（流体机械及工程专业论文）天桥水电厂计算机监控系统的设计与研究.pdf

天桥水电厂计算机监控系统的设计与研究 摘要 天桥水电厂机组投运较早，设备陈旧且老化严重，近年来虽然也对一些设备进行 了技术改造，但均未形成厂级的监控系统。由于天桥水电厂担任山西电网的调频调峰 任务。现地控制单元不能满足机组快速开停机并网及负荷调节精度的要求，也不能满 足水电厂自动发电控制( a g c ) 的要求，随着“厂网分开，竞价上网”的电力体制改 革，对天桥水电厂进行计算机监控系统的更新改造已是势在必行。 本文以天桥水电厂为对象，既参考了大中型水电厂的计算机监控模式和过程生产 中的微机控制，又充分考虑了小型水电站的运行特点，对水电站计算机监控系统的基 本要求、结构配置及实现方法等问题进行了研究。整个系统设计工作分三步进行：一、 对目前比较先进的水电站计算机监控系统进行调研；二、根据天桥水电厂自身结构特 点，借鉴国内外计算机监控系统的经验，制定本电厂计算机监控系统的总体设计方案 为：电厂级采用l o o m b p s 快速以太网，现地控制单元采用专为自动控制系统分散i 0 设 备设计的p r o f i b u s d p 现场总线。三、根据电站的规模及重要性，优化设计厂站级与现 地级计算机监控系统，并针对l c u 在监控系统中的作用，对l c u 开停机流程图及人机 界面进行了设计，最后，应用工控组态软件w i n c c 对系统进行了监控组态并进行了运 行调试。 实践证明，该系统的开发和研制是成功的，为电站早日实现“无人值班”( 少人 值守) 创造了条件，对电站实现减人增效发挥了巨大作用。 关键词：计算机监控，主站，现地控制单元，设计 t h ed e s i g na n ds t u d yo f t i a n q i a oh y d r o p o w e r p l a n r rc o m p u t e rm o n i t o r i n gs y s t e m t h eh y d r o u n i t si n l i a n q i a oh y d r o p o w e rp l a n to fs h a n x ia r es t i l li n s e r v i c ee v e n3 0y e a r sa f t e rc o m m i s s i o n i n g ，t h ea u x i l i a r i e sa r eo l da n d a l w a y s d a m a g ef a u l t sb yf a i l u r e o fi n s u l a t i o n i nr e c e n t y e a r s ，e q u i p m e n t sa r e r e f o r m e di nt i a n q i a oh y d r o p o w e r p l a n t ，b u tt h ec o m p u t e rs y s t e mi s n tu s e dt o m o n i t o rt h ew h o l ep l a n t b e c a u s et i a n o i a oh y d r o p o w e rp l a n tc a nb eu s e dt o g e n e r a t ep e a kp o w e ra n da d j u s tf r e q u e n c yp o w e r , t h el o c a lc o n t r o lu n i t sc a l l t b es h u td o w no rr e s t a r t e da ts h o r ti n t e r v a l s , t h e ya l s ol a c kt h eo p e r a t i o n a l f l e x i b i l i t yt oa d j u s tl o a d ，s ot h e ya r eu n s a t i s f i e dt h ed e m a n do fa u t o m a t i c g e n e r a t i o nc o n t r o l ( a g c ) w i t ht h ed e v e l o p m e n to fh y d r o p l a n ta n dn e t w o r k , a n dp r i c ec o m p e t i t i o ni ne l e c t r i cm a r k e t ，i no r d e rt om a t c ht h ee l e c t r i cp o w e r s y s t e mr e f o r m ，t i a n q i a oh y d r o p o w e rp l a n tr e q u i r e sc o m p u t e rm o n i t o r i n g s y s t e m t a k i n gt i a n q i a oh y d r o p o w e rp l a n ta so b j e c t ，r e f e r r i n gt oi n s