【正文】 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。國內(nèi)在電力行業(yè)應(yīng)用較多的有：南瑞 NC2021和 EC202水科院的 H9000等。 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。 圖 3— 5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 LCU所有的功能，小型 PLC僅完成當主 PLC故障時仍能對機組進行開停機等的順序控制功能，如圖 3— 6所示。電度量可以進行峰平谷分時累計?！?PLC主要結(jié)構(gòu)如圖 37所示。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 90— 30PLC的能力。 RTU RTU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。 機組狀態(tài)判斷標準如下： 機組開機準備條件判斷：機組無事故，制動風(fēng)閘回復(fù)位置，發(fā)電機斷路器在分閘置，接力 器鎖錠在拔出位置，滅磁開關(guān) FMK在合閘位置，機組電磁閥操作電源正常。機組空轉(zhuǎn)態(tài)到停機態(tài)流程框圖如圖 3一 15。 CIMPLICITY Machine Edition編程軟件 (簡稱 ME) ME是 GE Fanuc基于 Windows基礎(chǔ)上的最新一代的自動化軟件， ME被設(shè)計安裝在Win98， WinNT， WIN2021操作系統(tǒng)中。它的優(yōu)點是修改某一功能塊時將不會影響到其它功能塊，并使程序調(diào)試和 調(diào)整程序簡單化。 3． 7． 3 控制流程應(yīng)用程序 在機組 LCU的控制功能中，最重要、最基本的是開機、停機和事故停機的控制，這是水電站機組控制的核心。 4． 2 冉家壩水電站 LCU測試結(jié)果 4． 2． 1實時性 a．計算機監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備的實時性 計算機監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備的實時性反映在系統(tǒng)的各種響應(yīng)時問上，包括微處理機處理、存儲器存儲、數(shù)據(jù)采集及處理、通道傳輸、軟件等的速度或效率，同時還考慮故障時重載對 響應(yīng)時間影響。 采取下列措施提高可維修性： (1)設(shè)備具有自診斷和故障尋找程序，按照現(xiàn)場可更換部 件水平來確定故障位置； (2)有便于試驗和隔離故障的斷開點； (3)配置合適的專用安裝拆卸工具； (4)互換件或不可互換件有措施保證識別； (5)預(yù)防性維修不引起磨損性故障； (6)提高硬件的代換能力。如果故障的處理時間超過規(guī)定的維修時問，則計算期限相應(yīng)延長。在順控流程中還引入了“限時”的概念，當發(fā)出操作命令，在設(shè)定的時間內(nèi)，若此命令已完成，便立即執(zhí)行下一個命令，若在執(zhí)行該命令時受阻，達到設(shè)定的時問即可撤銷該命令，去執(zhí)行“報警退出”任務(wù)，自動把機組轉(zhuǎn)換到原來的安全狀態(tài)，并在觸摸屏上顯示受阻部位，以保證機組的安全。 10．事故停機功能塊 FCIO，它的任務(wù)是在 OBI接到 I類電氣事故、溫度過高、機組過速 115％ (延時 0． 5S)、 140％、 150％、事故低油壓、手動緊急停機按鈕動作等事故信息時被調(diào)用。這樣做不但能大大提高 CPU的運行速度，還可以實現(xiàn)模塊化編程，使程序清晰明了。所有程序編制和數(shù)據(jù)組態(tài)放在 DOS子目錄里，用電源模塊上提供的 RS485口作為編程口，編程電纜上帶有 RS一 232／ RS485轉(zhuǎn)換器，以適配于編程器的串行口 (9針或 25針 )和 PLC連接。機組發(fā)電態(tài)到空載態(tài)流程框圖如圖 3— 13所示。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， 3． 5 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) )，機組的開機、停機、解列、解列后并網(wǎng)等操作，就是機組在停機、空轉(zhuǎn)、空載、發(fā)電四種狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換。 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。 按照 PLC的選擇原則，能滿足上述要求的 PLC的型號有： GE的 9030或 9070系列；西門子的 S7系列；施耐德的 Mod icon TSX Quantum系列：貝加萊 B＆ R2021系列 PCC；國產(chǎn) MB系列 等。 3． 3． 6 在線診斷 LCU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。監(jiān)控系統(tǒng)對普通開關(guān) 量的采集為定時掃查方式。 圖 33 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。 5)電氣事故處理：機組各種電氣事故停機、跳機組出口開關(guān)等。 2． 3． 3 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。 圖 21巴山冉家壩水電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 結(jié)構(gòu)說明： 12 (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。 (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。 2． 2 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。 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。 1． 2 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 水電站，裝機容量 14MW，年平均發(fā)電量 kW． h，年利用小時數(shù) 3213h，保證出力 。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。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。 1． 1． 