【正文】 (廠房 )：年平 均環(huán)境溫度， ℃；最高環(huán)境溫度， ℃；最低環(huán)境溫度， ；多年平均相對(duì)濕度， 78％；地震烈度 6度。 在軟件方面，由于計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)具有完善的閉鎖、靈活方便的智能控制、嚴(yán)格的邏輯操作順序，從而保證了監(jiān)控系統(tǒng)可 以對(duì)電站進(jìn)行有效的控制和調(diào)節(jié)，避免了人為的誤操作和誤判斷；另外還可以對(duì)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行周密監(jiān)視，及時(shí)發(fā)現(xiàn)異?；螂[患，當(dāng)設(shè)備發(fā)生事故時(shí)，把事故限制在最小范圍內(nèi)，使電站運(yùn)行的安全可靠性大大提高。 3．提高供電質(zhì)量 冉家壩水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)可以根據(jù)系統(tǒng)分配給的總負(fù)荷，由廠內(nèi) AGC經(jīng)過經(jīng) 6 濟(jì)運(yùn)算后將計(jì)算所得的單臺(tái)機(jī)組的負(fù)荷分配值通過串行通信口直接下達(dá)給調(diào)速器的控制裝置，將機(jī)組出力調(diào)整至目標(biāo)值，從而使機(jī)組即快又穩(wěn)地滿足 AGC的負(fù)荷分配要求和調(diào)節(jié)精度。 4．提高勞動(dòng)生產(chǎn)率 由于計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控水電站設(shè)備運(yùn)行情況，把運(yùn)行人員 從日常操作、監(jiān)視設(shè)備運(yùn)行等繁雜重復(fù)的工作中解放出來，進(jìn)一步提高了電站的運(yùn)行和科學(xué)管理水平，從而減少了運(yùn)行費(fèi)用，改善工作條件，使勞動(dòng)生產(chǎn)率得以提高。同時(shí)對(duì)在現(xiàn)場(chǎng)中遇到的問題進(jìn)行了分析，并提出了解決辦法。 2．設(shè)計(jì)冉家壩水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)配置。 4．嘗試探討小水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的硬軟件可靠性問題，提出抗干擾措施。 水電站計(jì)算機(jī)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(hù)，水電站設(shè)備的監(jiān)測(cè)，水電站設(shè)備的運(yùn) 行狀態(tài)、運(yùn)行參數(shù)的自動(dòng)記錄、打印，作為調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)的遠(yuǎn)方終端 (RTU)，水電站優(yōu)化運(yùn)行，水電站的事故處理。 1．水電站設(shè)備的控制 水電站設(shè)備控制操作的內(nèi)容有：水電站機(jī)組的控制，水電站輔助設(shè)備的控制，水電站進(jìn)水主閥、進(jìn)水閘門的控制，水電站 升壓站 電氣設(shè)備的控制和廠用電的控制。 3．水電站設(shè)備的保護(hù) 水電站設(shè)備的保護(hù)有 ：水電站機(jī)組的保護(hù)、水電站升壓站電氣設(shè)備的保護(hù)和廠用電的保護(hù)。水電站升壓站電氣設(shè)備的保護(hù)分為出線保護(hù)和主變壓器保護(hù)，有的還有母線保護(hù)。 8 5．水電站設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)、運(yùn)行參數(shù)的自動(dòng)記錄、打印 采用常規(guī)自動(dòng)控制系統(tǒng)的水電站，水電站運(yùn)行情況、運(yùn)行參數(shù)的記錄，由運(yùn)行人員在運(yùn)行日志上人工記錄，水電站實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī) 監(jiān)控后，則可由計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)自動(dòng)完成數(shù)據(jù)采集，并打印出運(yùn)行日志，自動(dòng)統(tǒng)計(jì)日、月、年運(yùn)行報(bào)表。上述這些運(yùn)行狀態(tài)、運(yùn)行參數(shù)可由計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)自動(dòng)按設(shè)計(jì)好的日、月、年運(yùn)行報(bào)表打印出來。