p e c t i o na n d c o n t r o lm o d ea n dc o m p u t e rc o n t r o la tp r o c e s sp r o d u c t i o no fb i go rm e d i u m h y d r o p o w e rp l a n t ，a sw e l la ss u f f i c i e n t l yc o n s i d e r i n gt h ec o u i s ec h a r a c t e r i s t i c o fs m a l lh y d r o p o w e rp a i n t s ，t h i st h e s i ss t u d i e sb a s i cd e m a n d s ，c o n f i g u r a t i o n a n dr e a l i z a b l em e t h o d sf o rc o m p u t e rm o n i t o r i n ge t cs y s t e mo fh y d r o p o w e r p l a n t t h ed e s i g nw o r ko f t h ew h o l es y s t e md i v i d e si n t ot h r e es t e p sa n dg o e so n ： f i r s t ，i n v e s t i g a t et h ec o m p u t e rm o n i t o r i n gs y s t e mo p e r a t e di nd o m e s t i ca n d i n t e r n a t i o n a lp o w e rs t a t i o na t p r e s e n t ；s e c o n d ，l l s et h ee x p e r i e n c eo ft h e m o n i t o r i n gs y s t e mo ft h ed o m e s t i ca n di n t e r n a t i o n a lc o m p u t e rf o rr e f e r e n c e a c c o r d i n gt ot i a n q i a oh y d r o p o w e rp l a n to n e so w ns t r u c t u r ec h a r a c t e r i s t i c ， m a k et h eo v e r a l ld e s i g np l a n so ft h i s h y d r o p o w e rs t a t i o n o fc o m p u t e r m o n i t o r i n gs y s t e m s p l a n tn e t w o r ka d o p t sr a p i de t h e r n e tw i t ht h es p e e do f l o o m b p s ，i v u u s e sp r o f i b u s - d pf i e l db u sn e t w o r kw h i c hs p e c i a l i z e di n a u t o m a t i cc o n t r o ls y s t e md i s p e r s i o ni 0e q u i p m e n td e s i g n ；7 n i i r d ，a c c o r d i n gt o t h es c a l ea n di m p o r t a n c eo ft h eh y d r o p o w e rs t a t i o n ，d e s i g nt h em o n i t o r i n g s y s t e mo ft h ew h o l eh y d r o p o w e rs t a t i o na n dt h el o c a l ec o n t r o l ，a i m e da tt h e i m p o r t a n tf u n c t i o no fl c u i nm o n i t o r i n gs y s t e m , t h ef l o wc h a r ta n dm a c h i n e i n t e r f a c eb ed e s i g n e d f i n a l l y , w eu s ei n d u s t r i a lc o n t r o lc o n f i g u r a t i o ns o f t w a r e w i n c c d e b u gt h es y s t e m t h ef i e l dt e s t sa n do p e r a t i o no ft h es y s t e md e m o n s t r a t et h a td e v e l o p m e n t o ft h es y s t e mi ss u c c e s s f u l ，a n dt h a ti tc o n t r i b u t e st ot h eh i g he f f i c i e n c yo ft h e # a n t k e yw o r d s ：c o m p u t e rm o n i t o r i n g ，m a s t e rs t a t i o n ，l o c a lc o n t r o l u n i t ( l c u ) ，d e s i g n 独立完成与诚信声明 本人郑重声明：所提交的学位论文，是本人在指导教师的指导下，独立进行研究 工作所取得的研究成果并撰写完成的。