故县水电厂计算机监控系统———故县水电厂计算机监控系统

［摘要］：故县水电厂计算机监控系统采用先进的分层分布式系统结构，以及快速以太网的网络配置，是一种全分布开放式的总线型计算机控制系统，系统上位机采用WINDOWSNT操作系统，下位机采用GE90-30可编程控制器。此系统的顺利应用，为故县水电厂实现“无人值班”（少人值守）奠定了坚实的基础。［关键词］：故县水电厂 计算机监控系统 现地控制单元 可编程控制器
  1概述
      故县水利枢纽工程位于黄河支流洛河中游峡谷区，地处河南省洛宁县境内，距下游的洛阳市160余公里，是一座以防洪为主，兼顾灌溉、发电、养殖等综合利用的大型水利枢纽工程。水库总库容量11.75亿 m3，是黄河下游防洪体系较重要的配套工程项目之一。
      故县水电厂投产于1992年，共有三台机组，总装机容量60MW，单机容量20MW，多年平均发电量1.1亿kWh，承担着洛阳电网的调峰任务。随着电力体制改革的逐步深入，为了适应“厂网分开、竞价上网”的发展形势，逐步实现电厂“无人值班，少人值守”的管理目标，故县水电厂进行了计算机监控改造。监控改造选用国电南自的SD200型水电站自动化系统，该系统采用全开放，模块化结构设计，操作方便，配置灵活，具有良好的可靠性、可扩充性和可移植性，满足了故县水电厂自动监控的需求，实现了“少人值守”的运行管理模式。
  2系统的结构和配置
      2.1 系统结构及硬件配置
      计算机监控系统采用基于以太网的分层分布、开放式结构，有主控级和现地控制单元级两级。优先级由高到低为现地控制单元级、主控级。整个系统由4台上位机和5个现地控制单元（LCU）构成。主控级设有运行人员操作工作站（兼主机）2台、通信工作站1台、工程师工作站1台、网络交换机、打印机、GPS、UPS等设备。现地控制单元共5套LCU，分别为1号-3号机LCU（双屏）、公用设备LCU和变电站LCU。
      主控级操作员工作站（兼主机）设有美国 ICSPⅢ/800工作站2台，双机冗余结构为主／从热备用工作方式。其中一台为主控机负责采集、控制功能的实现，主要完成全厂的运行自动化及其管理，另一台为系统管理机负责监视网上各台机的运行情况，备份主控机的数据库，并在检测到主控机故障时立即担当主控机的所有功能并报警。来自现地控制单元LCU的实时信息直接在两台主机的CRT显示刷新。正常情况一台工作，一台备用，若主计算机故障，可自动完成双机无扰动切换。
      工程师室设有1台工程师工作站和1台通信工作站，用于修改定值，增加和修改画面，并可进行系统维护、软件开发及远程诊断等，还可用对运行人员进行操作培训。
      通信工作站用于电站监控系统与电力系统调度计算机的连接和连接其他需要与监控系统通讯的设备，系统可及时将故障信息通过音响形式报警，以便于运行维护人员及时处理。主控级与现地控制单元采用以太网络连接，通讯介质为光缆，保证了网络通讯的可靠性。
      现地控制单元LCU主要由可编程序控制器PLC、一体化工控机及测控装置组成。PLC完成顺序控制、状态监视和功率调节等功能；工控机负责单个LCU的监视和控制，同时肩负着与机组测温装置、调速器、微机保护的通讯，并作为现地控制单元的人机界面，实现机组的现地操作功能。PLC采用美国通用电气公司的GE90-30，电量采集装置负责采集电压、电流、功率、频率等电气信号，并通过与PLC的直接通讯，将数据处理后发送至操作员工作站进行显示或进入后台数据库管理系统。温度巡检装置采集机组的温度信号，其数据通过工控机上送至主控机。每台机 LCU包括两个分布式子站，一个用于压油装置和漏油泵的控制，另一个用于机组工作闸门的控制。分布式PLC选用了GE公司的VersaMax产品，该产品提供了全面的分布式控制系统，可作为分布式子站连接在LCU上独立运行，其I/O模块具有带电插拔功能。
      2.2系统软件配置
      系统中上位机采用WindowsNT操作系统，采用VisualC 编程，以TCP/IP协议作为网络通信协议，加上专用的SD200系统软件，构成了基于开放环境下的计算机监控系统。
      PLC采用LM90软件包开发梯形控制程序，在程序的编辑中尽量采用子程序，分模块、分功能编辑，强化程序的可读性，直观、简洁，易于理解和修改。
  3计算机监控系统的功能
