【正文】 科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 系統(tǒng)的總體電路結(jié)構(gòu)與分析 10 圖 圖 副監(jiān)控裝置硬件電路框圖 . 2 主要芯片選擇 CPU 的選擇 出于實(shí)用性穩(wěn)定和開(kāi)發(fā)周期短的原因，在本裝置中采用的 CPU芯片為 80C196,它是高性能的 CHMOSI6 位單片機(jī)， CHMOS 芯片耗電少，它除了 8096BH 已包含的外設(shè) (時(shí)鐘發(fā)生器、 I/0 口、 A/D 轉(zhuǎn)換器卜、 PWM、串行口、定時(shí) /計(jì)數(shù)器、監(jiān)視定時(shí)器、高速輸入 /輸出器等 )外，被嵌入的外設(shè)還主要有 :外設(shè)事物服務(wù)器 PTS、事件處理器陣列 EPA、使用靈活的 A/D 轉(zhuǎn)換器、波形發(fā)生器等等。 主監(jiān)控裝置硬件電路的結(jié)構(gòu)參看圖 3. 1 硬件電路框圖。根據(jù)數(shù)據(jù)處理和合理分配硬件資源的要求，兩個(gè)監(jiān)控裝置的分工如下 : (1)主監(jiān)控裝置將主要完成交、直流電氣量的測(cè)量 (A/D 轉(zhuǎn)換 )、交流電氣量測(cè)量數(shù)據(jù)的快速傅立葉變換 (FFT )、控制輸出 (水力發(fā)電機(jī)組的自動(dòng)操作和調(diào)節(jié) )、通訊、顯示、按鍵處理、故障錄波等功能。 攀枝花學(xué)院?？飘厴I(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 系統(tǒng)的總體電路結(jié)構(gòu)與分析 9 3 系統(tǒng)的總體電路結(jié)構(gòu)與分析 3． 1 硬件電路的總體設(shè)計(jì) 隨著對(duì)水電站保護(hù)、控制、測(cè)量、通訊等功能的要求越來(lái)越高和高性能單片機(jī)的出現(xiàn)以及新的電力電子開(kāi)關(guān)器件的產(chǎn)生，水電站智能監(jiān)控儀表將逐步實(shí)現(xiàn)高集成度、全功能化。 現(xiàn)在工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家 ，無(wú)論是大型水電站還是小型水電站，許多電站都在實(shí)行無(wú)人值守，或稱為一人操作電站，即只需一個(gè)值班員就可以進(jìn)行電站的開(kāi)停機(jī)控制、運(yùn)行操作。對(duì)于不同的應(yīng)用對(duì)象，只需要改變數(shù)據(jù)實(shí)體即可。從本質(zhì)上講組態(tài)軟件是一種可重用的軟件，是將原有可重用的程序整合成新的程序。 軟件組態(tài)化是水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展方向之一，是一種模塊化的軟件，它 具有實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)、動(dòng)畫(huà)顯示、上下限設(shè)置、狀態(tài)設(shè)置、各種實(shí)時(shí)趨勢(shì)圖和歷史趨勢(shì)圖、各種輸入輸出接口等功能。網(wǎng)絡(luò)化是實(shí)現(xiàn)水電站調(diào)度自動(dòng)化的必要前提。 (3)調(diào)度自動(dòng)化 要對(duì)水電站進(jìn)行自 動(dòng)調(diào)度，除水電站內(nèi)部計(jì)算機(jī)及裝置組成網(wǎng)絡(luò)外，水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)與調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)連接，進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。 (1)數(shù)據(jù)共享 水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)是由上位機(jī)、現(xiàn)地控制單元等計(jì)算機(jī)裝置組成，這些計(jì)算機(jī)均能獨(dú)立運(yùn)行，完成各自的控制功能，但要讓這些計(jì)算機(jī)協(xié)調(diào)工作，充分挖掘出計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的潛能，就必須通過(guò)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)交換，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，更好地對(duì)整個(gè)電站各個(gè)設(shè)備進(jìn)行協(xié)調(diào)控制，實(shí)現(xiàn)電站的優(yōu)化運(yùn)行。 水電站監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì) 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控技術(shù)同樣也在迅速發(fā)展，新的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、控制裝置、軟件等不斷涌現(xiàn)。 