没有剽窃、抄袭等违反学术道德、学术规范的 侵权行为。文中除已经标注引用的内容外，本学位论文中不包含其他人或集体已经发 表或撰写过的研究成果，也不包含为获得华北水利水电学院或其它教育机构的学位或 证书所使用过的材料。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中作了明 确的说明并表示了谢意。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担 学位论文作者签名： 保证人( 导师) 签名： 签字日期： 为 6 ，l 口 签字日期： 嘲j 易，p ， 学位论文版权使用授权书 本人完全了解华北水利水电学院有关保管、使用学位论文的规定。特授权华北水 利水电学院可以将学位论文的全部或部分内容公开和编入有关数据库提供检索，并采 用影印、缩印或扫描等复制手段复制、保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家 有关部门或机构送交论文原件或复印件和电子文档。( 涉密的学位论文在解密后应遵 守此规定) 学位论文作者签名；愀导师签名；巧讯 签字日期； w 7 、 磊b 签字眺k 雷) ，f 。 华北水利水电学院硕士学位论文 第1 章绪论 1 1 引言 随着科学技术，特别是信息技术的发展，电力系统的自动化和信息化越来越多地 被电力系统的各个部门所采用，也为电力系统电能的生产、变换、输送、分配、使用 和经济合理地调度提供了强有力的技术保证；同时也产生了巨大的社会效益和经济效 益。发电厂作为电能的生产部门，电力系统的始端，其自动化程度的高低，壹接影响 到整个电力系统的安全性、可靠性、经济性和灵活性【l i 。 近二十多年来随着我国国民经济的快步增长，电力工业也得到了迅猛的发展，达 到了前所未有的水平。随着电力工业的进一步发展，电能的生产、输送、销售突显了 几个特点：一是电网的总容量大；二是电源分布更加合理，各区域网间的横向联系愈 来愈多，电能的输送线路更长；三是组成电网的电能生产方式更加多样化，包括了水 力发电、火力发电、热能发电、核能发电、风力发电、太阳能发电、潮汐能发电、垃 圾发电、抽水蓄能发电等多样化的发电方式：四是多样化的电力用户对电力部门供电 的可靠性、稳定性和电能质量提出了更高的要求，诸如这些特点，就对电力系统的生 产管理提出了更高的要求，而常规的控制手段与管理方法已无法满足这些要求，特别 是水电厂由于其生产过程所具有的特点使得提高水电厂自动化水平交得非常重要【硐 1 2 水电站实施计算机监控系统的意义 水电厂最根本的任务是实现安全经济运行。随着国民经济的持续发展，兴建的水 电厂越来越多，其容量也越来越大，如已建成的三蛱水电厂，总装机容量赢达 1 8 2 0 0 v ，为了实现安全发供电，需要经常监测的量成千上万，需要实现的控制功能 也越来越复杂。特别是抽水蓄能电厂的出现，机组的工况不仅有发电、调相，而且还 有抽水，各种工况之闯的相互转换，便控制功能迸一步复杂。为了实现水电厂的经济 运行，需要进行大量复杂的计算。随着水电厂梯级的形成，协调这些电厂的运行以期 达到整体的经济运行，需要进行的计算更为复杂。以上一切使原先在水电厂上广泛使 用的布线逻辑型自动装置越来越难以胜任这些复杂的工作，需要采用更为先进的技术 h 1 与此同时，计算机技术这些年来有着迅猛的发展，其性能日趋完善，而价格日益 下降，这为取代常规的布线逻辑型自动装置提供了良好的物质基础。 早在7 0 年代，计算机已开始应用于水电厂，起先用于各项离线计算和工况的监 测，后来，逐渐进行到控制领域。它经历了一段从低级到高级，从顺序控制到闭环调 节控制，从局部控制到全厂控制，从电能生产领域扩展到水情测报、水工建筑物的监 控、航运管理控制等各个方面，从监控到实现经济运行，从个别电厂监控到整个梯级 和流域监控的发展过程。出现了一批用微机构成的调速器、励磁调节器、同步并列装 置、继电保护装置；多媒体技术应用使电厂中控室的设计发生了巨大的变化。巨大的 模拟显示屏正在逐渐被计算机显示器所代替；常规操作盘基本上已被计算机监控系统 的值班员控制台所取代；运行人员的操作已从过去的扭把手、按开关转为计算机键盘 和鼠标操作。运行人员的工作性质也发生了质的变化，从过去的日常键盘和频繁操作 转为巡视，经常的监测和调节控制都由计算机系统去完成。运行人员的劳动强度大大 减轻，人数也大大减少，甚至出现了“无人值班”( 少人值守) 的电厂。 水电厂实现计算机监控后可取得以下几个主要的效益： l 、有利于提高水电站运行可靠性 安全运行是水电站最重要的任务。