【正文】 現(xiàn)運(yùn)行監(jiān)視、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理事件記錄、打印制表、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行計(jì)算等功能 , 可提高電站的安全運(yùn)行和自動(dòng)化管理水平 , 并可取得一定的經(jīng)濟(jì)效益。 目前，許多水電站采用計(jì)算機(jī)監(jiān)控技術(shù)提高了水電站的運(yùn)行和管理水平 ，并不斷地向 “無人值班”（少人值守）的方向發(fā)展，但這還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，我們迫切需要繼續(xù)研究水電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)，以進(jìn)一步提高水電站的運(yùn)行管理水平和綜合自動(dòng)化水平。其范圍涉及到水電站水輪發(fā)電機(jī)組、水輪發(fā)電機(jī)組附屬設(shè)備、升壓站及公用設(shè)備、水輪機(jī)組輔助設(shè)備以及其他水工設(shè)施。關(guān)于水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控的軟件系統(tǒng)在第 6 章已作較為充分的介紹，其最新技術(shù)包括：軟件的層次化構(gòu)建技術(shù)、軟件的面向?qū)ο蠓治黾夹g(shù)、軟件的 UML建模技術(shù)、軟件的開發(fā)技術(shù)、軟件的安裝和維護(hù)技術(shù)等。用戶不僅可以使用同 一個(gè)數(shù)據(jù)庫對象同時(shí)管理傳統(tǒng)的 SQL 數(shù)據(jù)和 XML 文檔，甚至還可以編寫一個(gè)同時(shí)對這兩種數(shù)據(jù)形式進(jìn)行搜索和處理的查詢。在本書的第 4 章專門介紹了數(shù)據(jù)庫應(yīng)用與開發(fā)的最新方案和技術(shù)，這些技術(shù)包括：數(shù)據(jù)庫的集成化技術(shù)、數(shù)據(jù)庫的面向?qū)ο箝_發(fā)技術(shù)、數(shù)據(jù)庫的管理、安裝及維護(hù)技術(shù)等。 3．基于虛擬儀器的監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)將是通信技術(shù)發(fā)展的一個(gè)方向 隨著虛擬儀器技術(shù)的快速推廣和發(fā)展，實(shí) 現(xiàn)通信系統(tǒng)基于 Inter/Intra 的通信能力大大提高，基于虛擬儀器和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的通信網(wǎng)絡(luò)將成為科學(xué)研究和生產(chǎn)自動(dòng)化控制系統(tǒng)的重要組成部分。各種新技術(shù)、新器件、新理論的出現(xiàn)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的飛速發(fā)展，必將給通信技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用提供廣闊的天地。 5．基于無線通信的通信系統(tǒng) 對于工作點(diǎn)多、通 信距離遠(yuǎn)、環(huán)境惡劣且實(shí)時(shí)性和可靠性要求比較高的場合，可以利用無線電波來實(shí)現(xiàn)主控站與各個(gè)子站之間的數(shù)據(jù)通信，采用這種通信方式有利于解決復(fù)雜連線，無需鋪設(shè)電纜或光纜，降低了環(huán)境成本。 4．基于 Inter/Intra 的通信系統(tǒng) 測控系統(tǒng)以計(jì)算機(jī)為中心、以網(wǎng)絡(luò)為核心的特征日益明顯。 3．采用光纖通道的通信系統(tǒng) 利用光纜傳輸測量與控制數(shù)據(jù)，可以充分發(fā)揮光纜傳輸?shù)姆€(wěn)定性好、抗干擾 能力強(qiáng)、傳輸容量大等優(yōu)點(diǎn)。采用這種測控系統(tǒng)可以降低系統(tǒng)的硬件成本、縮短建網(wǎng)周期，實(shí)現(xiàn)高速高效的目的。子站（或主站）發(fā)送的數(shù)據(jù)通過串行口送給本地 MODEN 進(jìn)行調(diào)制之后，通過專線傳輸給遠(yuǎn)方 MODEN，遠(yuǎn)方 MODEN 將收到的信號解調(diào)為數(shù)字信號，通過串行口送給主站（或子站）的 PC 機(jī)，從而實(shí)現(xiàn)集中管理。本節(jié)通過分類列舉出以下幾種目前比較典型的通信系統(tǒng)，并對每種系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)以及適用的場合進(jìn)行了對比和分析，以了解目前通信系統(tǒng)的最新技術(shù)與發(fā)展趨勢。 