FCS 系統(tǒng)是繼集散控制系統(tǒng)之后出現(xiàn)的新一代分布式控制系統(tǒng)，它是一種全數(shù)字化、全分散式、可互操作和開(kāi)放式互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，是當(dāng)前正在蓬勃發(fā)展的控制系統(tǒng)，它的結(jié)構(gòu)模式為工作站和現(xiàn)場(chǎng)總線智能儀表兩層結(jié)構(gòu)。 DCS 系統(tǒng)采用分散控制、集中調(diào)度、分級(jí)管理、分而自治和綜合協(xié)調(diào)的設(shè)計(jì)原則，把系統(tǒng)從下到上分為設(shè)備級(jí)、分散過(guò)程控制級(jí)、集中調(diào)度監(jiān)控級(jí)、綜合信息管理級(jí)，形成分級(jí)分布式控制，具有較高的可靠性和可維護(hù)性。該系統(tǒng)通常采用兩級(jí)計(jì)算機(jī)，其中 DDC 級(jí)計(jì)算機(jī) (稱為第一級(jí) )直接與過(guò)程對(duì)象相連，并直接承擔(dān)控制任務(wù)； SCC 級(jí)計(jì)算機(jī) (稱為第 一級(jí) )則根據(jù)反映過(guò)程對(duì)象工況的數(shù)據(jù)和數(shù)學(xué)模型，通過(guò)一定的計(jì)算給 DDC 級(jí)計(jì)算機(jī)提供各種控制信息，比如最佳的被控參數(shù)希望值等。 DDC控制屬閉環(huán)控制系統(tǒng)，是計(jì)算機(jī)在工業(yè)控制過(guò)程中較普遍的一種應(yīng)用方式。操作人員根據(jù)計(jì)算機(jī)的輸出信息 (如 CRT 顯示圖形或打印機(jī)的輸出等 )去改變調(diào)節(jié)裝置的設(shè)定值或直接操作執(zhí)行機(jī)構(gòu)而完成改變、調(diào)整過(guò)程運(yùn)行狀態(tài)的控制任務(wù)。 ⑴ 操作指導(dǎo)型控制系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的形式與它所控制的過(guò)程對(duì)象的復(fù)雜程度密切相關(guān)，不同的被控對(duì)象和不同的控制要求，應(yīng)選擇不同的控制系統(tǒng)。它包括硬件和軟件兩部分，其硬件由主機(jī)、外部設(shè)備、通訊設(shè)備等組成；軟件分為系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件兩部分。 2. 2 典型的水電站計(jì)算機(jī)控制結(jié)構(gòu)形式 典型的控制系統(tǒng)一般由測(cè)控系統(tǒng)和過(guò)程對(duì)象兩大部分組成。 攀枝花學(xué)院專科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控的典型結(jié)構(gòu)及發(fā)展趨勢(shì) 6 2 水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控的典型結(jié)構(gòu)及發(fā)展趨勢(shì) 水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的組成 水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)組成形式有很多種，但基本上可以從以下兩個(gè)方面來(lái)分類 : 從計(jì)算機(jī)在水電站中所起的作用及常規(guī)設(shè)備的配置程度來(lái)看，水電站以計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)的監(jiān)控系統(tǒng)可 分為三種 : ⑴ 以常規(guī)自動(dòng)化裝置為基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)為輔助的監(jiān)控系統(tǒng) (CASC) ⑵ 計(jì)算機(jī)和常規(guī)自動(dòng)化裝置雙重化配置的監(jiān)控系統(tǒng) (CCSC) ⑶ 以計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)的監(jiān)控系統(tǒng) (CBSC ) 。 ③對(duì)單片機(jī)、工控機(jī)內(nèi)實(shí)現(xiàn)主要功能的程序進(jìn)行編制。主要完成水輪發(fā)電機(jī)組現(xiàn)場(chǎng)控制單元。同時(shí)在對(duì)水輪機(jī)調(diào)速器的設(shè)計(jì)進(jìn)行分析研究的基礎(chǔ)上，提出了采用模糊自適應(yīng) PTD 的控制算法的思路，并結(jié)合水輪機(jī)的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行仿真研究，仿真結(jié)果達(dá)到了預(yù)計(jì)的效果，為設(shè)計(jì)新型的智能調(diào)速器打下良好的基礎(chǔ)。該系統(tǒng)分為下位機(jī)監(jiān)控裝置和上位 PC 機(jī)嵌入式系統(tǒng)可視化編程軟件構(gòu)成。對(duì)于那些較早建造的老水電站，尤其是 位于偏遠(yuǎn)、貧困地區(qū)里的小水電站，由于值班人員素質(zhì)低下、經(jīng)濟(jì)困難，無(wú)法承擔(dān)和應(yīng)用。目前我國(guó)水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)正在較大范圍內(nèi)推廣，電站正在向全廠自動(dòng)化過(guò)渡的過(guò)程中；梯級(jí)水電站的集中監(jiān)控正在試點(diǎn)，個(gè)別工程取得了初步成功；水電站值班方式以及生產(chǎn)管理方式的改革正在大力推動(dòng)，在廣蓄、長(zhǎng)攀枝花 學(xué)院?？