水电站枫组启停频繁、分布范围广、工况和出 力变化迅速，而且梯级水电站的机组台数相对更多，分布范围更广，运行方式更加复 杂，为保证水电厂和梯级水电站的安全运行，必须对水电厂的运行工况和设备进行经 常的严密监测。水电厂需要经常监澳4 的信息量与水电厂容量和机组台数有关，大型水 电厂的信息量可多达数千甚至数万。如葛州坝水电厂约有2 0 2 7 个模拟量，3 1 3 2 个开 关量和1 3 4 个脉冲量。因人的反应能力有限，靠人工监视不能及时发现问题，结果导 致事故的发生。 计算机能迅速采集和处理大量信息，弥补了人的能力局限性，实现全站或全梯级 的计算机监控，其它辅助设备进行可靠的监视，并能对故障、事故给出故障处理指导， 这不仅有利于及时排除故障，而且可以防止误操作。并且对那些影响机组安全运行的 事故使机组自动停机，预防事故的进一步扩大，保证设备的安全。从而，大大提高了 水电站的安全运行可靠性嘲。 2 、有利于提高水电站的经济运行水平和经济效益 实施计算机监控有利于提高水电站的经济运行水平，可以使水电厂经常处于优化 2 华北水利水电学院硕士学位论文 工况下运行，达到多发电、少耗水的目的。经济运行是水电站提高经济效益的重要手 段，水电站经济运行包括水库的优化调度，机组的优化组合及负荷分配，监控系统的 经济运行和a g c 控制，能够根据水情测报系统提供的实时信息自动完成以上各级优 化，从而大大提高了水能利用率。对于梯级水电站而言，实施计算机监控系统后，经 济效益至少可提高2 ，据有关资料，法国罗纳河梯级水电厂改用计算机监控后经济 效益增加了4 ；杜朗斯河一维文登河电厂群采用计算机监控后的效益增达1 6 。对 于大中型水电厂和梯级电厂，实施计算机监控的效益是极为可观的。另外，实现计算 机监控后，还有一种不可量化的经济效益，如：提高安全运行水平，加快事故分析速 度和处理过程、改善了电能质量、减轻了运行人员劳动强度等【6 】。 3 、有利于改善职工的工作、生活条件，提高职工的生活水平 水电站大多数地处偏远山区，交通不便、生活条件艰苦、职工就医、子女受教育 和就业都比较困难。实施计算机监控后，对电站实现“无人值班”( 少人值守) ，从而 减少主业人员，提高劳动生产率。同时可将援缩下来的人员转去从事其它工作这不 仅便于集中资金，改善职工的工作、生活条件，也有利于改善职工就医、子女受教育 难的状况 此外，同国外水电开发较早和自动化水平较高的国家相比，我国水电管理模式和 职工劳动生产率处于一个相对较低的层次。为了改变水电站长期以来落后的管理局 面，国家电力公司提出了水电站实现“无人值班”( 少人值守) 的目标。以此带动整个 水电站生产管理体制的改革。促进水电站的技术进步，提高水电站的安全经济运行水 平，达到提高“经济效益、社会效益”的目的 显然，实现全站计算机监控，无疑将大大提高水电站的生产综合自动化水平。这 对于提高全站的安全运行可靠性，提高经济效益，改善职工的工作、生活条件，提高 全站的劳动生产率，都具有现实和深远的意义m 1 3 水电站计算机监控系统的主要任务 1 、对运行设备进行监测 计算机监控系统对水电厂运行中的发电机、水轮机及辅助设备的各项参数进行巡 回检测，当发现这些设备的有关参数超过规定的上、下限值时，计算机便发出越限报 警。对某些重要设备的关键参数，可以设置趋势记录，一旦发现有异常趋势，计算机 3 便发出相应的警告，运行人员可以及时采取措施，防患于未然。同时，对于某些需要 长期保留的重要数据，可以记录历史数据库，供以后查询和分析之用嘲。 2 、发电过程自动控镧 水电厂水轮发电机组的开停、发电、调相状态的转换，发电机的并列运行，机组 有功功率及无功功率的调节，进水闸门的开闭以及开度的调节，辅助设备的自动控制 等，都可以通过计算机发出有关的命令而自动执行。 3 、自动处理事故 计算机监控系统对运行设备进行在线监测，对设备的各种参数进行记录和存储， 一旦发生事故，计算机便对事故进行分析，然后再执行有关的事故处理程序，使事故 得至及时处理，同时记录事故的性质、发生的时间和地点。 4 、最优发电控制 最优发电控制包括自动发电控制( a o c ) 和自动电压控制( a v c ) 两部分，以实现最 佳经济运行。a c - c 指监控系统按照电力系统调度的指令开停机组和增减电厂总负荷， 以维持系统频率在整定值容许的偏差范围内；a v c 指在系统无功或电压发生变化时， 能迅速改变各台机组的励磁电流，以维持电厂高压母线电压在规定的范围内，并在机 组问合理分配无功负荷m 5 、生产管理与模拟培训 实现电厂发电运行记录，运行日志与报表打印，操作票显示、编辑与打印，提供 模拟仿真培训 1 4 国内外水电站综合自动化的现状和发展趋势 目前，欧美等发达国家己经基本上实现了水电站综合自动化，达到了无人值班、 少入值守的运行管理水平，尤其是小水电站由予设备简单，生产过程单一，在电力系 统中不起重要作用，实现全面自动化和遥控比较容易，因此早在5 0 年代计算机还没 有运用时，大批小型水电站就己经实现了全面自动化和遥控，且大多数己经达到了无 入值班的水平对于中型水电站、部分大型水电站，个别特大型水电站以及抽水蓄能 电站，也逐渐实现了无人值班和准无人值班。目前，国外经济发达国家电力行业的自 动控制及集中控制，已经由原来的单个水电站的自动化。