【文章內(nèi)容簡介】 ，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。這些監(jiān)控系統(tǒng)于80 年代中先后投入運行。與此同時，我國也引進了一些國外研制的監(jiān)控系統(tǒng)。如采用 GAE 公司產(chǎn)品的有葛洲壩大江電廠、隔河巖水電廠和龔嘴梯調(diào)；采用西門子公司產(chǎn)品的有魯布革水電廠、廣州抽水蓄能電廠二期；采用 ABB 公司產(chǎn)品的有盤家口水電廠、天生橋二級、溪口、寶興河梯級和二灘水電廠等。十多年來，國內(nèi)的研制單位取得了很大的成就。已投運的幾十個計算機監(jiān)控系統(tǒng)中絕大多數(shù)是由國內(nèi)單位研制的。技術水平也有了很大的提高，達到了國外 90 年代的水平。許多新技術，如分層分布處理、分布式數(shù)據(jù)庫、開放式系統(tǒng)、網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)、多媒體、專家系統(tǒng)等，都得到了相應的應用。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。據(jù)不完全統(tǒng)計，目前大多數(shù)大中型水電廠實現(xiàn)了計算機監(jiān)控系統(tǒng)，不采用的已是少數(shù)。 電力系統(tǒng)及水利發(fā)展的特點眾所周知，電力系統(tǒng)是指利用各種電壓等級的輸電線路把分布在不同地區(qū)的各種發(fā)供電設備連接在一起構(gòu)成的一個整體，具體包括發(fā)電、變電、輸電、配電等部分。同其它系統(tǒng)相比，電力系統(tǒng)具有如下顯著特點:電力系統(tǒng)是產(chǎn)、供、銷同時完成，即“發(fā)、變、輸、配、用”同時發(fā)生的高度集中的實時系統(tǒng)，必須實行統(tǒng)一調(diào)度。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 第 3 頁 = + （2）iQ?jk式中 、 ~~~當前發(fā)電設備發(fā)出的有功和無功功率總和；iPi、 ~~~系統(tǒng)當前的有功、無功總負荷；jj、 ~~~系統(tǒng)當前的有功、無功損耗總和。k?k水力發(fā)電是比較經(jīng)濟、常用的一種發(fā)電形式，是借助于各種形式的大壩把江河水攔截起來蓄到水庫里，通過引水系統(tǒng)利用水的勢能推動水輪機并帶動與之同軸的發(fā)電機轉(zhuǎn)動發(fā)電。水輪發(fā)電機所發(fā)出的功率如下： （3）HqG??式中 q——水輪機流量 H——水頭 m ——水輪機組發(fā)電效率Sm3 ?相對于其它發(fā)電形式而言，水力發(fā)電具有啟停速度快（最快可在 1 分鐘內(nèi)并網(wǎng)并帶滿負荷） 、調(diào)節(jié)方便、能源清潔等特點，在電網(wǎng)中主要承擔調(diào)峰、用的任務。 自動控制系統(tǒng)簡述由于水電廠可擔任系統(tǒng)調(diào)峰、調(diào)頻等重要任務，因此對其自動化程度要求較高。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(jié)構(gòu)如圖 11 所示： 第 4 頁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(jié)構(gòu)各組成部分的功能和原理簡述如下：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。2）實時采集、監(jiān)視機組各部分的運行參數(shù)如軸瓦溫度、機組轉(zhuǎn)速、軸承油位等，如有異常發(fā)信號報警或作用于停機。3）完成機組各種保護功能。如機組過速保護、事故低油壓保護等。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?，F(xiàn)場自動化元件：是現(xiàn)場各種運行參數(shù)直接監(jiān)測和控制功能的最終執(zhí)行元件，是機組控制系統(tǒng)的“四肢” ，工作環(huán)境相對比較惡劣，包括現(xiàn)場各種電磁閥、液位信號器、壓力信號器、流量開關、行程開關等，實時監(jiān)測機組各部分參數(shù)并以開關量和模擬量形式傳入系統(tǒng)，接收來自控制系統(tǒng)的命令具體執(zhí)行各種現(xiàn)場操作。除上述主要部分外，在水電廠控制中還包括各種輔助設備的控制，如壓縮空氣自動控制系統(tǒng)、技術供水系統(tǒng)、火災報警及消防聯(lián)動系統(tǒng)、廠房滲漏排水系統(tǒng)、全廠電氣設備防誤操作系統(tǒng)等。