)其它系統(tǒng)的通訊功能，包括機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、電能量管理系統(tǒng)、MIS系統(tǒng)等之間的`數(shù)據(jù)通信、繼電保護(hù)信息管理系統(tǒng)等。

5）報(bào)警工作站。報(bào)警工作站由配置了音響及1套GSM短信息發(fā)送裝置，負(fù)責(zé)語(yǔ)音/電話報(bào)警、手機(jī)短信報(bào)警，工作站能隨時(shí)召喚在廠內(nèi)巡視、工作及電站相關(guān)檢修的人員，短信發(fā)送方式包括：可選擇群發(fā)也可選擇按對(duì)象、按時(shí)段、按管理級(jí)別不同，有選擇性的自動(dòng)發(fā)送。

6）時(shí)鐘系統(tǒng)設(shè)計(jì)及其特點(diǎn)。系統(tǒng)配置一套冗余主機(jī)的衛(wèi)星同步時(shí)鐘系統(tǒng)，可同時(shí)接收GPS、北斗衛(wèi)星發(fā)送的信號(hào)，并提供多種對(duì)時(shí)方式和多種通信規(guī)約，保證能實(shí)現(xiàn)全廠二次設(shè)備時(shí)間的一致性?，F(xiàn)場(chǎng)9套機(jī)組各LCU距離較遠(yuǎn)，為每臺(tái)LCU配置1套二級(jí)時(shí)鐘裝置用于信號(hào)擴(kuò)展。

7）UPS系統(tǒng)。系統(tǒng)按照UPS總?cè)萘繛榭傌?fù)荷的150%的原則來(lái)選型。配置兩套獨(dú)立的10KVA的大容量UPS系統(tǒng)，工作用UPS出現(xiàn)輸出電源故障時(shí)能迅速切換到備用UPS供電并報(bào)警；UPS電源系統(tǒng)設(shè)置獨(dú)立的饋電柜，每個(gè)饋線回路設(shè)置獨(dú)立的電源開關(guān)。

2.2下位機(jī)設(shè)計(jì)

現(xiàn)地控制單元（LCU）作為監(jiān)控系統(tǒng)的核心設(shè)備，在上位機(jī)故障情況下應(yīng)能獨(dú)立實(shí)現(xiàn)監(jiān)視與控制，因此安全可靠性是一個(gè)重點(diǎn)考慮的環(huán)節(jié)，在設(shè)計(jì)過(guò)程中對(duì)主控PLC、電源回路、機(jī)組緊急停機(jī)回路、同期回路、重要的交流采集回路等環(huán)節(jié)開展了冗余配置，確保LCU的安全性和可靠性，減少了電站的運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)。

2.2.1主控單元PLC作為L(zhǎng)CU中的主控單元，關(guān)系著整個(gè)LCU的性能，為滿足對(duì)主控單元運(yùn)算速度、容量、外部通訊等要求，PLC采用南瑞水電公司MB80系列雙CPU、雙網(wǎng)絡(luò)的冗余構(gòu)架PLC.全部I/O接口模塊均采用標(biāo)準(zhǔn)化模塊，支持帶電插拔。

2.2.2電源回路各LCU采用交直流雙供電裝置，每套電源裝置均采用兩路電源，分別為交流廠用電和直流廠用電，任何一路電源故障不影響LCU的正常運(yùn)行。同時(shí)為確保LCU測(cè)量回路的相互獨(dú)立，在LCU設(shè)計(jì)中將PLC供電電源、開入回路電源、開出繼電器回路電源、模擬量回路電源全部獨(dú)立設(shè)計(jì)，采用單獨(dú)的開關(guān)電源引出，防止因某一回路故障導(dǎo)致對(duì)其他回路造成干擾或影響。

2.2.3水機(jī)保護(hù)回路機(jī)組LCU屏裝設(shè)了獨(dú)立于PLC的機(jī)組水力機(jī)械保護(hù)事故停機(jī)的常規(guī)設(shè)備及電氣回路，當(dāng)機(jī)組發(fā)生水力機(jī)械事故或按下事故停機(jī)按鈕時(shí)，一方面應(yīng)將此事故信號(hào)輸入計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)中，啟動(dòng)機(jī)組事故停機(jī)程序開展事故停機(jī)，另一方面應(yīng)啟動(dòng)常規(guī)水機(jī)保護(hù)，直接作用于跳機(jī)組出口斷路器、機(jī)組調(diào)速器關(guān)閉導(dǎo)水葉、勵(lì)磁系統(tǒng)跳滅磁開關(guān)。

2.2.4同期回路每臺(tái)LCU裝設(shè)了1套微機(jī)自動(dòng)準(zhǔn)同期裝置和1套手動(dòng)準(zhǔn)同期裝置，同期裝置采用南瑞水電公司SJ-12D型雙微機(jī)自動(dòng)準(zhǔn)同期，為徹底排除非同期合閘的可能性，防止故障情況下的誤動(dòng)，在自準(zhǔn)合閘回路中，增加常規(guī)同期閉鎖繼電器對(duì)相角差開展閉鎖。