无人值班发展到现在的区域 性发、供电一体化，由设立的调度所集中对数十个或更多的水电站、变电站进行发、 4 华北水利水电学院硬上学位论文 供电控制【埘。 近年来，随着我国电力科技水平的不断发展，许多新建的水电站都设计并初步实 旌了以计算机监控为主的综合自动化系统。7 0 年代，我国水电站自动化技术水平比较 落后。从踟年代初开始，我国有近2 0 个水电站及梯级调度水电站从国外引进了先进 的自动化系统。这些系统对于促进我国水电站综合自动化系统的发展，对于掌握和学 习国外先进的技术及管理经验，都发挥了相当有效的作用。近2 0 年来，我国水电站 综合自动化技术发展迅速，国内的科研院所以及水电站运行人员汲取先进经验，开发 研制国产的水电站综合自动化系统，为我国的水电站综合自动化水平的提高作出了巨 大贡献其中两个主要的科研单位为电力自动化研究院和中国水利水电科学研究院。 其他的几个主要集成制造企业有南京南瑞集团，北京四方公司，许昌许继集团等几家。 我国的国产水电站综合自动化系统的电站总容量已经达到了百万千瓦以上，在硬件配 置、软件开发、系统集成、抗干扰措施、新技术应用以及售后服务等各个方面都已经 开始接近或达到国际先进水平。各综合自动化系统的指标均毙满足水电站正常运行的 需要，国内产品的动作成功率和设备可用率完全可以与国外产品相媲美 通过以上的比较，可以看到，国外水电站的综合自动化起步早，技术和水平确实 领先，但是国内的厂商通过对国外新技术的引进、消化和吸收，其技术也已经达到了 国际上的水平，而且因为所具有的本土优势，在系统的可操作性和服务上超过了国外 厂商。美中不足的是，由于我国自动化元器件制造水平以及软件开发水平的相对落后， 我国水电站综合自动化系统在硬件的工艺水平和软件的规范化方面还有许多需要进 一步深入细致的工作要作。并且，在专家系统、培训仿真、多媒体与工业电视的有机 结合以及状态检修等先进技术方面还要加强研究力度。并随时跟踪国外的新技术发展 动向。 1 5 课题研究内容及技术路线 1 5 1 课题来源 天桥水电厂机组自动控制系统采用常规逻辑自动控制系统，机组自动开、停机成 功率较低，顶盖泵等辅助设备自动运行效果不理想，油压装置的补气、三部油槽补油 都处于手动状态，很多基础自动化动作不可靠( 如机组制动电磁阀) ，保护、仪表装 置元件老化，灵敏度低，可靠性差( 如定子、三部轴承的测温仪表) ，设备陈旧且老 5 化严重，并且有的设备存在重大隐患，没有或缺少在线检测元件，故障事故率逐年升 高，给机组的安全生产带来巨大威胁，检修的维护量和运行的操作量极其繁重且复杂。 这些都不能适应计算机监控系统，所以必须进行机组自动化改造，同时更新部分自动 化元件，达到机组及辅助设备可靠地自动运行，完善机组的自动监控功能，使运行人 员全面、方便、灵活、有效地掌握机组运行状态，提高自动化运用水平，保证设备运 行的可靠性 1 。 1 5 2 课题研究内容及技术路线 综上所述，为了整体性提高天桥水电厂的综合自动化水平，必须加快对水电厂的 技术改造，因此，研究和开发一套技术先进、功能完善、工作可靠、开放性好的新型 计算机监控系统尤为必要，以实现全厂设备的集中运行监控，使机组运行在最优工况 区，提高机组运行小时数和提高水能利用率，提高劳动生产率，减轻运行人员操作和 监视工作量，提高电厂的经济效益，为将来实现“无人值班，少人值守”打下良好的 基础。它对实现调度的远方集中控制，也具有深远的现实意义埔。 对于天桥水电厂计算机监控系统的设计，主要围绕高度自动化、高度可靠性、可 维护性即“无人值班”( 少人值守) 来开展。 在考察、分析了国内外水电厂典型计算机监控系统的应用经验的基础上，汲取他 们先进系统的设计思想，充分利用现代计算机软硬件以及网络技术，针对天桥水电厂 运行监控的技术特点和在山西电网中的作用，立足于工程实际，论文主要完成以下几 方面工作阴： 1 、在深入调研国内计算机监控系统厂商对天桥水电厂拟定的初步改造方案的基 础上，分析目前水电厂计算机监控系统的结构模式以及通讯系统的发展情况。对天桥 水电厂计算机监控系统的控制模式及结构配置进行设计，并分析了该系统所实现的功 能。 2 、制定了天桥水电厂计算机监控系统的技术指标，并针对电站控制层和现地控 制层在整个监控系统中的重要性，对其进行了硬件的设计和配置。 3 、针对天桥水电厂实际情况，从工程实际应用出发，编制机组顺控漉程软件， 实现机组的控制调节功能。 6 华北水利水电学院硕士学位论文 第2 章天桥水电厂计算机监控系统方案 目前，国内有众多的水电厂计算机监控装置生产厂家，其技术实力、监控系统及 设备配置情况各不相同。为了能找到一个最适合于天桥电厂监控系统的生产厂家，选 择出最适合于天桥电厂的监控方案，我们重点对中国水科院自动控制公司、国电南自 院南瑞自动控制公司、长沙华能自动控制公司的监控系统进行了详细调研，并向三家 提供详尽的电站现况及监控系统技术要求，最后，由三家公司针对天桥水电厂的自动 化改造与计算机监控系统提出了各自的的拟定方案。我们对三家公司提出的方案又进 行了各项分析与比较，总结了各家公司所推荐方案的特点，结合天桥水电厂实际情况 制定其最优方案。 