信號燈板面及控制開關 第 5 頁 水電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)概述國外水電廠計算機控制應用較早，1974 年美國最早在哥倫比業(yè)河梯級電站的大古力水電站實施計算機閉環(huán)控制，大古力電站總裝機容量為 6150MW，是世界上第一個實行閉環(huán)控制的最大的水電站，當時主要采用集中控制。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。我國在這一階段也進口了一些監(jiān)控系統(tǒng)，比較大的有魯布革電站、葛洲壩大江電廠、廣州抽水蓄能電廠、隔河巖水電站、十二陵抽水蓄能電站等等。引進涉及的國外公司有:ABB 公司(包括原來 BBC公司提供的系統(tǒng)))8 套、加拿大 GAE 公司 3 套、加拿大貝利公司 2 套、法國 Cegelec公司 2 套、奧地利 Elin 公司 1 套、德國 Siemens 公司 3 套。這些水電廠計算機監(jiān)控系統(tǒng)的引進對促進我國水電廠計算機監(jiān)控技術的發(fā)展起到了一定的推動作用。國外水電廠監(jiān)控系統(tǒng)的主要結(jié)構(gòu)如下：加拿大 Bailey 公司的 INFI90 系統(tǒng)。INFI90 是 Bailey 公司在其原來的 Network90 即 N90 的基礎上推出的分散控制系統(tǒng)，采用 l0MHz 環(huán)形網(wǎng)絡作為系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，稱為 INFINET，通信方式采用“存儲一轉(zhuǎn)發(fā)”環(huán)狀通信方式，每個環(huán)可掛 250 個節(jié)點，每個節(jié)點可以是一個子環(huán)網(wǎng)（控制一臺機組或一個單元） ，在 INFINET 的下層是總線型的 CONTROLWAY 網(wǎng)絡，該網(wǎng)絡速率為 1Mbps，可掛接 32 個 INFI90 的控制模件 MFP，MFP 中具有子總線SLAVE BUS 控制器，通過 SLAVE BUS 掛接各種 I/O 模件。結(jié)構(gòu)如圖 12 所示： 第 6 頁OIS NIS EWSNISINFI—NETNPS NPMCONTROL—WAYMEP MEPDIS DSI ASI DSO ASO FBSSALVE BUSFIELD BUS…… 圖 12 INFI90 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖系統(tǒng)的主要組成部分：1）操作員接口站(OPERATOR INTERFACE STATION，OIS)：主要完成流程圖顯示、操作、管理、存儲數(shù)據(jù)的功能。提供有效的窗口來觀察過程和系統(tǒng)、操作過程和管理過程，提供畫面顯示、圖形顯示、參數(shù)趨勢顯示、報警顯示等顯示功能、數(shù)據(jù)存儲與管理功能、系統(tǒng)操作功能等。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。3）多功能處理器(MULTIFUNCTION PROCESSOR，MFP)：是 INFI90 系統(tǒng)適應過程控制的核心部件，它能完成回路控制、順序控制等功能，MFP 可以實現(xiàn) l：1冗余，MFP 通過總線與各種 I/O 子模件相連接，其中 FBS，CIS，ASO 等分別為模擬量輸入、控制 I/O 及模擬量輸出等直接與現(xiàn)場接口。INFI90 系統(tǒng)是一個封閉環(huán)路、緩沖器插入型的環(huán)形通信網(wǎng)絡，網(wǎng)絡上的節(jié)點類型包括過程控制單元、操作員接口站和計算機接口單元，網(wǎng)絡最大可支持 250 個節(jié)點，在網(wǎng)絡上的各個節(jié)點均可組成冗余配置，可靠性高，屬于分層、分散系統(tǒng)，但其開放性較差。 第 7 頁西門子公司的 PROKONLSX 水電廠計算機監(jiān)控系統(tǒng)：該系統(tǒng)是西門子公司采用先進的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和國際上通用的標準近年來開發(fā)出來的水電廠監(jiān)控系統(tǒng)。采用分布式結(jié)構(gòu)，將所有功能分成二層，結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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)。2）地區(qū)層(The Area Level)：由本地自動層送來的數(shù)據(jù)經(jīng)本地計算機進行采集，根據(jù)數(shù)據(jù)的范圍進行處理或向上一級計算機傳送，一個或幾個主地區(qū)計算機可用來對系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫在幾個單元內(nèi)進行分配。