【正文】 ....................................................................................................................79附錄 ...........................................................................................................................................................81外文資料 ...............................................................................................................................................81外文翻譯 ...............................................................................................................................................87摘要隨著工業(yè)自動化程度的日益提高，可編程控制器（PLC）的使用越來越普遍。而本文在對組態(tài)和組態(tài)軟件的概念、總體結構、開發(fā)環(huán)境和硬件接口、原理功能進行介紹的基礎上，結合西洱河一級電站和組態(tài)王軟件來實現(xiàn)水電站中監(jiān)控組態(tài)軟件所需的基本功能。要提高機組的運行效益，必須改善運行監(jiān)督與分析的方法，切實保證運行人員和管理人員能及時獲得準確的信息，以便采取有效措施來消除或減少運行過程中的能量損失。在生產(chǎn)制造過程中，需要現(xiàn)場的大量數(shù)據(jù)進行流程分析和過程控制，以實現(xiàn)對生產(chǎn)流程的調(diào)整和優(yōu)化。世界各國對水電廠計算機監(jiān)控系統(tǒng)的研究和開發(fā)都十分重視，理論研究和工程實施十分活躍，一些科學技術發(fā)達的國家在工程應用上做了大量的工作，水平較高。而再來看看我國的水電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)經(jīng)過了怎樣的發(fā)展歷程，記得在我兒時就聽長輩們說過就在咱們云南這塊地，誕生了我國第一所水電站“石龍壩水電站”其修建于 1910 年 7 月，1912 年 4 月開始投產(chǎn)發(fā)電初裝機容量為 480kW，之后由一些愛國人士和政府部門出資對電站進行了多次修正和擴容，至今該電站仍在繼續(xù)發(fā)電并且已被云南省政府列為省級重點文物保護對象。隨后，中國水利水電科學研究院自動化研究所開始研究富春江水電廠計算機監(jiān)控系統(tǒng)的研制工作。十多年來，國內(nèi)的研制單位取得了很大的成就。電力自動化研究院和水科院自動化研究所還推出了自己的系列產(chǎn)品，不僅在國內(nèi)水電廠得到廣泛應用，甚至還出口到國外。電力系統(tǒng)在任一時刻都必須保持有功功率和無功功率的平衡，即下列等式在任一時刻均成立： = + （1）iP?jk = + （2）iQj式中 、 ~~~當前發(fā)電設備發(fā)出的有功和無功功率總和；ii、 ~~~系統(tǒng)當前的有功、無功總負荷；jP?j、 ~~~系統(tǒng)當前的有功、無功損耗總和。