【導(dǎo)讀】系統(tǒng)直接對(duì)水電站設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控。備的自檢，是實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)電站所有設(shè)備進(jìn)行控制、測(cè)量、監(jiān)視和保護(hù)的自動(dòng)控制系統(tǒng)。其功能可用圖1-1來表示。性，必須收集全廠各設(shè)備的實(shí)時(shí)運(yùn)行資料，以便及對(duì)做出響應(yīng)。全監(jiān)測(cè)、越限報(bào)警，實(shí)現(xiàn)廠內(nèi)自動(dòng)發(fā)電控制和自動(dòng)電壓調(diào)整等。速器等連接起來，集中監(jiān)控水電站各臺(tái)機(jī)組的運(yùn)行，以實(shí)現(xiàn)整個(gè)電站的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。尚屬研發(fā)完善階段。Windows平臺(tái)的軟件又往往針對(duì)大型水電站設(shè)計(jì)，不適于小型水電站應(yīng)用。經(jīng)過多年孜孜不倦的努力，我國水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控技術(shù)已經(jīng)有了很大的發(fā)展，水平、實(shí)用程度上已達(dá)到國外目前水平，有的方面甚至已趕上了國際先進(jìn)水平。在機(jī)器人、汽車及其他領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)智能化主要體現(xiàn)在對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)的自動(dòng)診斷，對(duì)電。在使用方面通常使。情況下測(cè)試的，軟件的維護(hù)簡(jiǎn)單方便。少了電站的運(yùn)行費(fèi)用，減少了電站的投資。

　　

【正文】 面的開發(fā)，運(yùn)動(dòng)控制，多目標(biāo)控制都集成在一個(gè)統(tǒng)一的工作環(huán)境中。提供了標(biāo)準(zhǔn)的開發(fā)界面使得工程的開發(fā)更有效率，同時(shí)還提供了工業(yè)控制領(lǐng)域標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)如： XML， COM／ DCOM,OPC， ActiveX，她還支持 WEB功能，如內(nèi)建 WEB服務(wù)器，可以使任何人都可以訪問實(shí)時(shí)的過程數(shù)據(jù)。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。所有的功能軟件都共享一個(gè)數(shù)據(jù)庫，如腳本，變量，例如你在某一個(gè)功能軟件中創(chuàng)建了一個(gè)參數(shù)，那么其他 ME的功能軟件都可以使用它。 ME功能： 創(chuàng)建與 PLC邏輯和信息相關(guān)的文件夾 組態(tài) PLC硬件 創(chuàng)建和編輯變更表 創(chuàng)建，編輯和監(jiān)視執(zhí)行的梯形圖邏輯 創(chuàng)建編輯 Motion程序 創(chuàng)建 Control StationNT／ CE控制面板 (軟件 PLC)的組態(tài)工程 創(chuàng)建 Quick Panel(觸摸屏 )組態(tài)工程 創(chuàng)建 View StationNT／ CB顯示面板 (緊湊型 PC)的組態(tài)工程 允許通過 Web方式進(jìn)行遠(yuǎn)程登錄 3． 7． 2 應(yīng)用程序的設(shè)計(jì) 38 根據(jù)冉家壩水電站水輪發(fā)電機(jī)組的實(shí)際工作情況， LCU的主控制器 PLC選擇了模塊化編程方法。模塊化編程功能塊 (FC)或功能塊 (FB)，它們控制著不同的過程任務(wù)，例如：操作模式，診斷或?qū)嶋H控制程序。這些塊相當(dāng)于主循環(huán)程序的子程序。在主程序塊 (OBI)中的指令決定功能模塊的執(zhí)行。機(jī)組 LCIJ的應(yīng)用程序 (Program)采用模塊化編程，在軟件設(shè)計(jì)時(shí)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。只要 PLC通電， 在沒有錯(cuò)誤的情況下，存在 OBI塊中的程序可以無條件的運(yùn)行， CPU將連續(xù)不斷的循環(huán)處理這些程序。 