2 1 中国水科院自动化工程公司推荐的天桥电厂监控方案 2 1 1 监控系统结构 l 、系统构成 天桥水电厂属中型水电厂，可采用水科院自动化工程公司开发的h 9 0 0 0 计算机监 控系统，为全计算机监控方式l d 一攀 h 9 0 0 0 系统为全分布开放式网络控制系统。系统分为两层：厂站控制层及现地控 制单元层。两层之间采用双快速以太网总线。网络通讯采用高性能的网络交换机进行 连接。l c u 与交换机间的网络介质为光纤。 厂级计算机系统由操作员工作站两套，工程师工作站一套，报表打印服务器一套， 厂内通信服务器一套，调度通讯服务器一套，语音报警计算机一套以及g p s 时钟系统 一套所构成。 现地控制系统由机组l c u ( 1 4 “= u ) 以及公用系统与开关站l c u ( 5 “= u ) 所 构成。机组l c u ( 1 缸a ，) 承担4 台机组的监测与自动化操作。公用及开关站l c u ( 5 “) 承担1 1 0 k v 、3 5 k v 开关站的监控以及辅助设计系统的监控任务。 2 、厂级计算机监控系统 系统主机兼操作员工作站 工程师工作站 7 天桥水电厂计算机监控系统方案 报表打印服务器 厂内通讯服务器 调度通讯服务器 语音报警工作站 网络设备 打印机 g p s 时钟系统 3 、现场控制单元1 1 5 l l c u 工控机：根据需要，每台l c u 均配有一台工控机，作为p l c 与上位机 间的桥梁，并兼l c u 的本地人机接口( 相当于只针对p l c 的一个操作员站) 。 该工控机直接连接到网络交换机上，与p l c 问通过串行口或现地总线进行数 据交换。考虑到现场的干扰情况，工控机选用带有液晶屏的c o n t e cp h i 7 5 0 一体化工控机。通过= u 工控机的通信板可实现与各现地设备如励磁、调速 器、温度巡检、保护装置及辅机控制系统的通信。 温度测量装置：本系统的温度测量装置有两类：温度信号由温度巡检仪采集 和温度控制器接点信号温度采集。a 温度巡检仪：温度巡检仪以通讯方式与 l c u 工控机通信板进行数据交换。温度巡检装置型号为d a s 6 4 型。接口可 采用r s 2 3 2 或r s - 4 8 5 。b 直接温度测量：除上面温度巡检仪外，每台机组 选定重要的温度点，其温度量以r t d 方式直接引入眦内。该量值经p l c 按一定规则运算和逻辑比较后，可直接作用于机组开停机初步选定每台机 组p l c 直接r t d 测量点数为1 2 点，即机组3 组轴承中每个轴承测量4 个温 度。公用及开关站p l c 配置直接r t d 测量点数6 点，直接用于主变温度测 量。该量值经p l c 按一定规则运算和逻辑比较后，可直接作用于主变报警等 同期装置：机组l c u 和开关站i , c u 各配有一台微机同期装置。 公用系统的微机同期装置为多对象型，各线路公用。 机柜、继电器及按钮开关、光字等：机组l c u 机柜2 个，本系统机柜的尺寸 为2 2 6 0 x s 0 0 x 6 0 0 m m ，防护等级为i p 5 2 。每台l c u 的机柜配置情况如下：公 用及开关站“= u 机柜3 个。每个杌柜上配有必需的端子、继电器、按钮开关 及光字等。继电器为日本o m r o n 产品，按钮开关、端子及光字等为合资厂 s 华北水利水电学院硕士学位论文 产品。 交流采样设备：机组i 4 l c u 的所有电气模拟量均通过连在p l c 内部的交流 采样模板采集，其结果通过直接通过p 【c 内部总线传入i l c 的c p u 。其主 要技术指标可达到0 2 级。公用及开关站5 “= u 则通过l c u 工控机的通讯模 块采集单独的交流采样仪表h c 6 0 0 0 的数据实现电气量采集其速率为 1 9 2 k b p s 。 2 i 2 关于辅助设备系统与公用系统的方案( 建议) 根据天桥电厂的实际情况，建议全厂的辅机自动化系统按下列方案配置。其中， 直接接入“= u 的i o 点数，已在各“= u 内考虑；但未考虑单独设置的辅机自动化系 统设备价格l 坷。 1 、技术供水系统 技术供水系统采用直接由相应k 直接控制的方案。其中技术供水的总进水管 道及阀门系统的信号接入公用p l c 内，并由公用p l c 完成相应管道及阀门的控制； 各机组技术供水的进水管道及阀门系统的信号接入各机组p l c 内，并由机组p l c 完 成相应管道及阀门的控制。 2 ，渗漏捧水系统 根据渗漏排水系统各排水泵地理位置及其工作较为独立这一特点，设置基于p l c 的独立检修及渗漏择水系统。包括： 集水池检修捧水控制系统1 套，控制2 台检修排水泵； 深井泵集水池排水控制系统1 套，控制2 台深井泵； 排水井集水井控制系统1 套，控制4 台捧水泵： 渗漏排水系统除p l c 外，还需设置必要的自动化元件，包括压力式水位计等。根 据现场的情况，建议2 0 k w 以下的电动机不设软启动器。 建议渗漏排水系统选用g ev e s a m a xp l c ，通过其m o d b u s 接口与公用“= u 通信 考虑到通信的可靠性及抗干扰性，渗漏捧水系统通过光纤信道与公用h ：u 通信。光 纤及其接口设备已包含在监控系统内。 3 ，全厂公用气系统 系统设置基于p l c 的独立全厂公用压缩空气控制系统1 套。用于完成压缩空气控 9 天桥水电厂计算机监控系统方案 制系统的控制。