例如對機組、開關站、閘門各自設置地區(qū)計算機。3）對話層(The Dialog Level)：該層主要實現(xiàn)操作員對電廠的控制和監(jiān)視的系統(tǒng)，它包括用于運行和監(jiān)視電廠生產(chǎn)過程的運行操作計算機，根據(jù)電廠規(guī)模大小可設置單獨的數(shù)據(jù)庫管理機等。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。按控制對象設置單獨的控制單元，此時，某個機組控制單元發(fā)生故障，只影響這一臺機組，而不影響整 第 8 頁個電廠的運行。另外，由于信息進行了分布處理，即各臺機組的信息由各臺機組控制單元進行處理，就不必敷設許多電纜將信息送到一處集中處理，可以節(jié)省相應的投資。由于以上原因，整個系統(tǒng)的可靠性也得到了顯著的提高。這兩個系統(tǒng)比較典型，都采用了分散式結(jié)構(gòu)，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(jié)構(gòu)，可靠性高，為本項目的設計提供了借鑒。 本文的研究目的及意義 監(jiān)控組態(tài)軟件若按照應用的領域可以被劃分為通用組態(tài)軟件和專用組態(tài)軟件。通用組態(tài)軟件可用于多個領域，如電力、化工、石油、交通、樓宇等，由于應用領域不同則監(jiān)測點各異，但是對于系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和基本原理都是一樣的。只要在實際運用時根據(jù)不同系統(tǒng)的具體特點設計具體的解決方案就可以了。而專用組態(tài)軟件則是。而且各種關聯(lián)關系也是很有針對性的。長期以來，我國的組態(tài)軟件市場都是由國外產(chǎn)品占主角，國內(nèi)組態(tài)軟件所占比重并不高。發(fā)展自己的組態(tài)軟件既要借鑒他人之長，也要有自己的思路，盡量減少效仿，突出特色，以客戶需求為中心，積極創(chuàng)新。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。本文研究目的和意義是利用面向?qū)ο蟮慕：驮O計方法，設計并實現(xiàn)出一套專用在變配電所綜合自動化領域，具有工程畫面快速生成、圖形編輯和撤銷功能，具有動畫屬性的，支持與實時數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)連接，支持工程畫面間切換的快速更新，支持腳本編程，可視化、中文界面、高度開放性、功能強大的組態(tài)軟件系統(tǒng)。多個功能模塊共同構(gòu)成變配電所自動化組態(tài)軟件系統(tǒng)，能夠在類似的變配電所的監(jiān)控軟件中發(fā)揮組態(tài)軟件應用的功能，更好的復用軟件。通過新技術、新規(guī)范的引入，為監(jiān)控組態(tài)軟件的研制、開發(fā)提供了更好的支持。這將影響現(xiàn)有監(jiān)控組態(tài)軟件的體系結(jié)構(gòu)，進而改變軟件的某些使用模式，滿足更為靈活的實際需求。 第 9 頁第二章 底層硬件設計及 PLC選型所謂“四遙”是指， “遙測、遙信、遙控、遙調(diào)”的簡稱。遙信量——是指遠方監(jiān)視電氣開關和設備、機械設備的工作狀態(tài)和運轉(zhuǎn)情況狀態(tài)等。分為軟接點信號與硬接點信號。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)。硬接點信號，它由間隔層的設備繼電器位置接點發(fā)出 DC 110V 電壓信號，采用 0 或 1 計位。一般來說， “0”表示未動作， “1”表示動作。信號經(jīng)電纜傳送到測控裝置的光藕盒上。光禍盒進行光電隔離，能提高抗干擾能力。光電隔離后，轉(zhuǎn)變變?yōu)?DC 24V 電壓信號輸入測控裝置使用。遙調(diào)量——是指遠方設定及調(diào)整所控設備的工作參數(shù)、標準參數(shù)等。它由測控裝置發(fā)出 DC 110V 控制信號，經(jīng)過電纜實現(xiàn)控制變電站的主變檔位的。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。變電站一般由 PT 或 CT 上采集，經(jīng)過電纜輸入到測控裝置，經(jīng)過數(shù)模 A/D 轉(zhuǎn)換，供測控系統(tǒng)使用。遙控量——遙控是指遠方控制或保護電氣設備及電氣化機械設備的分、合、起、停等工作狀態(tài)。在變電站里，它由測控裝置發(fā)出 DC 110V 控制信號，經(jīng)過電纜實現(xiàn)控制變電站的所有開關、刀閘。 硬件模塊單元 模擬量輸入模塊