【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 出。 青銅峽水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng) C P U 1 通 信 模 塊 通 信 模 塊 C P U 2I / OI / O過(guò) 程 I / O 設(shè) 備冗 余 電 廠 網(wǎng) 絡(luò)內(nèi) 部 總 線(xiàn)圖 33以工控機(jī)或微處理器加一般 I/O為基礎(chǔ)構(gòu)成的機(jī)組 現(xiàn)地控制單元硬件配置圖 基于 工控機(jī)加可編程控制器（簡(jiǎn)稱(chēng)為可編程或 PLC） 的 現(xiàn)代控制單元 這種結(jié)構(gòu)在國(guó)外很少見(jiàn)，而在國(guó)內(nèi)采用的較多。其優(yōu)點(diǎn)有： （ 1） 能夠采用當(dāng)今流行的操作系統(tǒng)和高級(jí)語(yǔ)言來(lái)編程。 （ 2） 現(xiàn)地人機(jī)接口界面可以做的較為豐富。 （ 3） 現(xiàn)地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)功能可以得到加強(qiáng)。 這種結(jié)構(gòu)的不足之處在于： （ 1） 與只采用可編程構(gòu)成的 現(xiàn)地控制單元相比，這種結(jié)構(gòu)多了工業(yè)微機(jī)這一道中間環(huán)節(jié)，當(dāng)其故障時(shí)，將會(huì)導(dǎo)致現(xiàn)地控制單元失去與主站級(jí) 計(jì)算機(jī)的聯(lián)系，系統(tǒng)的可利用率和可靠性也會(huì)降低。 （ 2） 由于溫度測(cè)量裝置直接與工業(yè)微機(jī)通信，因此，可編程無(wú)法對(duì)有關(guān)機(jī)組瓦溫或油溫上升趨勢(shì)進(jìn)行分析，這部分工作只能有工業(yè)微機(jī)來(lái)完成。當(dāng)機(jī)組瓦溫或油溫上升趨勢(shì)過(guò)快需要緊急停機(jī)時(shí)，只能有工業(yè)微機(jī)啟動(dòng)可編程中的緊急停機(jī)程序來(lái)執(zhí)行緊急停機(jī)，這樣有可能影響停機(jī)的速度。 結(jié)構(gòu)圖如圖 34所示 王定一 等編著 水電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)視與控制 工 控 機(jī)多 串 口 模 板可 編 程 電 量 采 集 裝 置 溫 度 采 集 裝 置 微 機(jī) 調(diào) 速 器微 機(jī) 勵(lì) 磁 調(diào) 節(jié)器微 機(jī) 保 護(hù) 裝 置電 廠 網(wǎng) 絡(luò)圖34由工控機(jī)加可編程控制器構(gòu)成的機(jī)組 現(xiàn)地控制單元硬件配置框圖 青銅峽水電站現(xiàn)地控制單元的結(jié)構(gòu)類(lèi)型選擇 青銅峽電廠為調(diào)峰和調(diào)頻電廠，機(jī)組應(yīng)能在任何時(shí)候都要迅速、準(zhǔn)確地完成開(kāi)停機(jī)并網(wǎng)操作。 帶工控機(jī)的現(xiàn)地控制單元結(jié)構(gòu)類(lèi)型，由于增加了工控機(jī)這一環(huán)節(jié)，降低了系統(tǒng)的可靠性和可利用率 。 綜合考慮以上結(jié)構(gòu)類(lèi)型的特點(diǎn)和青銅峽水電站的要求，青銅峽電站的現(xiàn)地控制單元硬件配置采用以高性能可編程控制器為基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)， 結(jié)構(gòu)圖如圖 35 所示， LCU1～ LCU9 為機(jī)組現(xiàn)地控制單元， LCU10 為開(kāi)關(guān)站現(xiàn)地控制單元 ， LCU11 為公共設(shè)備現(xiàn)地控制單元。 S 7 4 0 0 S 7 4 0 0 S 7 4 0 0 S 7 4 0 0冗 余 光 纖 以 太 網(wǎng)G P SL C U 1 L C U 9L C U 1 0L C U 1 1圖 35青銅峽水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)現(xiàn)地控制單元 硬件配置框圖 青銅峽水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng) 青銅峽水電廠 數(shù)據(jù)采集輸入量與輸出量 水電廠數(shù)據(jù) 采集 和處理 要求 水電廠 數(shù)據(jù)采集給計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)提供大量的過(guò)程信息，它是計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)最基本的功能。