压缩空气控制系统除p l c 外，还需设置必要的自动化元件，包括气压 传感器、液位变送器等 建议全厂公用气系统选用g ev e s a m a xf l c ，通过其m o d b u s 接口与公用l c u 通 信。 4 、机组油压装置控制系统 每台机组设置基于p l c 的独立机组油压装置控制系统1 套。用于完成机组油压装 置的控制，保证机组的正常操作与安全运行。机组油压装置控制系统除p l c 外，还需 设置必要的自动化元件，包括气压传感器、液位交送器等。 建议机组油压装置控制系统选用g ev e s a m a xp l c ，通过其m o d b u s 接口与机组 l c u 通信。 2 1 3 系统基本软件 全厂及各站计算机监控系统软件包括四大部分。即计算机系统软件、基本软件、 应用软件以及工具软件1 1 7 l 。 系统软件是随计算机硬件设备一同购入由系统软件生产厂商提供的软件，用以提 供监控系统其它软件运行的环境，用户软件的开发手段，如用户程序的编辑、编译、 联接、任务的插入、运行、退出等。 基本软件是实现监控系统基本监控功能所必须的软件，如数据采集、数据处理、 数据库管理、图形显示、报表生成、语音报警等软件。应用软件是实现生产过程操作 或控制功能的软件，如a g c ，a v e 等随着电站特性的不同、功能要求的差异，应 用软件的差别很大，一般需特殊处理工具软件是提高系统开发效率的软件，它可以 减轻软件开发与维护强度，提高系统的可维性，使开放系统真正地向用户开放 2 2 长沙华能自动化控制公司方案 2 2 1 系统结构 l 、系统构成 天桥水电厂综合自动化系统采用分层分布式、开放式的系统结构。主要由主控翩 级( 上位机 、现地控制单元( l c u ) 、连接网络等构成。厂级计算机共设两台操作员 工作站，现地控制单元共设六套i l u 。其中机组4 套，全场共用设备1 套，开关站设 华北水利水电学院硕士学位论文 置1 套。监控系统通过数据交换机( 1 0 m 1 0 0 m ) 、网络连接设备、通讯电缆相连接。 2 、主控制级计算机( 上位级) 监控系统 主控级由计算机及中控室有关设备组成，是电站的实时监控中心，负责全厂的自 动化功能、历史数据处理( 各种运行报表、重要设备的运行档案、各种运行参数特征 值等) 及全厂的人机对话( 全厂设备的运行监视、事故和故障报警；对运行设备的人 工干预及监控系统各种参数的修改和设置等) 在中控室设置2 台互为备用的主机操作员工作站。主控级负责数据采集控制功能 的实现，并为系统管理负责监视网上各台机的运行情况，并在监测故障时立即报警。 报警装置对事故和故障采用不同频率的音响；计算机监控系统设有2 台打印机，以完 成事故、报表的打印。此外，还可以根据用户要求方便地扩展其它功能的计算机 系统可与上级调度、厂长终端、智能模拟屏、闸门控制系统、报警装置及其他计 算机系统等进行通讯，可以不设电力系统远动终端( 期m ) ，远动信息的采集和传动均 由站内计算机监控完成，并通过数字通道分别送至其他计算机。计算机监控可在厂长 办公室和总工办公室等处设若干远方终端，用于有关领导随时了解电站内主要设备的 运行状态及技术参数。远方终端无操作权。此外，监控系统可与电站内程控电话系统 通信，当电站发生事故或故障时，监控可按事故或故障的性质，通过程控电话系统直 接将事故或故障信息传送至有关检修班组，及时通知检修人员，以缩短处理时间。主 控网上可配置一台工程师，培训站( 选项) ，时钟同步g p s 装置等1 1 9 i 本计算机控制系统采用以太网技术与在线运行的计算机进行通信并以现场总线 与各现地控制单元通讯；接1 3 标准符合i e e e s 0 2 3 标准，数据传输率大于1 0 m b p s 3 、现地控制单元( “翔) 结构 单元控制级按被控对象性质分为机组控制单元、开关站及公用控制单元天桥水 电厂共设6 套“，其中机组4 套，全站公用设备1 套，开关站1 套各现地控制单 元直接完成生产过程的实时数据采集及预处理、单元状态监控、调整和控制，以及与 上位级的通信联络等功能例。 机组l c u ( 4 套) ；各部分机组附属设备、机组l c u 设备设置在机旁。机组 现地取消常规的机组自动盘，机组自动操作控制功能由可编程控制器构成的 机组顺控装置( p l c ) 来实现。正常时p l c 作为枫组现地控制单元( l c u ) 的一部分，与微机励磁调节器和微机电液调速器一同接受由上位机或中控室 l l 天桥水电厂计算机监控系统方案 运行人员通过计算机键盘手动发出的命令，通过执行机构对机组实行控制和 调节；各i l u 都带有简单的常规模拟操作面板作为现地人机联系手段，1 , c f f 可脱离计算机网络系统独立运行，亦可以通过简化常规回路实现机组手动操 作，与微机电压调节器和微机电液调速器一道实现机组的开停机控制和功率 调节；为了不增加信号装置及执行机构的数量，p l c 与简化常规回路可共用 一套传输通道，二者之间可在机旁手动切换；每台机组l c u 设有一套交流电 量采集装置和微机温度巡检装置，用于交流电量采集及机组测温。