飘厴I(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 緒論 5 甸等電站己經(jīng)實(shí)現(xiàn)了“無(wú)人值班” (少人值守 )。 我國(guó)對(duì)水電站自動(dòng)監(jiān)控裝置的研制起步比較晚，但是發(fā)展很迅速。接收并執(zhí)行上位機(jī)的各種指令 )； FS312 機(jī)組綜合控制單元，它是考慮到水電站或機(jī)組的運(yùn)行特殊性，保留了簡(jiǎn)單的常規(guī)手動(dòng)裝置，加上一系列監(jiān)控組件而構(gòu)成的控制單元。目前，國(guó)內(nèi)水電站紛紛投資進(jìn)行以計(jì)算機(jī)監(jiān)控為基礎(chǔ)的綜合自動(dòng)化系統(tǒng)工程的更新改造。已有 20 多座水電站基本上建成了計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了不同程度的計(jì)算機(jī)監(jiān)控和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。加之國(guó)外產(chǎn)品昂貴的價(jià)格，所以難于適應(yīng)我國(guó)的水電系統(tǒng)。于是開(kāi)發(fā)了“ TELLEX”遙控運(yùn)行系統(tǒng)，它具有以下特點(diǎn) :遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)、運(yùn)行數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程查詢、遠(yuǎn)程診斷、生成運(yùn)行數(shù)據(jù)報(bào)表、查詢、輔助分析、遠(yuǎn)程控制、遠(yuǎn)程維護(hù)。大約 50%的發(fā)電設(shè)施發(fā)電量不足 5000KW，并 且無(wú)人操作。 法國(guó)電力系統(tǒng)運(yùn)行的水力發(fā)電設(shè)施約有 500 個(gè)左右，基本上全是自動(dòng)化操作。因此可見(jiàn)水電站的計(jì)算機(jī)監(jiān)控將不容置疑地成為水電站自動(dòng)攀枝花 學(xué)院?？飘厴I(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 緒論 4 化發(fā)展的主要方向。計(jì)算機(jī)不僅能監(jiān)視全水電站的運(yùn)行，而且還可以構(gòu)成控制調(diào)節(jié)裝置 (這里的計(jì)算機(jī)主要是微處理機(jī) )來(lái)取代常規(guī)的用布線邏輯電路構(gòu)成的機(jī)組基本控制裝置，如調(diào)速器、勵(lì)磁裝置、同期并列裝置等。 水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控技術(shù)的現(xiàn)狀 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)的性能日趨完善而價(jià)格日益下降，計(jì)算機(jī)已深入到水電站自動(dòng)化的各個(gè)領(lǐng)域。它不僅要實(shí)現(xiàn)水電站的過(guò)程自動(dòng)控制、報(bào)表的自動(dòng)生成與打印等基本功能，更主要的是體現(xiàn)其高速的網(wǎng)絡(luò)功能，通過(guò)高速網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的信息傳遞交換，實(shí)現(xiàn)資源共享。美國(guó)首先將計(jì)算機(jī)應(yīng)用到水電站，實(shí)現(xiàn)了水電站中控室的集中監(jiān)控；七十年代 后期，集散型監(jiān)控系統(tǒng) (DCS)開(kāi)始出臺(tái)。 水電站計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展 水電站自動(dòng)化技術(shù)是從 20 世紀(jì)初才發(fā)展起來(lái)的，此前的水電站控制是采用人工手動(dòng)操作的方式來(lái)控制的。水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的基礎(chǔ)，首先是設(shè)備控制自動(dòng)化， 然后是監(jiān)控和計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。所以開(kāi)發(fā)研制滿足小型水電廠自動(dòng)化改造的攀枝花 學(xué)院?？飘厴I(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 緒論 3 新型水電站系統(tǒng)，采用相對(duì)獨(dú)立的通用單元監(jiān)控裝置對(duì)小型水輪發(fā)電機(jī)組實(shí)行一對(duì)一的控制與檢測(cè)，對(duì)小水電站提 高自動(dòng)化水平，實(shí)現(xiàn)無(wú)人值班有重大的意義。再加上風(fēng)，水，油，廠用電等輔助設(shè)備系統(tǒng)，為了實(shí)現(xiàn)電站無(wú)人值班，要實(shí)現(xiàn)多種設(shè)備的接口與通訊，完成復(fù)雜的系統(tǒng)集成，其復(fù)雜程度與大型電站相差無(wú)幾，真可謂麻雀雖小，五臟俱全，結(jié)果是盤(pán)柜數(shù)多，結(jié)線復(fù)雜，使用掌握困難，既大大增加了用戶投資，也給電廠設(shè)備操作和維護(hù)增加了復(fù)雜性。