通信系統(tǒng)的最新技術(shù)與發(fā)展趨勢 通信系統(tǒng)是水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的“神經(jīng)系統(tǒng)”，它直接關(guān)系到整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性、可靠性和安全性等方面。無論 PLC、智能現(xiàn)地控制器，還是 PCC、 PAC，盡管它們在硬件結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)構(gòu)成、工作原理、系統(tǒng)軟件、應(yīng)用功能等方面都存在大大小小的差異，它們都可能在廣泛的水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控的應(yīng)用中找到不同的定位（如一些 LCU 可以在要求比較低的小水電中得到應(yīng)用）。例如，南瑞公司的 SJ600就提供了功能強(qiáng)大的可視化交換式組態(tài)工具軟件 MBPro，可以幫助用戶方便地進(jìn)行生產(chǎn)控制應(yīng)用的生成、調(diào)試和維護(hù)。 （ 7）提高可靠性和可用性，由于水電站的特殊應(yīng)用環(huán)境，要求 LCU 應(yīng)具有很 強(qiáng)的抗電磁干擾能力、抗浪涌能力和一定的抗振動(dòng)能力。這是至關(guān)重要的一點(diǎn)，一般 LCU 對此尚無足夠的重 視。 （ 4）提供對 SOE 既方便又有良好性價(jià)比的支持，提高現(xiàn)場事件信號分辨率，以滿足水電站“無人值班（少人值守）”管理模式下對故障的產(chǎn)生原因進(jìn)行準(zhǔn)確分析的需求。 （ 2）采用智能化的 I/O 模件，它除了可獨(dú)立完成數(shù)據(jù)采集和預(yù)處理，方便分散布置，還可具備很強(qiáng)的自診斷功能，提供了可靠的控制安全性和方便的故障定位能力?？梢钥?出自動(dòng)化設(shè)備生產(chǎn)商都在不斷努力開發(fā)新的產(chǎn)品，但有些改進(jìn)并不是針對水電站自動(dòng)化這個(gè)有一定特殊性的行業(yè)的，對水電站自動(dòng)化來說重要的幾點(diǎn)是： （ 1） CPU 模件宜采用符合 的嵌入式模塊標(biāo)準(zhǔn)的低功耗 CPU，或符合工業(yè)環(huán)境使用的通用型低功耗 CPU。與以前的 GE PLC 相比，最主要是 CPU 部分的徹底更換。隨著全國水電站“無人值班”（少人值守）工作的推進(jìn)，以及多個(gè)單機(jī)容量 700MW 的特大型水電站的建設(shè)， 要求水電站自動(dòng)化系統(tǒng)及其自動(dòng)控制裝置應(yīng)具備高度可靠性、自治性、開放性，發(fā)展成為一個(gè)集計(jì)算機(jī)、控制、通信、網(wǎng)絡(luò)、電力電子等新技術(shù)為一體的綜合系統(tǒng)， LCU 應(yīng)具備完備可靠的硬件結(jié)構(gòu)，開放的 7 軟硬件平臺和強(qiáng)大的應(yīng)用系統(tǒng)。 （ 6）提供基于 IEC611313 標(biāo)準(zhǔn)的控制語言，在保留了梯形圖、結(jié)構(gòu)文本、指令表等編程語言的基礎(chǔ)上， 開發(fā)了采用“所見即所得”技術(shù)設(shè)計(jì)的可視化流程圖編程語言。以前現(xiàn)地控制器多是使用專用網(wǎng)絡(luò)與上位機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行連接，而不是符合開放性標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)。 （ 3）具有現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)采用兩層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，第一層是廠級控制網(wǎng)，連接 LCU 和廠級計(jì)算機(jī)，構(gòu)成分布式計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)；第二層是 I/O 總線網(wǎng)絡(luò)，連接主控模件和智能 I/O 模件（現(xiàn)地或遠(yuǎn)程），構(gòu)成分布式現(xiàn)地控制子系統(tǒng)。 （ 2） 32 位智能 I/O 模件。 SJ600 系列是國電自動(dòng)化研究院上世紀(jì)九十年代末為在惡劣工業(yè)環(huán)境下運(yùn)行而生產(chǎn)的國產(chǎn)智能分布式現(xiàn)地控制單元，由主控模件、智能 I/O 模件、電 源模件以及連接各模件與主控模件的現(xiàn)場總線網(wǎng)組成。它包括了以 Motorola 68040 為主處理器的 CPU 模件和 I/O、 MasterBus 等多種可選的模件，支持集中的 I/O 和分布式 I/O，可根據(jù)不同的應(yīng)用需求采用不同的模件來構(gòu)成適用的現(xiàn)地子系統(tǒng)。 （ 3） 通用型 PLC 一般都具有一定的浪涌抑制能力，基本上可以適合大部分行業(yè)應(yīng)用。而以 PLC 為基礎(chǔ)的現(xiàn)地控制裝置如果不采取特殊措施，就無法保證水電站安全運(yùn)行對事件分辨率和系統(tǒng)時(shí)鐘同 步的要求。一般來說，根據(jù)不同電站在安全性能（包括可靠性、可維護(hù)性等）、應(yīng)用功能、控制規(guī)模、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)等方面的實(shí)際需求進(jìn)行選擇，還是可以找到合適的 PLC 的。由于 PLC 具有通用性強(qiáng)、可靠性高、使用方便、編程簡單、適應(yīng)面廣等特 點(diǎn)，使它在工業(yè)自動(dòng)化控制特別是順序控制中的得到了非常廣泛的應(yīng)用。為了進(jìn)一步提高 PLC 的處理速度，很多制造廠商還 研制開發(fā)了專用邏輯處理芯片。 這樣，使 PLC 得功能大大增強(qiáng)?？删幊绦蚩刂破骷捌溆嘘P(guān)設(shè)備，都應(yīng)按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體，易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計(jì)。基于智能現(xiàn)地控制器的 LCU 又包括基于 PCC（ Programmable Computer Controller）的LCU 和基于 PAC（ Programmable Automation Controller）的 LCU。而按照 LCU 本身的結(jié)構(gòu)和配置來分，則可以分為基于單片機(jī)線型結(jié)構(gòu)的 LCU、基于可編程控制器（ PLC）的 LCU、基于智能現(xiàn)地控制器的 LCU 等三種。現(xiàn)地控制單元的控制對象主要包括以下幾個(gè)部分： （ 1） 電站發(fā)電機(jī)組設(shè)備：主要有水輪機(jī)、發(fā)電機(jī)、輔機(jī)、變壓器等； （ 2） 開關(guān)站：主要有母線、斷路器、隔離開關(guān)、接地刀閘等； （ 3） 公用設(shè)備：主要有廠用電系統(tǒng)、油系統(tǒng)、汽系統(tǒng)、水系統(tǒng)、直流系統(tǒng)等； （ 4） 閘門：主要有進(jìn)水口閘門、泄洪閘門等。 35 附錄 1 PLC 梯形圖 2 水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 參考文獻(xiàn) 4 第一章 緒論 我國水電站計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的水平及發(fā)展趨勢 水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控技術(shù)是一門新興的科學(xué)，它博采硬件工程、軟件工程、通信工程、系統(tǒng)論、信息論和控制論等諸多學(xué)科之長，并逐步形成具有自己特長的、多學(xué)科融合和交叉的一門 新興的科學(xué)體系。 31 PLC 控制系統(tǒng)梯形圖 30 第六章 PLC 控制系統(tǒng)程序 27 第五章 水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖及硬件配置表 25 PLC 控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 18 水力發(fā)電站排水系統(tǒng)控制系統(tǒng) 4 水電站最新技術(shù) Again with the system of engineering drawing hydropower station puter monitoring system structure diagram and the hardware configuration table。 關(guān)鍵詞 ：水電站發(fā)展趨勢 S7200 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 PLC 編程 2 Abstract the PLC S7200/300 monitoring system in hydropower station LCU application and technical system of water supply in hydropower station of the function and application in the hydropower station hydraulic device。 4 水電站發(fā)展趨勢 11 根據(jù)計(jì)算機(jī)在水電站監(jiān)控系統(tǒng)中的作用分類 20 第三章 S7200 PLC 在水電站技術(shù)供水系統(tǒng)的作用 23 第四章 S7200 PLC 在水電站油壓裝置中的應(yīng)用 現(xiàn)地控制單元的最新技術(shù)與發(fā)展趨勢 在水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)中 LCU 直接與電站的生產(chǎn)過程連接，是系統(tǒng)中最具面向?qū)ο筇卣鞯目刂圃O(shè)備。