2.2.5交流采集回路發(fā)電機(jī)機(jī)端和220kV線路的交流量采集采用功率變送器和智能交流采樣裝置同時(shí)開展有功無(wú)功開展采集，精度等級(jí)應(yīng)不低于0.2級(jí)，軟件中可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)切換，進(jìn)一步增強(qiáng)核心數(shù)據(jù)采集的可靠性。為電站交流量的準(zhǔn)確監(jiān)視以及機(jī)組功率調(diào)節(jié)的穩(wěn)定可靠提供了測(cè)量保證。

2.2.6開出回路控制回路設(shè)計(jì)時(shí)，除采用受PLC開出直接驅(qū)動(dòng)外，為防止現(xiàn)場(chǎng)開出模件故障導(dǎo)致繼電器誤動(dòng)，在開出回路中設(shè)計(jì)了“順控使能”閉鎖所有繼電器電源，在有流程執(zhí)行時(shí)才將“順控使能”投入，防止開出模件故障造成的控制誤動(dòng)。同時(shí)針對(duì)開關(guān)站斷路器及隔離開關(guān)等設(shè)備單次僅對(duì)操作一個(gè)設(shè)備的原則，開關(guān)站LCU配置了DOP-1型開出保護(hù)控制器,通過(guò)選擇可確保同一時(shí)刻只能有一個(gè)開出動(dòng)作。LCU根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，可自由設(shè)定上述輸出方式。

2.2.7防雷和抗干擾考慮電站的特殊環(huán)境，防止系統(tǒng)設(shè)備遭雷電侵入的可能，在所有機(jī)柜交流、直流電源輸入側(cè)設(shè)置防雷保護(hù)元件，對(duì)串行通信口處均設(shè)置帶隔離的轉(zhuǎn)換器，對(duì)GPS的信號(hào)輸入端加裝了防雷保護(hù)器。對(duì)部分重要的模擬量通道及外電纜較長(zhǎng)的信號(hào)回路也設(shè)置了相應(yīng)的隔離器。與系統(tǒng)距離較遠(yuǎn)的通訊多采用了的光纖介質(zhì)。

3軟件設(shè)計(jì)

3.1上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)桃源水電站監(jiān)控系統(tǒng)上位機(jī)軟件采用南瑞水電公司的NC2000計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)已在國(guó)內(nèi)多座中大型水電站使用。NC2000系統(tǒng)基于分布式對(duì)象計(jì)算技術(shù)，從系統(tǒng)的規(guī)劃、設(shè)計(jì)、軟件實(shí)現(xiàn)到提供應(yīng)用戶的組態(tài)工具、應(yīng)用界面都使用了面向?qū)ο蠛涂缙脚_(tái)的技術(shù)。遵循TCP/IP、SQL、ODBC、JDBC、JavaRMI、OPC等國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)和被廣泛使用的軟件工具，具有充分的開放性、可擴(kuò)展性和異構(gòu)平臺(tái)適應(yīng)性。

3.2LCU軟件設(shè)計(jì)PLC編程軟件采用與MB80PLC配套的MBPRO編程軟件，該軟件除支持梯形圖等傳統(tǒng)編程方式外，還支持可視化的流程圖編程，并且不同語(yǔ)言編寫的程序之間可互相調(diào)用.尤其是采用流程圖編程，極大的簡(jiǎn)化的控制流程的編寫工作并具有較好的可讀性。在PLC軟件設(shè)計(jì)時(shí)，重點(diǎn)考慮了以下幾項(xiàng)內(nèi)容：

1）根據(jù)功能采用模塊化的設(shè)計(jì)，將數(shù)據(jù)處理、控制、人機(jī)接口、實(shí)時(shí)通訊，順序控制流程等功能模塊化；2）采用流程圖開展順控流程編寫；3）多信箱機(jī)制，將PLC數(shù)據(jù)上送分為實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)信箱和事件記錄信箱，事件信箱的數(shù)據(jù)采用循環(huán)堆棧格式存放，確保所有事件信息的完整可靠不丟失；4）完善的自診斷檢測(cè)，除對(duì)PLC模件狀態(tài)開展實(shí)時(shí)自診斷外，還對(duì)雙網(wǎng)通信檢測(cè)功能、RS485通訊口狀態(tài)，模擬量溫度量的通道及測(cè)值品質(zhì)檢查，并對(duì)故障開展實(shí)時(shí)報(bào)警；5）盡量?jī)?yōu)化完善控制邏輯，對(duì)開停機(jī)流程、事故停機(jī)觸發(fā)源，功率調(diào)節(jié)的安全性閉鎖等認(rèn)真核對(duì)并測(cè)試，提高機(jī)組可靠性，確保所有的控制調(diào)節(jié)是在合理可靠的范圍內(nèi)完成。

4結(jié)束語(yǔ)

桃源水電站監(jiān)控系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)除滿足常規(guī)控制外，更在穩(wěn)定性、安全性方面綜合考慮，特別突出對(duì)上位機(jī)、GPS系統(tǒng)、PLC等重點(diǎn)部分的冗余化設(shè)計(jì)。該系統(tǒng)已在桃源水電站中應(yīng)用一年多，系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，運(yùn)行效果較好，為電站的安全生產(chǎn)及設(shè)備檢修提供了堅(jiān)強(qiáng)技術(shù)保障和重要手段，系統(tǒng)各項(xiàng)指標(biāo)均到達(dá)了設(shè)計(jì)要求，功能完全滿足電廠生產(chǎn)需要。