數(shù)據(jù)采集功能的好壞會(huì)直接影響整個(gè)系統(tǒng)的品質(zhì)。為實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)監(jiān)控任務(wù)，水電廠數(shù)據(jù)采集應(yīng)該滿(mǎn)足 ：實(shí)時(shí)性、可靠性、準(zhǔn)確性、簡(jiǎn)易性和靈活性要求。 在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，為滿(mǎn)足控制要求，從對(duì)過(guò)程設(shè)備的操 縱，到采集數(shù)據(jù)的傳輸或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，必須將采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的處理。水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理必須滿(mǎn)足下列要求： （ 1） 數(shù)字輸入狀態(tài)量的處理 數(shù)字狀態(tài)輸入量的數(shù)據(jù)處理應(yīng)包括下列內(nèi)容：地址 /標(biāo)記名處理；掃查處理；掃查允許 /禁止處理；狀態(tài)變位處理；輸入抖動(dòng)處理；報(bào)警處理。 （ 2） 模擬輸入量處理 模擬輸入量大數(shù)據(jù)處理應(yīng)包括下列內(nèi)容：地址 /標(biāo)記名處理；掃查速率處理；掃查允許 /禁止處理；工程量變換處理；測(cè)量零值處理；測(cè)量死區(qū)處理；測(cè)量上、下限值處理；測(cè)量合理限制處理；測(cè)量上、下限制死區(qū)處理；越線(xiàn)報(bào)警處理。 （ 3） 數(shù)字 SOE輸入 量的處理 數(shù)字 SOE 輸入量的數(shù)據(jù)處理應(yīng)包括下列內(nèi)容：地址 /標(biāo)記名處理；掃查速率處理；掃查允許 /禁止處理；防接點(diǎn)抖動(dòng)處理；狀態(tài)變位處理。時(shí)間標(biāo)記處理；報(bào)警處理。 （ 4） 數(shù)字脈沖輸入量的處理 數(shù)字脈沖輸入量的數(shù)據(jù)處理應(yīng)包括數(shù)字狀態(tài)連的處理功能之外，還要求有脈沖計(jì)算凍結(jié)處理機(jī)脈沖計(jì)數(shù) 溢出處理。 （ 5） 趨勢(shì)記錄處理 某些模擬輸入量的變化趨勢(shì)處理有利于監(jiān)控運(yùn)行和維護(hù)管理，如軸承溫度、定子繞組溫度、變壓器油溫、軸承油位等變化趨勢(shì)，可以按不同的間隔時(shí)間（采樣時(shí)間）做成趨勢(shì)顯示曲線(xiàn)。一般采用短趨勢(shì)記錄較多，如取5s、 15s、 1min 為間隔時(shí)間，可做成 1 月或 1年的記錄。趨勢(shì)記錄的采樣值可以設(shè)置長(zhǎng)趨勢(shì)記錄，按 1h或 1d 為間隔時(shí)間，可做成 1月或 1 年的記錄。趨勢(shì)記錄的采樣值可取即時(shí)制、平均值。 （ 6） 追憶記錄處理 追憶記錄處理時(shí)對(duì)一些模擬輸入量進(jìn)行段時(shí)段的記錄，一旦遇到事故發(fā)生就將此記錄保存下來(lái)，無(wú)事故發(fā)生就重新刷新。一個(gè)完整的追憶記錄一般可以分為三個(gè)時(shí)段，即事故前段、事故時(shí)段和事故后時(shí)段，按照需要， 這三個(gè)時(shí)段和采樣間隔時(shí)間可以不同。 （ 7） 歷史數(shù)據(jù)處理 為了便于水電站的生產(chǎn)管理，需要對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，也就是要對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)做集中和計(jì)算處 理，一般要求建立的歷史數(shù)據(jù)按如下進(jìn)行分類(lèi)：趨勢(shì)類(lèi)；累加類(lèi)；平均值類(lèi)；最大 /最小值類(lèi)。 