用于水電站的 LCU 按監(jiān)控對象和 安裝的位置可分為機(jī)組LCU、公用 LCU、開關(guān)站 LCU 等。下面僅討論目前處于主流地位的基于 PLC 和基于智能現(xiàn)地控制器的 LCU 部分。它采用可編程序存貯器，可以進(jìn)行內(nèi)部存儲程序，執(zhí)行邏輯運(yùn)算 , 順序控制，定時(shí)，計(jì)數(shù)與算術(shù)操作等，并通過數(shù)字的、模擬的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn) 過程。 5 （ 2）中期的 PLC（ 70 年代中期 80 年代中 .后期）： 在 70 年代開始采用微處理器作為 PLC 的中央處理單元（ CPU）。 （ 3） 近期的 PLC（ 80 年代中、后期至今） 進(jìn)入 80 年代中、后期，由于微處理器硬件制造技術(shù)迅速發(fā)展，同時(shí)市場價(jià)格大幅度下降，使得各 PLC 生產(chǎn)廠家可以采用更高檔次的微處理器。在這時(shí)期， PLC 的數(shù)據(jù)采集處理能力、數(shù)字運(yùn)算能力、人機(jī)接口和網(wǎng)絡(luò)通信能力都得到大幅度提高， PLC 逐漸進(jìn)入過程控制領(lǐng)域，與部分工業(yè)控制設(shè)備相結(jié)合后在某些應(yīng)用上逐漸取代了在過程控制領(lǐng)域處于統(tǒng)治地位的 DCS 系統(tǒng)。由于各種 PLC 的設(shè)計(jì)原理差異較大，產(chǎn)品的功能、性能以及可以構(gòu)成現(xiàn)地系統(tǒng)的規(guī)模有很大的不同。水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)都是多機(jī)系統(tǒng)，為了保證事件分辨率除了 PLC 本身應(yīng)具有一定的事件響應(yīng)能力和高精度時(shí)鐘外，還要求整個(gè)系統(tǒng)內(nèi)各部分主要設(shè)備之間的時(shí)鐘綜合精度也必須保證在毫秒級以內(nèi)。這對于我國電力生產(chǎn)這樣一個(gè)強(qiáng)調(diào)“安全第一”的行業(yè)來說，有一定的欠缺，往往需要另加特殊的安全措施。 6 其中 AC450 是 ABB 公司生產(chǎn)的適用于工業(yè)環(huán)境的 Advant Controller 系列現(xiàn)地控制單元中的一種，主要應(yīng)用于其它行業(yè)的 DCS 中。 SAT1703 現(xiàn)地控制單元采用 OS/2 操作系統(tǒng)，運(yùn)行的控制軟件為 Toolbox。使用低功耗嵌入式 CPU，可選 CPU 型號從 486至 Pentium系列。智能化的 I/O 模件除了可獨(dú)立完成數(shù)據(jù)采集和預(yù)處理，還具備很強(qiáng)的自診斷功能，提供了可靠的控制安全性和方便的故障定位能力。網(wǎng)絡(luò)已成為計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)中的重要部分，它涉及到電站控制策略和運(yùn)行方式。 GPS 對時(shí)可直達(dá)模件級，滿足了對時(shí)鐘有特殊要求的場合，如 SOE 等。 發(fā)展趨勢 在全球計(jì)算機(jī)工業(yè)控制領(lǐng)域圍繞著計(jì)算機(jī)和控制系統(tǒng)硬件 /軟件、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、通信技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)等方面都在迅速地發(fā)展，同時(shí)，我國水電自動(dòng)化領(lǐng)域的技術(shù)也不斷取得長足的發(fā)展。 Schneider 公司開發(fā)了 ERT 模件， GE 公司融入了第三方的產(chǎn)品以滿足水電站自動(dòng)化對 SOE 的要求， GE Fanuc 2020 年推出了新產(chǎn)品 PACSystem，分別為9070 的升級產(chǎn)品 RX7i 和 9030 的升級產(chǎn)品 RX3i 兩個(gè)系列。從而使其在兼容以前產(chǎn)品的同時(shí)，性能得到了很大地提高。這對實(shí)現(xiàn)大容量的大型水輪發(fā)電機(jī)組的高質(zhì)量現(xiàn)地實(shí)時(shí)監(jiān)控有著一定的欠缺。所以 LCU 必須遵循 嚴(yán)格的國際開放標(biāo)準(zhǔn)（如 IEC 61158 等），對這兩種網(wǎng)絡(luò)提供有效的支持，提高現(xiàn)場不同廠家設(shè)備的組網(wǎng)能力、方便性和可維護(hù)性。否則，就會造成電站生產(chǎn)設(shè)備損壞，甚至?xí)斐呻娏ο到y(tǒng)事故。攻擊、入侵、病毒等都可能對控制系統(tǒng)造成致命的危害，所以，必須按照國家相關(guān)部委關(guān)于“電力二次系統(tǒng)