功能塊 (FC或 FB)：由于 LCU的一些功能如：停機(jī)轉(zhuǎn)空轉(zhuǎn)、空轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)空載、停機(jī)轉(zhuǎn)發(fā)電、發(fā)電轉(zhuǎn)空載等順控操作在 OBI中并不需要循環(huán)處理，而只是在進(jìn)行某種操作時(shí)才調(diào)用相關(guān)的程序塊，因此在軟件設(shè)計(jì)中，將這些功能分別對(duì)應(yīng)各自的功能塊，即停機(jī)轉(zhuǎn)空轉(zhuǎn)對(duì)應(yīng)停機(jī)轉(zhuǎn)空轉(zhuǎn)功能塊 FCI，當(dāng)機(jī)組需要進(jìn)行停機(jī)轉(zhuǎn)空轉(zhuǎn)操作時(shí)，由 OBI調(diào)用FCI，就可以完成相應(yīng)的操作了。這樣做不但能大大提高 CPU的運(yùn)行速度，還可以實(shí)現(xiàn)模塊化編程，使程序清晰明了。 中斷模塊： CPU的操作系統(tǒng)可以根據(jù)不同的事件自動(dòng)調(diào)用其他的一些中斷程序，如： 硬件中斷模塊 OB40：發(fā)生硬件中斷 (事故 )時(shí)被調(diào)用； 診斷中斷模塊 OB81：后備電池失效時(shí)被調(diào)用； 診斷中斷模塊 0885：模塊有缺陷時(shí)被調(diào)用； 診斷中斷模塊 0886：擴(kuò)展設(shè)備或 DP從站故障時(shí)被調(diào)用； 同步中斷模塊 08122：訪問一個(gè)錯(cuò)誤或不存在的模塊時(shí)被調(diào)用。 在設(shè)計(jì)軟件時(shí)，充分利用模塊化編程，程序中只建立一個(gè)主程序塊，即 OBI。通過調(diào)用命令調(diào)用其它功能塊，即子程序。它的優(yōu)點(diǎn)是修改某一功能塊時(shí)將不會(huì)影響到其它功能塊，并使程序調(diào)試和 調(diào)整程序簡(jiǎn)單化。按照 LCU的功能， Program應(yīng)用程序所包括的功能塊 FC(子程序 )分別為 : 1．狀態(tài)判斷功能塊 FCI，它所判定機(jī)組的各種狀態(tài)包括：機(jī)組出口斷路器的分、合及不定態(tài)，機(jī)組停機(jī)態(tài)、空轉(zhuǎn)態(tài)、空載態(tài)、發(fā)電態(tài)及不定態(tài)，鎖錠的提、落及不定態(tài)，風(fēng)閘狀態(tài)，這些狀態(tài)的判定用于觸摸屏顯示用。所以 FC1在 OBI中被無條件調(diào)用。 2．停機(jī)轉(zhuǎn)空轉(zhuǎn)功能塊 FC2，它的任務(wù)是在 OBI接到上位機(jī)或觸摸屏的停機(jī)轉(zhuǎn)空轉(zhuǎn)令 39 時(shí)被調(diào)用。 3．空轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)空載功能塊 FC3，它的任務(wù)是在 OBI接到上位機(jī)或觸摸屏的空轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)空載令時(shí)被調(diào)用。 4．空載 轉(zhuǎn)發(fā)電功能塊 FC4。它的任務(wù)是在 OBI接到上位機(jī)或觸摸屏的空載轉(zhuǎn)發(fā)電令時(shí)被調(diào)用。 5．停機(jī)轉(zhuǎn)發(fā)電功能塊 FC5，它的任務(wù)是在 OBI接到上位機(jī)或觸摸屏的停機(jī)轉(zhuǎn)發(fā)電令時(shí)被調(diào)用。 6．發(fā)電轉(zhuǎn)空載功能塊 FC6，它的任務(wù)是在 OBI接到上位機(jī)或觸摸屏的發(fā)電轉(zhuǎn)空載令時(shí)被調(diào)用。 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(jī)或觸摸屏的空載轉(zhuǎn)空轉(zhuǎn)令時(shí)被調(diào)用。 8．空轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)停機(jī)功能塊 FC8，它的任務(wù)是在 OBI接到上位機(jī)或觸摸屏的空轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)停機(jī)令時(shí)被調(diào)用。 9．發(fā)電轉(zhuǎn)停機(jī)功能塊 FC9，它的任務(wù)是在 OBI接到上位機(jī)或觸摸屏的發(fā)電 轉(zhuǎn)停機(jī)令時(shí)被調(diào)用。 10．事故停機(jī)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(jī)組過速 115％ (延時(shí) 0． 5S)、 140％、 150％、事故低油壓、手動(dòng)緊急停機(jī)按鈕動(dòng)作等事故信息時(shí)被調(diào)用。 11．水機(jī)警告信號(hào)功能塊 FCII，它的任務(wù)是接到水機(jī)警告信息后將其保持并點(diǎn)亮觸摸屏上的相應(yīng)光字，可以人為復(fù)歸， FC11功能塊在 OBI中是被無條件調(diào)用的。 