采用常規(guī)自動(dòng)控制系統(tǒng)的水電站，要實(shí)現(xiàn)調(diào)度自動(dòng)化，則必須增加 RTU、電氣量、非電氣量變送器、傳感器等。對(duì)于徑流式水電站，水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)可使電站機(jī)組按上游水 位調(diào)節(jié)機(jī)組出力，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)易優(yōu)化運(yùn)行。 2． 2 計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)模式及特點(diǎn)分析 水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)由上位工控機(jī)和 LCU組成。 自 20世紀(jì) 70年代水電站采用計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)以來，計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng) 有以下幾種典型的應(yīng)用。 功能分散式監(jiān)控系統(tǒng) 隨著計(jì)算機(jī)價(jià)格的下降和水電站對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)可靠性要求的提高，采用多臺(tái)專用功能微機(jī)將全廠控制、調(diào)節(jié)、數(shù)據(jù)采集等各類要求通過負(fù)載分散、危險(xiǎn)分散、功 能分散、地域分散等而得以實(shí)現(xiàn)，就出現(xiàn)了多微機(jī)系統(tǒng)，這種結(jié)構(gòu)可以克服集中式監(jiān)控系統(tǒng)的弊病。分層分布式監(jiān)控系統(tǒng)一般分為二個(gè)層次：上面一層稱為上位機(jī)，下面一層以發(fā)電機(jī)組為單元，將數(shù)據(jù)采集與控制集成到一臺(tái)微機(jī)或 PLC裝置中，構(gòu)成了 LCU。 基于開放系統(tǒng)地分布式監(jiān)控系統(tǒng) 隨著 計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)應(yīng)用軟件越來越復(fù)雜，軟件開發(fā)地投入也越來越大，為使這些巨大的軟件資源能在不同的計(jì)算機(jī)平臺(tái)上運(yùn)行，形成了一系列的開放系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)，例如 TCP／ IP、 OPC等，基于開放系統(tǒng)的分布式計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)具有通用性和可移植性，監(jiān)控系統(tǒng)軟件可以安裝在任何具有開放系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)上。隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的發(fā)展，一 般大、中型水電站機(jī)組臺(tái)數(shù)多，容量大，主接線復(fù)雜，在采用網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)支持下的分層分布式計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)是較好的選擇?！比_放、分布式監(jiān)控系統(tǒng)是近年來在分布式監(jiān)控系統(tǒng)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，整個(gè)系統(tǒng)中各設(shè)備均遵循 ISO、 IEEE、 IEC等國際標(biāo)準(zhǔn)規(guī)約，共同 與 全開放式的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成 一個(gè)全開放、全分布式的監(jiān)控系統(tǒng)，這樣形成的系統(tǒng)各設(shè)備節(jié)點(diǎn)的獨(dú)立性、自治性都很高，設(shè)備的增減，故障設(shè)備的更換都很方便，整個(gè)系統(tǒng)的可靠性、可維護(hù)性也將得到顯著提高。當(dāng)條件許可時(shí)，最好采用全開放、分布式監(jiān)控系統(tǒng)。 (2)在分層控制系統(tǒng)中，即使系統(tǒng)的某個(gè)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(gè)系統(tǒng)的可靠性。 (4)可以靈活地適應(yīng)被控制生產(chǎn)過程的變更和擴(kuò)大，可實(shí)施分階段投資，這些都提高了系統(tǒng)的靈活性和經(jīng)濟(jì)性。 (2)監(jiān)控系統(tǒng)采用全計(jì)算機(jī)監(jiān)控的方式，采用最新的功能和設(shè)備均按全計(jì)算機(jī)監(jiān)控方式進(jìn)行設(shè)計(jì)和配置。 (3)監(jiān)控系統(tǒng)高度可靠，與電站安全運(yùn)行密切相關(guān)的設(shè)備采用雙重化配置，監(jiān)控系 11 統(tǒng) 本身的局部故障不影響現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的正常運(yùn)行。 (5)監(jiān)控系統(tǒng)采用分層、分布、開放式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，各單元采用標(biāo)準(zhǔn)模件，既便于功能和硬件的更新和擴(kuò)展，又方便日常運(yùn)行的維護(hù)。 (6)系統(tǒng)實(shí)時(shí)性好，抗干擾能力強(qiáng)。 (9)采用 Windows2021操作系統(tǒng)、 Sun Cluster ，采用動(dòng)態(tài)多窗口圖形顯示技術(shù)。 2． 3． 2冉家壩水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 冉家壩水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)采用符合開放系統(tǒng)國際標(biāo)準(zhǔn)的、開放式環(huán)境下全分布計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。 圖 21巴山冉家壩水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 結(jié)構(gòu)說明： 12 (1)主機(jī)／操作員工作站 主機(jī)功能包括對(duì)整個(gè)電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的管理， AGC、 AVC計(jì)算和處理，數(shù)據(jù)庫管理，在線及離線計(jì)算功能，各圖表、曲線的生成，事故故障信號(hào)的分析處理等。全廠所有的操作控制都可以通過鼠標(biāo)器及鍵盤而實(shí)現(xiàn)；通過彩色顯示器可以對(duì)全廠的生產(chǎn)、設(shè)備運(yùn)行作實(shí)時(shí)監(jiān)控，并取得所需的各種信息。其中一臺(tái)主機(jī)還可兼通信服務(wù)器功能，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(jí)電站及二級(jí)電站的通信接口。具有語音報(bào)警、測(cè)試等功能。 (3)語音報(bào)警工作站 水電站設(shè) 1套語音報(bào)警工作站。 OnCall功能系統(tǒng)全稱為電站事故自動(dòng)報(bào)警通知系統(tǒng)，指電站由計(jì)算機(jī)監(jiān)控實(shí)行定時(shí)巡檢和運(yùn)行維護(hù)人員隨時(shí)處于待召喚狀態(tài)，隨叫隨到，確 保電站安全穩(wěn)定運(yùn)行的一種先進(jìn)管理模式，是實(shí)現(xiàn)電站人找信息到信息找人的革命性飛躍。 (6)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備 主計(jì)算機(jī)和各 LCU之間通過 IO／ IOOM網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)聯(lián) 接 成以太網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)主要為光纜，雙網(wǎng)，網(wǎng)絡(luò)速率為 l00Mbps，網(wǎng)絡(luò)協(xié)議為 TCP／ IP。 (7)LCU共 4套， 2套機(jī)組 LCU、 2套公用開關(guān)站 LCU，實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)對(duì)象的監(jiān)控。 2． 3． 3 冉家壩水電站計(jì)算機(jī)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。它是水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)較理想 的操作系統(tǒng)。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。 2． 3． 