老水電廠因起點(diǎn)低 (基于多人值班 )、設(shè)備技術(shù)相對(duì)落后，資金少，其監(jiān)控系統(tǒng)的改造只能采用以計(jì)算機(jī)為主、簡(jiǎn)化常規(guī)為輔的模式。近幾年，我國(guó)電網(wǎng)中水電站的自動(dòng)化水平發(fā)生著巨大的變化，大量采用先進(jìn)自動(dòng)化技術(shù)的水電站正在興建或己經(jīng)并網(wǎng)發(fā)電，有些還實(shí)現(xiàn)了無(wú)人值班。水電站實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的目的在于提高工作的可靠性和運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性；提高電能質(zhì)量；改善勞動(dòng)環(huán)境和減少運(yùn)行人 員?！笆濉庇?jì)劃將裝機(jī)容量 2. 5 萬(wàn)千瓦以下的農(nóng)村水電納入可再生能源范疇，提出要開(kāi)展小水電現(xiàn)代化 建設(shè)，用 5 年或稍長(zhǎng)一點(diǎn)時(shí)間，使 5096 的農(nóng)村水電站和電網(wǎng)采用現(xiàn)代化技術(shù)，達(dá)到現(xiàn)代化水平；同時(shí)也明確提出要求新建農(nóng)村水電站都要按無(wú)人值班 (少人值守 )進(jìn)行設(shè)計(jì)和建設(shè)，二十世紀(jì)九十年代以前建設(shè)的水電廠，要按總體目標(biāo)做出更新改造計(jì)劃，在 2O10 年前全部實(shí)現(xiàn)無(wú)人值班 (少人值守 )。攀枝花 學(xué)院?？飘厴I(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 緒論 2 1 緒 論 小型水電站監(jiān)控系統(tǒng)研究的意義 我國(guó)小水電資源十分豐富，可開(kāi)發(fā)量達(dá) 8700 萬(wàn)千瓦，居世界第一位。而我國(guó)是水力資源比較豐富的國(guó)家，其中小型水電站的裝機(jī)容量占到水電站總裝機(jī)容量的 50%以上。由于該技術(shù)的實(shí)施需要一定的技術(shù)和資金的支持，目前大中型水電站已普遍采用了該項(xiàng)技術(shù)，而小型水電站對(duì)該項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用則剛剛起步。本著“經(jīng)濟(jì)實(shí)用、安全可靠”的原則，不斷設(shè)計(jì)、改進(jìn)、完善小水電站新型配套設(shè)備，包括： TC 型 (彈簧蓄能型 )水輪機(jī)操作器、 HU 液壓控制柜 (氮?dú)夤迌?chǔ)能 )和新型防雷與抗干擾裝置，這些新型設(shè)備與電站自動(dòng)化系統(tǒng)配套使用，可以降 低系統(tǒng)造價(jià)，提高系統(tǒng)的可靠性，更好地發(fā)揮自動(dòng)控制性能，特別適用于經(jīng)濟(jì)與技術(shù)相對(duì)落后廣大農(nóng)村小水電站。特別是農(nóng)村小型水電站 (AC400V、 630kW 及以下低壓機(jī)組 )為降低造價(jià)，水 輪機(jī)操作器和發(fā)電機(jī)勵(lì)磁設(shè)備十分簡(jiǎn)易，自動(dòng)化程度相當(dāng)?shù)?，運(yùn)行成本高。 control system, module design, embedded system攀枝花學(xué)院?？飘厴I(yè)設(shè)計(jì)（論文） 目 錄 目 錄 摘 要 ....................................................... I ABSTRACT..................................................... II 引 言 ....................................................... 1 1 緒 論 ...................................................... 2 ...................................... 2 現(xiàn)狀及發(fā)展 ........................................ 3 水電站計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展 ........................................................................... 3 水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控技術(shù)的現(xiàn)狀 ........................................................................... 3 ................................................. 5 2水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控的典型結(jié)構(gòu)及發(fā)展趨勢(shì) ........................... 6 ........................................ 6 2. 2典型的水電站計(jì)算機(jī)控制結(jié)構(gòu)形式 .................