与机组操 作有关的辅助设备( 如油压装置、自动补气、技术供水泵等) 的控制可以纳 入机组l e f t ，对于其他不适于并入机组l c u 进行控制的机组辅助设备，可 由独立的自动装置完成，需要监视的模拟量、状态量及事故、故障信号等以 现场总线通信方式或继电器节点的方式送入计算机监控系统全厂公用设备 的控制，除厂用电系统外，一般由独立的自动装置完成。建议它们的控制由 现场总线连成的多a u 分散式控制。为提高可靠性，分站与主站闻用屏蔽双 绞线电缆连接。分站可以就近安装，减少电缆用量和安装工作量，同时减少 今后的维护工作量。机组辅助设备和全厂公用设备的控制方式可在设计审查 会上确定。 全厂公用设备= u 开关站“ 2 2 2 基本软件 水电站综合自动化软件包括操作系统网络软件、数据库软件、组态软件和功能应 用软件 网络软件采用w i n d o w sl q t 操作系统，数据库选用s o l s e r v e r 7 0 ，它支持所有 已知的操作系统并且有完整的全开放的对外数据接口，开发工具采用v i s u a lc + + 6 t o 全 3 2 位开发平台，实现软件的面向对象设计功能。 系统配置有如下应用软件：数据采集与处理软件，实时数据库管理软件，人机联 系软件。应用软件，历史数据软件，通讯软件，a g c 软件，a v c 软件，自诊断软件。 2 2 5 关于辅助设备与公用系统的监控方案 监控系统设全厂公用设备i , c u 一套，负责对全厂技术供水系统( 抽水泵与加压 泵) 、排水系统( 渗漏压水泵、检修排水泵、深井泵) 、压缩空气系统( 高、低压空压 华北水利水电学院硕士学位论文 机) 、水力测量系统的监测与控制。全厂的油、水、气系统图及其运行状态在厂级计 算机的监控画面中显示。 2 2 6 主要部件的品牌与生产厂家 长沙华能大量采用通过i s 0 9 0 0 1 质量认证的国内外知名企业产品，确保了m t c 系统的品质尊严。 ， p c 机：台湾研华工控或其他品牌机 c r t ：韩国三星 u p s ：美国山特 交流精密稳压器：上海振华 直流稳压器：美国h o p e l y 集成电路：美国i n t e l 、摩托罗拉、日本东芝、n e c 出口继电器：日本欧姆龙、上海沪工 可编程控制器( p t c ) ：日本三菱 小p t 、c t ：北京新格 直观表：上海浦江、湖南衡仪 线材：衡阳电缆厂 印制板：国防科大、株洲电力机车研究所生产 端子；河北南皮或南京风凰端子 空气开关：天津梅兰日兰 接触器：甘肃天水、上海振华、b 系列 转速信号装置：长沙华能自动化控制有限公司 温度巡检装置：长沙华能自动化控制有限公司 d m p 3 0 0 系列测控单元：长沙华能自动化控制有限公司 2 3 南瑞自动控制公司方案 2 3 1 系统构成 南瑞集团公司推荐天桥水电厂计算机监控系统采用开放式环境下全分布计算机 监控系统。天桥水电厂自动化改造时，简化常规控制功能，以计算机监控方式为主的 控制方式系统由厂级系统、机组k 及公用系统l c u 所组成。由系统结构配置看， 天桥水电厂计算机监控系统方案 属于面向中、小型水电厂的e c 2 0 0 0 计算机监控系纠2 1 1 。 1 、厂级系统 厂级系统由操作员工作站、工程师工作站、通讯工作站以及g p s 时钟系统组成 用1 0 0 m b p s 光纤以太网连接。 操作员工作站设有两台，采用i c sp m 8 6 6 微机工作站，配2 l ”高分辨率显示器。 其中一台操作员工作站兼语音报警，另一台兼打印服务器。 2 、现地单元 现地单元由4 套机组l c u 与一套公用设备和开关站l c u 所构成。现地单元l c u 采用南瑞集团自己开发的s j 5 0 0 系列。本电厂推荐采用c p u ( 工控一体化机 c o n 珏) 、i o 智能模件构成。 s j 5 0 0 系弼微机监控装置是在充分考虑了电力工业特殊要求的基础上研制开发 的。其硬件配置以进口通用型可编程控制器( p 【c ) 为主并配以各种专用功能装置。 它继承并发扬了p l c 的可靠性高、抗于扰性强、配置灵活、功能完善、指令丰富、易 于学习、便于维护等特点，是组成水电厂计算机监控系统的优选产品。甜- 5 0 0 系列装 置采用的p l c 主要有g e 公司的9 0 - 7 0 、9 0 - 3 0 系列，m o d i c o n 公司的t s xq u a n t u m 系列，s i m e n s 公司的s 系列【竭。 s j - 5 0 0 系歹l j 装置可配套的专用功能装置有s o e - 1 事件顺序记录装置，a c s 1 智能 交流采样装置，s j - 1 2 系列自动准同期装置，s j - 2 2 系列机组测速装置，s j - 4 0 系列温 度测量及保护装置，s j 1 8 时钟同步装置，s j - 3 2 系列双机切换装置，d o p - 1 开关量输 出重、漏选保护装置。 2 3 2 系统结构 整个系统采用符合开放系统国际标准的全开放全分布式计算机监控系统嘲。 1 、操作员工作站 操作员工作站供运行值班人员使用，具有图形显示、全厂运行监视和控制功能、 发操作命令、作定制修改、设定与变更工作方式等功能。全厂所有的操作控制都可以 通过鼠标及键盘实现；通过显示器可以对全厂的生产、设备运作实时监控，并取得所 需的各种信息 2 、工程师工作站 工程师站负责监控系统的