水電廠自動控制系統(tǒng)的功能主要包括以下幾個方面：水輪發(fā)電機組開停機、運行的自動控制與故障、事故保護等；機組轉(zhuǎn)速和有功功率的自動控制；發(fā)電機電壓和無功功率的自動控制；同期控制及壓縮空氣系統(tǒng)、技術供水系統(tǒng)、滲漏排水系統(tǒng)等輔助設備的自動控制等；電氣設備防誤操作；根據(jù)上述功能要求，水電廠自動控制系統(tǒng)結構如圖 11 所示：水輪機控制及保護回路現(xiàn)場控制元件 同期系統(tǒng) 勵磁系統(tǒng) 現(xiàn)場控制元件調(diào)度遠程通信 圖 11 水廠控制結構各組成部分的功能和原理簡述如下：信號燈板面及控制開關水輪發(fā)電機組控制及保護回路：1） 接受運行值班員或調(diào)度指令，完成機組的各種狀態(tài)轉(zhuǎn)換:如西洱河一級電站的以下幾種狀態(tài)轉(zhuǎn)換：停機一空轉(zhuǎn)、空轉(zhuǎn)一空載、空載一發(fā)電、發(fā)電一空載、空載一空轉(zhuǎn)、空轉(zhuǎn)一停機等。機組調(diào)速器、勵磁系統(tǒng)、同期系統(tǒng)是具有一定功能的相對獨立的自動裝置。70 年代后期至 80 年代初期，國外許多水電廠都開始實施計算機監(jiān)控。國外水電廠監(jiān)控系統(tǒng)的主要結構如下：加拿大 Bailey 公司的 INFI90 系統(tǒng)。2）工程師工作站(ENGINEER WORK STATION，EWS) ：提供工具平臺對INFI90 系統(tǒng)進行組態(tài)、對整個系統(tǒng)進行程序、參數(shù)修改和系統(tǒng)維護。采用分布式結構，將所有功能分成二層，結構如圖 13 所示：運行操作計算機 …… 運行操作計算機 優(yōu)化計算機優(yōu)化計算機本地計算機 本地計算機PLC PLC 站控制單元 站控制單元 圖 13 PROKONLSX 結構1）本地自動層(The Local Automation Level)：由 PLC 和建立在 PLC 上的電站控制單元實時地進行數(shù)據(jù)采集、監(jiān)視和控制，當數(shù)據(jù)、狀態(tài)和處理參數(shù)發(fā)生變化時，對它們設置一個時間標志，并且非周期性地將它們送到中央控制室內(nèi)的中央層系統(tǒng)。4）西門子公司的 PROKONLSX 水電廠計算機監(jiān)控系統(tǒng)是一種分層分布式監(jiān)控系統(tǒng)，這種系統(tǒng)在地域上是分散的，即按控制對象進行分散。這兩個系統(tǒng)比較典型，都采用了分散式結構，前者是應用較早的系統(tǒng)，開放性較差，后者是近期開發(fā)的系統(tǒng)，采用了當今普遍流行的分布式結構，可靠性高，為本項目的設計提供了借鑒。而專用組態(tài)軟件則是。因此，進行變配電所組態(tài)軟件設計方面的研究，開發(fā)系統(tǒng)組態(tài)軟件是有實際意義的。這將影響現(xiàn)有監(jiān)控組態(tài)軟件的體系結構，進而改變軟件的某些使用模式，滿足更為靈活的實際需求。軟接點信號，它由保護裝置發(fā)出數(shù)據(jù)包，經(jīng)過數(shù)據(jù)線形式傳送到測控裝置(包括 VFC、I/O、CPU 等)。光禍盒進行光電隔離，能提高抗干擾能力。遙測量——是指利用電子技術遠方測量集中顯示諸如電流、電壓、功率、壓力、溫度等模擬量的系統(tǒng)技術。 硬件模塊單元 模擬量輸入模塊在電力系統(tǒng)中，常常需要采集各種電壓、電流、功率、頻率和功率因數(shù)等電參量數(shù)據(jù)，完成統(tǒng)計、分析和現(xiàn)場的實時控制；工作現(xiàn)場往往存在著較強的干擾；各待測點離散地分布在不同的區(qū)域，并且與中央控制系統(tǒng)之間有較遠距離。再由通信管理控制機將處理完的數(shù)據(jù)標玄化并有效的組織起來，當上一級通信機來讀取數(shù)據(jù)時就可及時發(fā)出，用戶只需將其中的部分數(shù)據(jù)乘以互感器變比就能獲得實際工程物理量數(shù)據(jù)。目前市面上有數(shù)字量 I/O 卡 PCL730(32 路隔離)，32 路 TTL 電平 DIO 通道(16路輸入和 16 路輸出)，可以提供高達 DC 2500V 隔離保護電壓的隔離數(shù)字量輸入和輸出通道，且所有輸出通道均提供高電壓保護。