青銅峽 水電廠監(jiān)控測(cè)點(diǎn) 布置 計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng) 數(shù)據(jù)采集 應(yīng)能實(shí)現(xiàn)以下目標(biāo)： （ 1） 應(yīng)能自動(dòng)（定時(shí)和隨機(jī)）采集各類(lèi)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)類(lèi)型包括模 擬 量、數(shù)字輸入狀態(tài)量 （開(kāi)關(guān)量） 、數(shù)字輸入脈沖量、數(shù)字輸入 BCD 碼、數(shù)字輸入事件順序量（ SOE）、外部鏈路數(shù)據(jù)。 （ 2） 在事故或故障情況下，應(yīng)能自動(dòng)采集事故、故障發(fā)生時(shí)刻的各類(lèi)數(shù)據(jù)。 采集數(shù)據(jù)根據(jù)其特征分類(lèi)如下： 模擬量： ，包括電流、電壓、功率、頻率的變換量 ，包括溫 度、壓力、流量、液位、振動(dòng)、位移、氣隙等非電氣模擬量經(jīng)各類(lèi)變換器變換成的電氣模擬量 . 數(shù)字輸入量 ： 數(shù)字輸入量 類(lèi)型按水電廠應(yīng)用需求及其信息特征可分為五種類(lèi)型，即數(shù)字狀態(tài)類(lèi)型、數(shù)字報(bào)警類(lèi)型、事件順序記錄（ SOE） 點(diǎn)類(lèi)型、脈沖累加點(diǎn)類(lèi)型和 BCD 碼類(lèi)型。 根據(jù)水電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)定，單機(jī)容量為 100MW 及以下時(shí)，需要監(jiān)視的機(jī)組非電量一般不超過(guò) 50 個(gè)。 青銅峽水電廠的單機(jī)容量都在 100MW以下，故 青銅峽水電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)非電 氣模擬 量參數(shù)測(cè)點(diǎn) 取 38個(gè)，其中壓力 測(cè)點(diǎn) 10 個(gè)，液位測(cè)點(diǎn) 9 個(gè)，油混水 5 個(gè)，流量 7個(gè)，絕對(duì)振動(dòng) 3個(gè)，擺度 4 個(gè)。 壓力測(cè)點(diǎn)包括， 水輪機(jī)蝸殼進(jìn)口和尾部、尾水管進(jìn)出口、肘管內(nèi)外和頂蓋的真空、技術(shù)供水總管、油壓裝置壓油槽 等；液位測(cè)點(diǎn)包括，上導(dǎo)軸承、推力軸承和水導(dǎo)軸承油槽，水輪機(jī)頂蓋，調(diào)速系統(tǒng)油壓裝置的回油箱 ，機(jī)組漏油箱，尾水管調(diào)相水位 ，上游水位，下游水位， 尾水位 ；油混水測(cè)點(diǎn)包括，上導(dǎo)油槽、推力軸承油槽、水導(dǎo)軸承油槽，漏油箱和油 青銅峽水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng) 壓裝置的回油箱。流量測(cè)點(diǎn)包括，蝸殼、上導(dǎo)軸承冷卻水、推力軸承冷卻水、水導(dǎo)軸承冷卻水、空氣冷卻器冷卻水、主軸密封潤(rùn)滑水和技術(shù)供水總排水量。 機(jī)組擺度測(cè)點(diǎn)包括 ，上導(dǎo)和水導(dǎo)軸承 X、 Y 方向 各設(shè)兩個(gè)測(cè)點(diǎn)。 絕對(duì)振動(dòng)測(cè)點(diǎn)包括，發(fā)電機(jī)上機(jī)架、推力軸承架和水輪機(jī)頂蓋 3個(gè)部位。 機(jī)組電氣模擬量輸入測(cè)點(diǎn) 12 個(gè)，包括三相電流（ A,B,C），三相電壓（ AB,BC,CA），有功功率，無(wú)功功率，功率因素，發(fā)電機(jī)出口頻率，有功電度，無(wú)功電度。 