      SD200监控系统可实现远方计算机自动监控和现地自动监控，其主要功能包括：数据采集与处理、时间顺序记录（SOE）、事故追忆记录及相关量记录、有功功率联合控制（AGC）、无功功率联合控制（AVC）、控制与调节、显示打印和参数设定、电厂设备运行管理、系统通讯、中文语音报警、卫星同步对时、故障自诊断和自恢复功能。能够满足电厂在任何情况下对监视和控制的要求。
  4系统特性
      故县水电厂监控改造中取消原常规控制模式，在中控室设置了信号返馈屏，返馈屏信号机组部分独立采集（当反馈屏与监控系统通讯故障时，可保证对机组重要信息的监视），公用和变电站部分信号取自监控系统。
      网络是计算机监控系统的重要环节，LCU中PLC常用的上网方式是通过现地一体化工控机上网，而PLC直接通过10/100M网络自适应模块上网是水电厂计算机监控系统的另一种推行模式，在此方式中，去掉了工控机这一薄弱环节，而且PLC直接接入网络交换数据，可以提高数据的交换速率和系统的可靠性。基于以上原因，故县水电厂计算机监控系统采用了PLC直接上以太网方式，工控机与PLC经集线器连接后也上以太网。此方式提高了系统的响应速度，系统的可靠性和安全性都得到了不同程度的提高，LCU可通过工控机实现现地的显示与操作，并可脱离上位机独立运行。
      系统采用符合开放标准的硬件设备和操作系统，具有良好的开放性。分层分布结构，融会网络分布系统的优点，使系统的资源配置利用更加合理。系统中重要设备采用冗余配置，硬件配置具有一定的余度和扩展能力。
  5 现场运行情况
      故县水电厂计算机监控系统在投运过程中施工组织严密，措施到位。系统调试首先进行静态调试，然后空载试验，最后进行带负荷试验，逐级进行，发现错误及时改正，在一定程度上有效的缩短了系统调试时间，减少了机组停机时间，最大限度的保证了电站正常发电。
      现地控制单元PLC电源模块最初选型为交流220V、直流 110V，因现场无法提供直流110V的电压，使得PLC供电电源只有交流220V，一旦厂用交流220V失电，将造成PLC失电，影响了系统的稳定。后将PLC电源模块更换为24V供电模块，分别为交流220V和直流220V变换而来。
      各分布控制子单元与现地单元的通讯。在调试过程中存在的问题较多，1号机组的闸门和2号机组的压油装置在调试时不能与PLC正常通讯，排查发现通讯电缆焊接头有毛刺，毛刺致使通讯收发线短路，导致通讯混乱，后期施工中要求所有接头按照规定每根线的焊接点加套管保护，保证了正常通讯。
      故县水电厂属老厂改造，由于受到厂房设计布局的限制，中控室与 10kV母线室间距8米左右，经测试强电流对计算机显示器有明显的电磁干扰。为降低干扰，保证主机的正常运行，主机靠中控室一侧布置，尽量远离干扰源，实际运行过程中当三台机组全开时，显示器画面晃动较大，容易引起视觉疲劳，不利于运行人员监屏。
      语音报警信号取自位于工程师室的通讯机，信号从通讯机送出经信号线至中控室，由于沿线受到强电干扰，报警系统无法正常运行，经分析决定将语音信号在工程师站经过主音箱放大后，再送至中控室，语音报警系统得以正常工作。
      机组压油泵、漏油泵、空压机和排水泵的PLC自动回路与继电器常规手动回路，设计为手动切换。当PLC发生故障而运行人员未能及时发现，便可能发生压油装置油压过低、漏油箱跑、油风压异常等事故，因此要求监控报警系统工作应可靠稳定，在系统出现异常时，语音报警系统应能可靠报警，以便运行人员及时发现和解决问题。
      系统水力监测功能还不健全，AGC、AVC功能尚不能发挥作用。需要进一步调研，逐步完善与水电厂经济运行密切相关的水情，如流量、机组拦污栅压差等信息，尽快实现电厂的自动发电控制和自动电压控制。
      监控系统上位机组网最初选用了双绞线，在运行中存在通讯中断和阻滞的现象，后经厂家检查，更换为带屏蔽的通讯电缆，基本上解决了通讯的问题。
      在监控系统运行期间，现地单元所配置的一体化工控机故障发生的机率较多，其故障退出后，使得现地控制单元的数据不能正常显示，现地操作无法执行。计划将一体化工控机改用触摸屏代替，并配以串口转以太网的服务器，保证现地操作和其它串口设备上网，从而改善和提高系统的运行可靠性。
  6结语
      故县水电厂计算机监控系统改造完成后，实现了电厂运行管理、安全监测、自动控制的计算机化，在电厂的安全运行、节水发电、降低人员劳动强度等方面取得了良好的效果，增强了故县水电厂参与“厂网分开，竞价上网”的竞争能力。