每個輸出通道都帶有一個可變電阻，可一個避免浪涌電壓和電磁干擾，對繼電器的觸點起到保護作用。其前端安裝的抗沖擊硬驅(qū)支架，可支持多達 5 個硬驅(qū)，滿足工業(yè)領域高容量的需求。對地址 443H 寫時間間隔數(shù)值(01H~3FH)啟動看門狗模塊，其數(shù)值代表相應的內(nèi)部時間(1~63 秒)。采用西南自動化研究所的 WBWYSl 微型穩(wěn)壓直流電源為WB 系列傳感器提供+24 V 直流電源。? PLC 簡介及選型可編程序控制器（以下簡稱 PLC）最初是微機技術和繼電器常規(guī)控制概念相結合的產(chǎn)物，是在順序控制、一位微機處理器和微機控制器的基礎上發(fā)展起來的新型控制器，以微處理器為核心的用作數(shù)字控制的特殊計算機，采用循環(huán)掃描的原理工作。 PLC 的基本功能包括開關量輸入 /輸出、內(nèi)部中間繼電器、延時ON/OFF 繼電器、鎖存繼電器、計時器、計數(shù)器、比較、強制 I/O 等。3. 操作方便，維護量少。各種 PLC 產(chǎn)品均嚴格按有關技術標準進行出廠檢驗，可以適應水電廠現(xiàn)場比較惡劣的環(huán)境。PLC 的種類較多，比較著名的有歐姆龍公司的 C 系列、GE 公司的 GE 系列、施耐德公司的 MODICON 系列、QUANTUM 系列，三菱公司的 PE 系列、FX 系列等?；局噶? ，應用指令 至幾百 us 指令。輔助繼電器 3072 點、計時器 256 點、計數(shù)器 235 點、數(shù)據(jù)寄存器 8000 點。使用 的 PID 指令集或 FX2LC 溫控模塊可以實現(xiàn)過2NFX程控制?？梢赃B接到世界上最流行的開放式網(wǎng)絡（CCLink、profibus DP和 DeviceNET）或者采用傳感器層次的網(wǎng)絡（ASI 或 I/O Link）解決通信需要，串行通信選項包括 RS23 RS422 或 RS485?；?Windows 軟件。2NFX密碼保護。第三章 組態(tài)與 Kingview 軟件介紹 組態(tài)和組態(tài)軟件“組態(tài)”的概念是伴隨著集散型控制系統(tǒng)(Distributed Control System 簡稱 DCS)的出現(xiàn)才開始被廣大的生產(chǎn)過程自動化技術人員所熟知的。為了使用戶在不需要編代碼程序的情況下便可生成適合自己需求的應用系統(tǒng)，每個 DCS 廠商在 DCS 中都預先安裝了系統(tǒng)軟件和應用軟件，而其中的應用軟件，實際上就是組態(tài)軟件。目前世界上有不少專業(yè)廠商包括專業(yè)軟件公司和硬件系統(tǒng)廠商生產(chǎn)和提供各種組態(tài)軟件產(chǎn)品。20 世紀 70 年代初期，微處理器的出現(xiàn)，促進了計算機控制技術走向成熟。 世界上第一個把組態(tài)軟件作為商品進行開發(fā)、銷售的專業(yè)軟件公司是美國的 Wonderware 公司，它于 80 年代末率先推出第一個商品化監(jiān)控組態(tài)軟件 Intouch。OPTO 公司采用了 Intec Controls 公司的 Paragon 等。國內(nèi)的組態(tài)軟件可以分為兩類，一類是直接引進國外組態(tài)軟件然后進行改造，主要是漢化和開發(fā)一些接口，這些軟件的可靠性、實用性和先進性都是令人滿意的。1）國外監(jiān)控軟件介紹國際上知名的工控組態(tài)軟件有美國商業(yè)組態(tài)軟件 Wonderware 公司 Intouch 軟件，Intouch 是美國 Wonderware 公司推出的一款優(yōu)秀 SCADA 軟件。澳大利亞 Citech 公司的 Citech 等。未來，組態(tài)軟件的發(fā)展將主要表現(xiàn)為如下一些特征：（1）軟件的開放性技術組態(tài)軟件正逐漸成為協(xié)作生產(chǎn)制造過程中不同階段的核心系統(tǒng)，組態(tài)軟件作為全廠范圍內(nèi)信息收集和集成的工具，這就要求組態(tài)軟件大量采用“標準化技術” 。