機(jī)組開(kāi)關(guān)量輸入測(cè)點(diǎn) 78，包括蝶閥全開(kāi) /關(guān)位置，過(guò)電流，過(guò)電壓，導(dǎo)葉全開(kāi) /關(guān)， 導(dǎo)葉空載位置，導(dǎo)葉鎖定投入 /拔出位置，槳葉開(kāi)啟位置，主軸密封 水 中斷，冷卻水電動(dòng)閥開(kāi)啟 /關(guān)閉位置，油壓裝置隔離開(kāi)關(guān)關(guān)閉 /開(kāi)啟位置，導(dǎo)葉推力冷卻水中斷位置，調(diào)速器故障勵(lì)磁故障，導(dǎo) 葉失控位置，手動(dòng)開(kāi)啟 /關(guān)閉蝶閥，蝶閥部分開(kāi)啟位置，導(dǎo)葉投制動(dòng)位置，導(dǎo)葉投鎖錠位置，滅磁開(kāi)關(guān)分閘位置，發(fā)電機(jī)開(kāi)關(guān)合閘 /分閘位置，事故 /故障手動(dòng)復(fù)歸按鈕，機(jī)組制動(dòng)閘復(fù)位位置，機(jī)組制動(dòng)閘復(fù)位投入位置機(jī)械制動(dòng)投入位置，機(jī)組 25%轉(zhuǎn)速投入機(jī)械制動(dòng)閘，機(jī)組 50%轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速投入電氣制動(dòng)閥，機(jī)組 90%轉(zhuǎn)速投入水輪機(jī)油槽位保護(hù)，機(jī)組 95%投入勵(lì)磁，機(jī)組電氣一級(jí)過(guò)速 155%轉(zhuǎn)速，機(jī)組電氣二級(jí)過(guò)速 115%轉(zhuǎn)速，機(jī)組 1%5%低轉(zhuǎn)速監(jiān)視 ，手動(dòng)開(kāi)機(jī) /停機(jī)，手動(dòng)緊急停機(jī)，油壓裝置油泵自動(dòng) /啟動(dòng)位置，發(fā)電機(jī)隔離開(kāi)關(guān) QS 合閘位置， 發(fā)電機(jī)開(kāi) 關(guān)操作操作回路故障， 發(fā)電機(jī)保護(hù)裝置電影故障，勵(lì)磁裝置起勵(lì)失敗故障，勵(lì)磁裝置 PT/過(guò)勵(lì) /CPU/調(diào)節(jié)器 /低頻過(guò)壓 /欠勵(lì)磁 /風(fēng)機(jī)/故障，勵(lì)磁裝置逆變滅磁失敗，勵(lì)磁裝置快速熔絲熔斷，勵(lì)磁裝置過(guò)勵(lì)，勵(lì)磁裝置電源故障， 機(jī)組滅磁開(kāi)關(guān)合閘位置，油壓裝置油泵故障，冷卻水電動(dòng)閥電源故障，機(jī)組滅火電動(dòng)閥開(kāi)啟 /關(guān)閉位置，調(diào)速器油路壓力下降，機(jī)組勵(lì)磁變隔離開(kāi)關(guān)合閘 /分閘 位置 ，發(fā)電機(jī)壓變隔離開(kāi)關(guān)合閘 /分閘位置，勵(lì)磁變隔離開(kāi)關(guān)合閘 /分閘位置，主變 110KV 側(cè)開(kāi)關(guān)分 /合位，主變壓器故障， 低頻解列，欠壓解列 機(jī)組 開(kāi)關(guān)量 輸出測(cè)點(diǎn) 63，開(kāi) /關(guān) 導(dǎo)葉，音響報(bào)警，開(kāi) /關(guān)閥門(mén)，合閘，儲(chǔ)能動(dòng)作，分閘，合閘指示，分閘指示，水阻投入， 調(diào)速器導(dǎo)葉開(kāi)啟 /關(guān)閉電磁閥，油壓裝置隔離閥開(kāi)啟 /關(guān)閉，導(dǎo)葉鎖錠電磁閥拔出 /投入，導(dǎo)葉慢關(guān)電 機(jī) 磁閥，導(dǎo)葉開(kāi)啟命令 ,調(diào)速器反饋設(shè)定，機(jī)組負(fù)荷（頻率）增加 /減少， 槳葉開(kāi)啟命令，槳葉位置預(yù)值，導(dǎo)葉位置預(yù)值，機(jī)械制動(dòng)電磁閥投入 /復(fù)歸，冷卻水電動(dòng)蝶閥開(kāi)啟，油壓裝置壓力油罐補(bǔ)氣電磁閥， 機(jī)組 PLC裝置故障，冷卻水電動(dòng)閥關(guān)閉，油壓裝置油泵啟動(dòng)，機(jī)組發(fā)電機(jī)保護(hù)及水機(jī)事故聯(lián)跳發(fā)電機(jī)開(kāi)關(guān)，機(jī)組發(fā)電機(jī)開(kāi)關(guān)合閘，機(jī)組勵(lì)磁增加 /減少，自動(dòng)準(zhǔn)同期裝置投入，機(jī)組 無(wú)功調(diào)節(jié)投入，機(jī)組水機(jī)故障信號(hào)，機(jī)組調(diào)速器裝置故障，機(jī)組勵(lì)磁裝置故障，機(jī)組滅磁開(kāi)關(guān)合閘，投勵(lì)磁調(diào)節(jié)器，推勵(lì)磁調(diào)節(jié)器，機(jī)組勵(lì)磁停機(jī)逆變滅磁， 機(jī)組分滅磁開(kāi)關(guān)，機(jī)組無(wú)功調(diào)節(jié)退出，機(jī)組勵(lì)磁裝置投入電網(wǎng)頻率 /電壓跟蹤，機(jī)組無(wú)功增加 /減少，機(jī)組緊急停機(jī)狀態(tài)信號(hào)燈，機(jī)組開(kāi)機(jī)準(zhǔn)備好信號(hào)燈，機(jī)組發(fā)電狀態(tài)信號(hào)燈，機(jī)組溫度升高信號(hào)燈，機(jī)組溫度過(guò)高信號(hào)燈，機(jī)組軸承油位不正常信號(hào)燈，機(jī)組開(kāi)機(jī) /停機(jī)未完成信號(hào)燈，開(kāi)機(jī)指示，機(jī)組電氣事故信號(hào)，機(jī)組電氣故障信號(hào)，機(jī)組 PLC 運(yùn)行狀態(tài)。 