2 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。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。 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 (Location 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。 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。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。 (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。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。 2)開停機控制： 正常開停機和事故停機。 3． 2 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： 3． 2． 1 一體化工控機直接聯(lián)網(wǎng) 結(jié)構(gòu)如圖 31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。 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。 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。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。一個口為 RS232口，一個口可由用戶配置為 RS232口或 RS485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。 3． 4． 6 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 27 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。 30 3． 6． 3 機組空載到發(fā)電態(tài) 機組在空載態(tài)， PLC接收到機組空載態(tài)到發(fā)電態(tài)運行操作時，首先判斷同期壓板如果在投，則投同期合發(fā)電機出口斷路器，若斷路器已合上，復(fù)歸投同期等命令，機組自動進入發(fā)電態(tài)；若判斷發(fā)電機出口斷路器沒合上則延時報警并退出；若同期壓板沒投，報警并退出。 3． 7 LCU應(yīng)用程序的設(shè)計開發(fā) 3． 7． 1 編程方法的選擇 對于 90— 30 PLC的編程和組態(tài)， GE Fanuc提供以下幾種形式： 1． CIblPLICITY Machine Edition編程軟件； 2． Versapro編程軟件； 3． 109icmaster90軟件運行在 IBM兼容機； 4．方便的手持編程器 (HHP)。機組 LCIJ的應(yīng)用程序 (Program)采用模塊化編程，在軟件設(shè)計時將 Program程序分成三大模塊，分別為： 組織塊主程序 (OBI)： OBI塊構(gòu)成了 CPU和用戶程序的接口。 7．空載轉(zhuǎn)空轉(zhuǎn)功能塊 FC7，它的任務(wù)是在 OBI接到上位機或觸摸屏的空載轉(zhuǎn)空轉(zhuǎn)令時被調(diào)用。 (2)軟件設(shè)計的可靠性。 主控級的各工作站或計算機 (含磁盤 )的 MTBF(故障平均間隔時 間 )大于 10000h。 (可使用時問 +維修停機時間 ] 100％ 式中：所有時間的單位均為小時 (h)； ^ A —— 可用性 (率 )； 可使用時間 =考核 (試驗 )時間 — 維修停機時間 考核 (試驗 )時間 (h)：本系統(tǒng)設(shè)備在“現(xiàn)場交接證書”簽發(fā)后即開始進入可用性試驗的考核時間，考核時間取 8760h。 c．主控級的響應(yīng)能力 主控級的響應(yīng)能力滿足系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集、人機接口、控制功能和系統(tǒng)通信的時間要求。 2．實現(xiàn)了控制功能的徹底分散現(xiàn)場總線系統(tǒng)是通過通信電纜將各個智能設(shè)備連接成多種拓撲結(jié)構(gòu)，大量信息在現(xiàn)場就地完成處理及交換，不需要經(jīng)過控制室主控機，減少了現(xiàn)場設(shè)備與主控室之間的信息往返，使控制功能徹底分散，提高了系統(tǒng)控制的自治性和可靠性，還可以縮短系統(tǒng)的響應(yīng)時間。 2．停機轉(zhuǎn)空轉(zhuǎn)功能塊 FC2，它的任務(wù)是在 OBI接到上位機或觸摸屏的停機轉(zhuǎn)空轉(zhuǎn)令 39 時被調(diào)用。在 ME中所有 的功能軟件都具有一樣的開發(fā)環(huán)境和工具包。 3． 6． 9機組事故停機功能 當 PLC檢測到機組溫度過高保護動作或電氣一類保護動作報警信息時，同時啟動緊急停機電磁閥，分斷路器開關(guān)及 FMK，最后執(zhí)行空載轉(zhuǎn)停機流程，即依次調(diào)用空載轉(zhuǎn)空轉(zhuǎn)流程和空轉(zhuǎn) 轉(zhuǎn)停機流程。 機組發(fā)電態(tài)判斷：發(fā)電機斷路器在合閘位置，導(dǎo)葉接力器在空載及以上位置，機組轉(zhuǎn)速大于 90％ Ne，發(fā)電機電壓大于 80％ Ue。 可編程軟件 系統(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。其中機組 LCU配置如表 3— 1： (2)GE Fanuc 90— 30 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、故障安全電源和容錯電源。 (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。 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、標度變換等，經(jīng)格式化處理后存入實時數(shù)據(jù)庫。 圖 3— 6 主輔冗余型 LCU示意圖 3． 3 冉家壩水電站對于機組及公用 LCU的功能要求 3． 3． 1 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)。 2)溫度量，包括機組各軸瓦、冷卻器熱風(fēng)溫度。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)站和公 用設(shè)備 LCU。 (2)通信工作站 完成與站