隨著大型數(shù)據(jù)庫技術的日益成熟，全球主要的自動化廠商已經(jīng)開發(fā)了相關平臺，使組態(tài)軟件向著生產(chǎn)制造和管理信息系統(tǒng)的方向發(fā)展。瘦客戶技術使得用戶可以在企業(yè)的任何地方都可以方便的獲取信息。因此，為嵌入式系統(tǒng)量身定制微型化的人機界面軟件時組態(tài)軟件新的發(fā)展方向。Wonderware 在被英國 Invensys 并購，Intellution 在被愛默生電氣并購，這都是軟硬件整體解決方案的最好例證。隨著現(xiàn)代工業(yè)“小批量、多品種”特征的形成，今后的組態(tài)軟件將朝著針對特殊行業(yè)和生產(chǎn)過程的大規(guī)模定制方向發(fā)展。（8）成為全球供應商WTO 將給國內(nèi)的自動化廠商帶來深刻的影響，一方面國門對外打開，另一方面，國外的市場對國內(nèi)的自動化廠商也已打開。它使采用 PC 機開發(fā)的系統(tǒng)工程比以往專用機開發(fā)的工業(yè)控制系統(tǒng)更有通用性，大大減少了工控軟件開發(fā)者的重復性工作，并可運用 PC 機豐富的軟件資源進行二次開發(fā)。組態(tài)王設計了報表系統(tǒng)和圖庫系統(tǒng)。 組態(tài)王的主要功能基本的人機界面功能組態(tài)王作為一種應用軟件，有很好的人機界面，為用戶提供了豐富的快速應用設計的工具，便利的集成開發(fā)環(huán)境。動畫顯示線程數(shù)據(jù)采集線程歷史記錄線程其他線程設備驅(qū)動 甲設備驅(qū)動 乙設備驅(qū)動 丙設備驅(qū)動 丁組態(tài)王 COM 組件計算機模塊PLC 智能儀表其他設備外部設備 圖 31 通信結構圖組態(tài)王的大部分驅(qū)動程序采用組件（COM）技術，這種方式使驅(qū)動和組態(tài)王構成一個完整的系統(tǒng)，既保證了運行系統(tǒng)的高效率，也使系統(tǒng)有很強的擴展性?？赡芡瑫r與多個 I/O 設備通訊。在此方式下，DDE 服務程序可以采用自己方式與 I/O 設備進行數(shù)據(jù)交換，DDE 服務程序與 “組態(tài)王”采用標準DDE 協(xié)議進行通訊。采用此方式的 I/O 設備多數(shù)為其它計算機。使用人機接口卡可以與一個 PLC連接，也可以與一個 PLC 的網(wǎng)絡連接。對于那些不需要更新的數(shù)據(jù)則盡可能減少通訊，大大緩解速率慢的矛盾。組態(tài)王的自動恢復功能是指：當下位機被更換或恢復運行后，不需要現(xiàn)場工程師對軟件系統(tǒng)作任何干預，組態(tài)王通過短時間的嘗試后，可以自動恢復與下位機的通訊。組態(tài)王是通過報警和事件這兩種情形通知操作人員過程的活動情況。廣泛的數(shù)據(jù)獲取處處理一般地，工業(yè)現(xiàn)場的設備構成的控制網(wǎng)絡負責完成自動控制的功能，保證工廠的運行，但它難于讓工廠操作和管理人員看到生產(chǎn)過程的實際運行狀況。另外，隨著網(wǎng)絡系統(tǒng)的無限蔓延，組態(tài)王每一臺數(shù)據(jù)采集站從工業(yè)現(xiàn)場采集的數(shù)據(jù)，可以被網(wǎng)絡上的所有其他站點訪問，使數(shù)據(jù)在任何時間、任何地點暢通無阻。在單主機、單網(wǎng)絡或單設備系統(tǒng)中，機器或設備出現(xiàn)檢修或故障時，整個系統(tǒng)都將停止運行，給生產(chǎn)造成損失。在單通道系統(tǒng)中，外部設備與主機之間的通訊線路一旦出現(xiàn)故障，將中斷數(shù)據(jù)采集。2）I/O 設備冗余I/O 設備冗余是指控制系統(tǒng)中有兩臺冗余的外部設備，在單設備系統(tǒng)中，外部設備一旦出現(xiàn)故障，將中斷數(shù)據(jù)采集。 當主設備廠通訊出現(xiàn)中斷時，作為冗余的從設備將自動啟運，與組態(tài)王進行通