青銅峽水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng) 第四章 青銅峽水電站現(xiàn) 代控制單元的 PLC 類(lèi)型和模塊選擇及組態(tài) PLC 類(lèi)型選擇 由第三章可知，青銅峽水電站的輸入測(cè)點(diǎn)為 128，輸出測(cè)點(diǎn)為 地控制單元的設(shè)計(jì)過(guò)程中，已經(jīng)選取了西門(mén)子公司的 S7400 系列 PLC。S7400 系列 PLC 是快速、高性能、堅(jiān)固設(shè)計(jì)、通用型功率 PLC，它能滿(mǎn)足中高性能要求的應(yīng)用，在國(guó)內(nèi)有部分水電廠采用了以 S7400PLC 為基礎(chǔ)的現(xiàn)地控制單元。青銅峽水電廠共有九臺(tái)機(jī)組中， 有七臺(tái)機(jī)組的單機(jī)容量是 萬(wàn)千瓦，其他兩臺(tái)機(jī)組的單機(jī)容量分別是 2 萬(wàn)千瓦和 3 萬(wàn)千瓦，S7400PLC 能滿(mǎn)足控制要求 。青 銅峽水電廠的監(jiān)控系統(tǒng)按“無(wú)人值班，少人值守”的原則進(jìn)行設(shè)計(jì)。綜合考慮監(jiān)控任務(wù)和經(jīng)濟(jì)性等要求，選擇 S7400H PLC。 S7400H PLC 是西門(mén)子提供的冗余 PLC,為雙機(jī)架硬件級(jí)熱備產(chǎn)品，通過(guò)主、從兩個(gè)機(jī)架，兩套完整獨(dú)立的系統(tǒng)，兩套機(jī)架上的熱備單元通過(guò)光纖通訊。 S7400H PLC 包括以下幾個(gè)部件： （ 1） 2個(gè)中央控制器（機(jī)架）： 2 個(gè)分立的中央控制器 UR1/UR2，或 1個(gè)分割為 2個(gè)區(qū)的中央控制器 UR2H； （ 2）每個(gè)中央控制器有 2個(gè)同步模板，通過(guò)光纖連接這兩個(gè)控制器； （ 3）每個(gè)中央控制器有一 個(gè) CPU4144H或 CPU4174H； （ 4）在中央控制器中架有 S7400I/O 模板； （ 5） UR1/UR2/ER1/ER2 擴(kuò)展單元， 與 /或有 I/O 模板組的 ET200M 分布式 I/O。 中央功能總是冗余配置的， I/O 模板可以是常規(guī)配置或者切換型配置。 必備附件，如 PROFIBUS 屏蔽電纜及網(wǎng)絡(luò)連接器等。 PLC 模塊選擇 CPU 模塊選擇 S7400H PLC 有兩種容錯(cuò) CPU,分別是 CPU4144H 或 CPU4174H。 兩種 CPU 都可配置為容錯(cuò)式 S74OOH 系統(tǒng)。 兩種 CPU 所帶的集 成 PROFIBUSDP 接口能作為主站直接連接到 PROFIBUSDP 現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)。 CPU4144H 用于 SIMATIC S7400H 和 S7400F/FH。 CPU4174H 是 SIMATICS7400H 和 S7400F/FH 中功能最強(qiáng)的 。 綜合考慮控制要求選擇 CPU4174H。 CPU4174H 大約為原 CPU 的 倍，內(nèi)存為 20MByte。 CPU4174H 配置如下： （ 1） 高性能的處理器： CPU 處理每條二進(jìn)制指令的時(shí)間極快，只需 μｓ 。 （ 2） 4MBRAM,可擴(kuò)展到 20MB。 （ 3） 靈活的擴(kuò)展能力，最大 128KB 的 數(shù)字量的輸入 /輸出和 8K 的模擬量的輸入 /輸出。 （ 4） 模式選擇器，為鑰匙開(kāi)關(guān)，取出模式選擇器可限制對(duì)用戶(hù)數(shù)據(jù)的訪問(wèn)， （ 5） 塊保護(hù)，除了鑰匙開(kāi)關(guān)外，口令保護(hù)可防止非法訪問(wèn)用戶(hù)程序。 （