4 冉家壩水電站廠站級(jí)與單元控制級(jí)功能的分配 14 本監(jiān)控系統(tǒng)為分層分布式結(jié)構(gòu)。 LCU作為全站監(jiān)控系統(tǒng)的現(xiàn)地控制級(jí)，向廠站級(jí)上行發(fā)送采集的各種數(shù)據(jù)和事件信息，接受廠站級(jí)的下行命令對(duì)設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控，在上位機(jī)或網(wǎng)絡(luò)故障時(shí)又能獨(dú)立工作。 15 第 3章 LCU的硬件和程序設(shè)計(jì) 3． 1 機(jī)組 LCU的功能 LCU布置在機(jī)組旁，其監(jiān)控對(duì)象為水輪發(fā)電機(jī)組及其輔助設(shè)備，是計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)底層的控制部分，它是整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)的核心，它向 廠站級(jí) 發(fā)送采集的各種數(shù)據(jù)和事件信息，并接受 廠站級(jí) 的命令對(duì)設(shè)備進(jìn)行 監(jiān)控，同時(shí)又能脫離 廠站級(jí) 獨(dú)立工作。完成如下功能：現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的采集；進(jìn)行機(jī)組開機(jī)、停機(jī)、工況轉(zhuǎn)換、并網(wǎng)、水機(jī)保護(hù)等操作；通過接口與調(diào)速器、勵(lì)磁調(diào)節(jié)器及同期裝置進(jìn)行通訊；實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)組有功功率和無功功率的自動(dòng)調(diào)節(jié) . 機(jī)組 LCU的功能由自動(dòng)控制、數(shù)據(jù)采集、通訊和輔助功能四部分組成，具體如下： 自動(dòng)控制： 1)機(jī)組快速閘門控制，包括快速閘門的正常開啟、關(guān)閉和事故時(shí)緊急關(guān)閉。 3)負(fù)荷控制：有功功率和無功功率的具體調(diào)節(jié)。 5)電氣事故處理：機(jī)組各種電氣事故停機(jī)、跳機(jī)組出口開關(guān)等。 7)機(jī)組漏油槽油位控制，包括 漏油箱 油位控制兩臺(tái)漏油泵的起停。 10)機(jī)組運(yùn)行工況轉(zhuǎn)換，包括接收 廠站級(jí) 系統(tǒng)的命令具體完成機(jī)組停機(jī)到發(fā)電、發(fā)電到調(diào)相，發(fā)電到停機(jī)、調(diào)相到停機(jī)的一系列狀態(tài)轉(zhuǎn)換操作?，F(xiàn)場(chǎng)變送器輸出統(tǒng)一采用 4— 20mA電流輸出到 PLC的模擬量輸入模塊?，F(xiàn)場(chǎng)元件采用 Cu53和 Ptl00熱電阻，信號(hào)輸入到 PLC的溫度量 采集模塊。 4)故障信息，包括機(jī)組各部分故障、異常和事故信息。 輔助功能：包括發(fā)電、調(diào)相小時(shí)數(shù)累計(jì)，備用小時(shí)數(shù)累計(jì)、出口開關(guān)合閘次數(shù)累計(jì)，以及 PLC自診斷和相應(yīng)處理等。 3． 2． 2 控制面板和 PLC直接聯(lián)網(wǎng) 結(jié)構(gòu)如圖 32所示，當(dāng)對(duì)水電站的可靠性要求較高時(shí)，通過設(shè)置控制面板，在機(jī)組控制單元發(fā)生故障時(shí)仍能對(duì)機(jī)組進(jìn)行機(jī)旁的自動(dòng)操作，系統(tǒng)的可靠性提高，但由于增加了常規(guī)控制系統(tǒng)，系統(tǒng)投資比較大，二次接線復(fù)雜。 圖 33 LCU+觸摸屏工控機(jī) 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(jī)型，并聯(lián)冗余型和主輔冗余型 LCU幾種配置模式。 18 圖 3— 4單機(jī)型 LCU示意圖 b．并聯(lián)冗余型 LCU 并聯(lián)冗余型 LCU是指一套 LCU中包含了完整的且相同配置 PLC控制器及各自的 I／ o模件，如圖 35所示。 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(shí)際應(yīng)用為出發(fā)點(diǎn)為解決并聯(lián)型冗余型 LCU的缺點(diǎn)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(dāng)主 PLC故障時(shí)仍能對(duì)機(jī)組進(jìn)行開停機(jī)等的順序控制功能，如圖 3— 6所示。 