12．水機(jī)事故信號(hào)功能塊 FCl2，它的任務(wù)是接到水機(jī)事故信息后將其保持并點(diǎn)亮觸摸屏上的相應(yīng)光字，可以人為復(fù)歸， FCl2功能塊在 OBI中是被無條件調(diào)用的。 13．溫度巡檢測(cè)量功能塊 FCl3，它的任務(wù)是將溫度巡檢儀測(cè)量的溫度量通過計(jì)算，轉(zhuǎn)化為可讀量并一一對(duì)應(yīng)的顯示在觸摸屏上， FCl3功能塊在 OBI中是被無條件調(diào)用的。 3． 7． 3 控制流程應(yīng)用程序 在機(jī)組 LCU的控制功能中，最重要、最基本的是開機(jī)、停機(jī)和事故停機(jī)的控制，這是水電站機(jī)組控制的核心。它包括八種機(jī)組狀態(tài)的判斷和轉(zhuǎn)換，以下就這八種機(jī)組狀態(tài)的判斷和轉(zhuǎn)換，用梯形圖進(jìn)行編程并編譯后逐一說明。 40 41 42 43 44 45 46 47 48 第 4章 冉家壩水電站計(jì)算機(jī) 監(jiān)控系統(tǒng)的 設(shè)計(jì)特點(diǎn)及調(diào)試結(jié)果 4． 1機(jī)組 LCU的設(shè)計(jì)特點(diǎn) 從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)看， LCU的硬件配置、流程圖設(shè)計(jì)、編程語言選擇、用戶界面開發(fā)等一系列過程都依據(jù)面向?qū)ο蟮睦砟?、原理和技術(shù)，給運(yùn)行人員帶來使用和維護(hù)上的極大方便，它在結(jié)構(gòu)、功能、技術(shù)、實(shí)現(xiàn)方法上都有所創(chuàng)新，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面： 1．以太網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì) 現(xiàn)地控制級(jí)采用以太網(wǎng)，具有強(qiáng)大的通信功能，采用數(shù)字信號(hào)進(jìn)行通信，因而可實(shí)現(xiàn)一對(duì)電線上傳輸多個(gè)信號(hào)，同時(shí)又為多個(gè)設(shè)備提供電源，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備以外不再需要A／ D、 D／ A轉(zhuǎn)換部件，這樣減少了大量導(dǎo)線和連接附件，提高 了系統(tǒng)的可靠性和抗干擾能力，降低了設(shè)計(jì)安裝和調(diào)試費(fèi)用。 2．實(shí)現(xiàn)了控制功能的徹底分散現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)是通過通信電纜將各個(gè)智能設(shè)備連接成多種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，大量信息在現(xiàn)場(chǎng)就地完成處理及交換，不需要經(jīng)過控制室主控機(jī)，減少了現(xiàn)場(chǎng)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(shí)間。 3．可靠性高 (1)硬件設(shè)計(jì)的可靠性。監(jiān)控系統(tǒng)采用 PLC作為現(xiàn)地控制單元，其優(yōu)點(diǎn)是可靠性高，硬件安裝方便，現(xiàn)場(chǎng)抗干擾性強(qiáng)。采用 PLC直接上網(wǎng)的結(jié)構(gòu)，取消了工控機(jī)，減少了中間環(huán)節(jié)， LCU中不存在 旋轉(zhuǎn)機(jī)械部件，整體可靠性得到大幅度提高。 LCU具有硬件和軟件自診斷功能和顯示功能，即使上位計(jì)算機(jī)發(fā)生故障，仍可通過 LCU上的觸摸顯示屏等設(shè)備對(duì)水輪發(fā)電機(jī)組和輔助設(shè)備進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)操作和監(jiān)視：為了現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試的方便或某些特殊情況下， LCU脫離中控室運(yùn)行， LCU留有與便攜式工作站通信的接口。便攜式工作站內(nèi)裝有 LCU的編程軟件包以及簡(jiǎn)化的人機(jī)接口軟件，必要時(shí)可實(shí)施 LCU的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試、維護(hù)，也可作為主站后備，一旦上位機(jī)全部退出運(yùn)行或上位機(jī)與下位機(jī)的通信中斷較長(zhǎng)時(shí)，可利用它進(jìn)行開機(jī)、停機(jī)、功率調(diào)節(jié)、運(yùn)行監(jiān)視等，從而提高了系統(tǒng)的可靠性。 (2)軟件設(shè)計(jì)的可靠性。 LCU最重要功能就是控制調(diào)節(jié)操作，而機(jī)組的開停機(jī)操作來 49 源于流程框圖，在開發(fā)流程框圖時(shí)，根據(jù)電站多年的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，并參照了有關(guān)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程及電站的《運(yùn)行規(guī)程》，設(shè)計(jì)的機(jī)組順序控制流程框圖，它不但符合水電站的實(shí)際條件，能夠滿足各類操作的需求，并有完善可靠的防誤閉鎖和動(dòng)作判斷，操作過程中的每一步操作，均設(shè)置啟動(dòng)條件或以上一步操作成功為條件，僅當(dāng)啟動(dòng)條件具備后，才解除對(duì)下一步操作的閉鎖，允許下一步操作。如機(jī)組發(fā)電態(tài)到空載態(tài)過程中，引入了有功功率和無功功率兩個(gè)模擬量參與順控操作，目的是避 免發(fā)電機(jī)斷路器帶負(fù)荷跳閘，用這種量來參與過程操作，作為動(dòng)作判斷還可以消除因基礎(chǔ)元件等故障而造成的誤動(dòng)作，從而提高其安全性。在順控流程中還引入了“限時(shí)”的概念，當(dāng)發(fā)出操作命令，在設(shè)定的時(shí)間內(nèi)，若此命令已完成，便立即執(zhí)行下一個(gè)命令，若在執(zhí)行該命令時(shí)受阻，達(dá)到設(shè)定的時(shí)問即可撤銷該命令，去執(zhí)行“報(bào)警退出”任務(wù)，自動(dòng)把機(jī)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(jī)組的安全。 4．模塊化設(shè)計(jì) 軟件設(shè)計(jì)時(shí)充分利用模塊化編程，根據(jù) LCU的一些功能 (如停機(jī)轉(zhuǎn)空轉(zhuǎn)、空轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)空載、停機(jī)轉(zhuǎn)發(fā)電、發(fā)電轉(zhuǎn)空載等順控操作 )， 按照不同的功能分別編成相關(guān)的功能塊，實(shí)現(xiàn)軟件的模塊化編程，減少各個(gè)模塊問的相互依賴，使整個(gè)程序清晰明了。當(dāng)修改某一功能塊時(shí)將不會(huì)影響到其它功能塊，并使程序調(diào)試和調(diào)整程序簡(jiǎn)單化。 PLC梯形圖編程軟件具有公開、直觀、簡(jiǎn)單、可編寫的特點(diǎn)，易于現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員學(xué)習(xí)掌握和 做必要的修改。 4． 2 冉家壩水電站 LCU測(cè)試結(jié)果 4． 2． 1實(shí)時(shí)性 a．計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備的實(shí)時(shí)性 計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備的實(shí)時(shí)性反映在系統(tǒng)的各種響應(yīng)時(shí)問上，包括微處理機(jī)處理、存儲(chǔ)器存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)采集及處理、通道傳輸、軟件等的速度或效率，同時(shí)還考慮故障時(shí)重載對(duì) 響應(yīng)時(shí)間影響。 b．單元級(jí) LCU／響應(yīng)能力 單元級(jí) LCU響應(yīng)能力滿足對(duì)于生產(chǎn)過程的數(shù)據(jù)采集時(shí)間或控制命令執(zhí)行時(shí)聞的要求。 (1)狀態(tài)和報(bào)警點(diǎn)采集周期：≤ ls： ． (2)模擬量采集周期；電量≤ 1s，非電量 (包括溫度量 )≤ 5s； (3)事件順序記錄點(diǎn) (SOE)分辯率：≤ lms； 50 (4)LCU接受控制命令到開始執(zhí)行的時(shí)間小于 1S； (5)供事件順序記錄使用的時(shí)鐘同步精度高于所要求的事件的分辨率。 c．主控級(jí)的響應(yīng)能力 主控級(jí)的響應(yīng)能力滿足系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集、人機(jī)接口、控制功能和系統(tǒng)通信的時(shí)間要求。 (1)主控級(jí)數(shù)據(jù)采 集時(shí)間包括單元級(jí) LCU數(shù)據(jù)采集時(shí)間和相應(yīng)數(shù)據(jù)再采入主控級(jí)數(shù)據(jù)庫的時(shí)間，后者不超過 1s。 (2)人機(jī)接口響應(yīng)時(shí)間調(diào)用新面面的時(shí)間：全圖形顯示不大于 2s；在已顯示的畫面上實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)刷新時(shí)問從數(shù)據(jù)庫刷新后算起不大于 2s；操作員發(fā)出執(zhí)行命令到控制單元回答顯示的時(shí)間不超過 2s；報(bào)警或事件產(chǎn)生到畫面字符顯示和發(fā)出音響的時(shí)間不超過2s． (3)主控級(jí)控制功能的響應(yīng)時(shí)間 有功功率聯(lián)合控制功能執(zhí)行周期為 3slmin可調(diào)：無功功率聯(lián)合控制功能執(zhí)行周期為 3s3min可調(diào)；自動(dòng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行功能處理周期為 530min可調(diào)；主控級(jí)自動(dòng) 控制命令執(zhí)行的響應(yīng)時(shí)間即從控制命令發(fā)出到單元級(jí)控制點(diǎn)執(zhí)行該控制命令的時(shí)間不得超過1． 5s。 (4)主控級(jí)對(duì)調(diào)度系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集和控制的響應(yīng)時(shí)間滿足調(diào)度系統(tǒng)的要求． 所有傳送信息的變化響應(yīng)時(shí)間≤ 2s；事件順序記錄 (SOE)分辨 率：≤ 1ms。 (5)雙機(jī) (工作站 )切換時(shí)間：雙機(jī)熱備用，切換時(shí)保證無擾動(dòng)、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)不丟失、實(shí)時(shí)任務(wù)不中斷。 4． 2． 2可靠性 系統(tǒng)中任何設(shè)備的任何故障均不影響其它設(shè)備的正常運(yùn)行，同時(shí)也不能造成所有被控設(shè)備的任何誤動(dòng)或關(guān)鍵性故障。 主控級(jí)的各工作站或計(jì)算機(jī) (含磁盤 )的 MTBF(故障平均間隔時(shí) 間 )大于 10000h。 單元級(jí) LCU的 MTBF大于 16000h。 對(duì)于設(shè)備運(yùn)行中 MTBF的考核值可以考慮以設(shè)備正式投運(yùn)后的兩年時(shí)間為計(jì)算期限，其中包括正常停機(jī)時(shí)間。如果故障的處理時(shí)間超過規(guī)定的維修時(shí)問，則計(jì)算期限相應(yīng)延長(zhǎng)。采用制造廠提供的合格的備件來更換故障組件。 監(jiān)控系統(tǒng)的使用壽命為 15年。 51 4． 2． 3可維修性 可維修性參數(shù)平均修復(fù)時(shí)間 (MTTR)由制造單位提供，當(dāng)不包括管理輔助時(shí)間和運(yùn)送時(shí)間，一般考慮在 0． 5小時(shí)的范圍內(nèi)。 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(chǎng)可更換部 件水平來確定故障位置； (2)有便于試驗(yàn)和隔離故障的斷開點(diǎn)； (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(shí)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。 4． 2． 4可用性 (率 ) 計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)在最終驗(yàn)收時(shí)的可用率不得低于 99． 9％。 考核系統(tǒng)可用性 (率 )的計(jì)算表達(dá)式為： A=[可使用時(shí)間247。 (可使用時(shí)問 +維修停機(jī)時(shí)間 ] 100％ 式中：所有時(shí)間的單位均為小時(shí) (h)； ^ A —— 可用性 (率 )； 可使用時(shí)間 =考核 (試驗(yàn) )時(shí)間 — 維修停機(jī)時(shí)間 考核 (試驗(yàn) )時(shí)間 (h)：本系統(tǒng)設(shè)備在“現(xiàn)場(chǎng)交接證書”簽發(fā)后即開始進(jìn)入可用性試驗(yàn)的考核時(shí)間，考核時(shí)間取 8760h。 關(guān)于維修停機(jī)時(shí)間 (h)的定義： (1)維修停機(jī)時(shí)間包括故障維護(hù)時(shí)間、影響設(shè)備使用的預(yù)防性維修時(shí)間和擴(kuò)充停機(jī)時(shí)間； (2)故障維修時(shí)間僅計(jì)算檢查故障和處理故障設(shè)備使其恢復(fù)正常運(yùn)行的時(shí)間，它不包括通知和安排維修人員時(shí)間，它不包括等待備件和維修工具的 時(shí)間 。但對(duì)于重復(fù)性故