通過對(duì)國內(nèi) LCU現(xiàn)狀及 LCU配置模式的分析來看，目前現(xiàn)地控制單元均以 PLC可編 程序邏輯控制器為基礎(chǔ)， PLC以其高可靠性、編程方便、配置靈活等優(yōu)點(diǎn)在邏輯控制方面有無可比擬的優(yōu)越性。 數(shù)據(jù)采集的對(duì)象分為模擬量、開關(guān)量、脈沖量、數(shù)碼量等。 模擬量信號(hào)的采集為定時(shí)掃查方式。 b． 開關(guān)量 20 開關(guān)量包括事件順序記錄 (SOE)開關(guān)量和普通開關(guān)量?jī)煞N。監(jiān)控系統(tǒng)采用中斷方式迅速響應(yīng)這些動(dòng)作信號(hào)并以毫秒級(jí)的時(shí)間分辨率進(jìn)行記錄。監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)普通開關(guān) 量的采集為定時(shí)掃查方式。 C．脈沖量 脈沖量主要指來自脈沖電度表的有功電度及無功電度等。電度量可以進(jìn)行峰平谷分時(shí)累計(jì)。采用多點(diǎn)開關(guān)量并行采集，然后轉(zhuǎn) 換為相應(yīng)模擬量數(shù)值。 e．綜合量 綜合量包括開關(guān)量和綜合模擬量是對(duì)上述采集的量進(jìn)行四則、邏輯運(yùn)算得到的量，如機(jī)組狀態(tài)，母線狀態(tài)等。 b．關(guān)于控制操作安全性的考慮 閉鎖條件的檢查 LCU在收到控制命令后，必須對(duì)與該項(xiàng)操作相關(guān)的閉鎖條件進(jìn)行檢查，只有在符合要求時(shí)才能允許操作； 當(dāng) LCU在線自診斷到有關(guān)模件故障時(shí)，將自動(dòng)禁止相應(yīng)的控制功能； 當(dāng) LCU在接受來自 廠站級(jí) 控制命令時(shí)，將通過返送校核等步驟保證控制命令傳送的正確性；控制過程受阻時(shí)，將給出受阻原因。 在 LCU的機(jī)框上或現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置緊急停機(jī)按鈕，按鈕設(shè)多對(duì)接點(diǎn)，一方面接至 LCU的 PLC作為事故量來啟動(dòng)事故停機(jī)流程，另一方面通過硬布線直接由按鈕作用于緊急停機(jī)電磁閥和機(jī)組出口開關(guān)跳閘回路。 3． 3． 5 數(shù)據(jù)通信 LCU的通信包括二部分： 作為監(jiān)控系統(tǒng)光纖以太網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)與 廠站級(jí) 進(jìn)行通訊，向上位機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)采集和事 件信息，并接受其下行的控制命令。 3． 3． 6 在線診斷 LCU能在線進(jìn)行硬件和軟件的診斷，硬件診斷到板級(jí)，在診斷到故障后將報(bào)警，并自動(dòng)進(jìn)行冗余切換，閉鎖相關(guān)控制等一系列處理。國際電工委員會(huì) (IEC)對(duì) PLC作了如下定義：“ PLC是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)，它采用可編程序的存儲(chǔ)器，用來在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算，順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并通過數(shù)字式、模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程?！?PLC主要結(jié)構(gòu)如圖 37所示。 3． 4． 1 主控制器 PLC的選擇 a、 PLC的選擇原則 PLC機(jī)型的選擇要以滿足系統(tǒng)功能需要為宗旨，權(quán)衡利弊，以免造成投資和設(shè)備資源的浪費(fèi)，機(jī)型的選擇主要從以下幾個(gè)方面來考慮： (1)根據(jù)控制對(duì)象所需的輸入／輸出點(diǎn)數(shù)選擇機(jī)型 根據(jù) LCU的功能，確定 PLC控制系統(tǒng)的 I／ O總點(diǎn)數(shù)，再按實(shí)際所需總點(diǎn)數(shù)的 15％～20％留出備用量后確定所需 PLC的點(diǎn)數(shù)。根據(jù)冉家壩水電站電源 CPU I/O 接口 I/O 接口 存儲(chǔ)器 編程器 23 監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，主控制器 PLC必須具備以下條件： 支持 100M光纖以太網(wǎng)； 支持 GPS衛(wèi)星時(shí)鐘對(duì)時(shí)； ，