鄧　玲

摘要：隨著計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展并深入工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程的各個(gè)領(lǐng)域，同時(shí)由于越來(lái)越多、越來(lái)越大的水電工程開(kāi)發(fā)，迫切需要更為先進(jìn)和可靠的控制系統(tǒng)去操作日趨復(fù)雜的控制設(shè)備。由此便產(chǎn)生了當(dāng)代的水電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。本文對(duì)其計(jì)算機(jī)監(jiān)控模式與結(jié)構(gòu)功能進(jìn)行了研究與分析。

關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)監(jiān)控 模式 結(jié)構(gòu)

1.計(jì)算機(jī)監(jiān)控模式

隨著計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)在水電站的推廣應(yīng)用，計(jì)算機(jī)在水電站監(jiān)控系統(tǒng)中的作用也發(fā)生了變化，其監(jiān)控方式有如下四種:

(1)以常規(guī)控制裝置為主、計(jì)算機(jī)為輔的監(jiān)控方式(computer-aided supervisory control,CASC)

早期水電站的直接控制功能由常規(guī)控制裝置來(lái)完成，計(jì)算機(jī)只起監(jiān)視、記錄打印、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行計(jì)算、運(yùn)行指導(dǎo)等作用。采用這種方式時(shí)，即使計(jì)算機(jī)發(fā)生故障，水電站的正常運(yùn)行仍能維持，只是性能方面有所降低。但是這種方式對(duì)整個(gè)水電廠自動(dòng)化水平的提高有一定的限制，新建水電廠目前己很少采用。

(2)計(jì)算機(jī)與常規(guī)控制裝置雙重監(jiān)控方式(computer-conventiona Supervisory control,CCSC)

在水電廠設(shè)置兩套完整的控制系統(tǒng)，一套是以?，F(xiàn)控制裝置構(gòu)成的系統(tǒng)，一套是以計(jì)算機(jī)構(gòu)成的系統(tǒng)，相互之間基本上是獨(dú)立的。但設(shè)置兩套完整的控制系統(tǒng)投資比較大，兩套系統(tǒng)相互之間要切換二次接線復(fù)雜，可靠性反而有所降低。

(3)以計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)的監(jiān)控方式(computer-basedSupervisory Control, CBSC)

隨著計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的可靠性進(jìn)一步提高和價(jià)格的進(jìn)一步下降，出現(xiàn)了以計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)的監(jiān)控系統(tǒng)。采用此方式時(shí)常規(guī)控制部分可以大大簡(jiǎn)化，因此對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的可靠性要求就比較高，這可以采用冗余技術(shù)來(lái)解決，采用此種方式時(shí)，中控室僅設(shè)置計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的值班員控制臺(tái)，模擬屏已成為輔助監(jiān)控手段可以簡(jiǎn)化甚至取消。

(4)取消常規(guī)設(shè)備的全計(jì)算機(jī)控制方式

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展和水電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)的累積，出現(xiàn)了以計(jì)算機(jī)為唯一監(jiān)控設(shè)備的全計(jì)算機(jī)控制方式，這種控制方式實(shí)際上是CBSC方式的延伸。它取消了中控室常規(guī)的集中控制設(shè)備，也取消了自動(dòng)操作盤(pán)，不考慮在機(jī)組控制單元發(fā)生故障時(shí)進(jìn)行機(jī)旁的自動(dòng)操作。此時(shí)對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的可靠性及冗余度提出了更高的要求。

2.計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)類型

水電站采用的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)類型大體可分為集中式計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)和分布式計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。

(1)集中式計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

在集中式計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)中，一臺(tái)計(jì)算機(jī)承擔(dān)整個(gè)水電站的全部監(jiān)控任務(wù)，數(shù)據(jù)采集和處理均在全站計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中進(jìn)行。系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)和狀態(tài)的監(jiān)視、運(yùn)行方式的計(jì)算，機(jī)組的啟停和負(fù)荷調(diào)整，事故報(bào)警，運(yùn)行狀態(tài)的顯示和記錄等任務(wù)，都由一臺(tái)計(jì)算機(jī)執(zhí)行。只要計(jì)算機(jī)出了故障，整個(gè)系統(tǒng)就會(huì)癱瘓，只能改為手動(dòng)操作，控制性能大大降低，這種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)在大中型水電站已不采用，但用于以常規(guī)控制為主計(jì)算機(jī)監(jiān)控為輔的水電站改造還是使用的。

(2)功能分散式監(jiān)控系統(tǒng)

隨著計(jì)算機(jī)價(jià)格的下降和水電廠對(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(guò)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。

(3)以設(shè)備單元分布的分層分布式監(jiān)控系統(tǒng)

分層分布式監(jiān)控系統(tǒng)在地域上是分散的，即按控制對(duì)象進(jìn)行分散。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)成了現(xiàn)地控制單元(LCU)。由于各臺(tái)機(jī)組的信息由各臺(tái)機(jī)組控制單元進(jìn)行處理，就不必敷設(shè)許多電纜將信息送到一處集中處理，可以節(jié)省相應(yīng)的投資，整個(gè)系統(tǒng)的可靠性也得到顯著的提高。

(4)基于開(kāi)放系統(tǒng)的分布式監(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(lái)越復(fù)雜，軟件開(kāi)發(fā)的投入也越來(lái)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(kāi)放系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)，例如TCP/IP, OPC等，基于開(kāi)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(kāi)放系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)上。

(5)基于對(duì)象技術(shù)的分布式監(jiān)控系統(tǒng)

基于面向?qū)ο蠹夹g(shù)的分布式監(jiān)控系統(tǒng)，從系統(tǒng)設(shè)計(jì)、編程語(yǔ)言選擇到用戶界面等一系列過(guò)程，都依據(jù)面向?qū)ο蟮睦砟?、原則和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，都給用戶使用和維護(hù)帶來(lái)極大方便。

3.計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)主要功能

(1)數(shù)據(jù)的采集與處理

自動(dòng)采集各現(xiàn)地控制單元的各類實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、來(lái)自調(diào)度級(jí)的數(shù)據(jù)、外接系統(tǒng)的數(shù)據(jù)信息、操作員手動(dòng)登錄的數(shù)據(jù)信息。通過(guò)現(xiàn)地控制單元(LCU)和現(xiàn)場(chǎng)智能控制單元對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)(全廠的開(kāi)關(guān)量、模擬量、脈沖量、電氣量、溫度量等)進(jìn)行采集、運(yùn)算并以一定的格式存入實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)，供計(jì)算機(jī)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)畫(huà)面顯示及更新、控制調(diào)節(jié)、記錄檢索、操作指導(dǎo)、事故記錄分析、制表打印及完成各種計(jì)算、控制等設(shè)計(jì)功能時(shí)使用。系統(tǒng)不僅將各類信息匯總到簡(jiǎn)報(bào)窗口，而且根據(jù)信息的不同類型進(jìn)行分類，自動(dòng)完成事件順序記錄、故障信息記錄、開(kāi)關(guān)量變位記錄、越限報(bào)警記錄、系統(tǒng)自診斷記錄等，形成定期的歷史存盤(pán)，以備查詢。

(2)實(shí)時(shí)運(yùn)行監(jiān)視

操作員工作站作為運(yùn)行人員和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的人機(jī)接口，完成實(shí)時(shí)的監(jiān)視、控制調(diào)節(jié)和參數(shù)設(shè)置。監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)視電廠各類設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)和參數(shù)，根據(jù)采集的數(shù)據(jù)，系統(tǒng)通過(guò)更新顯示器畫(huà)面的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)、設(shè)備的操作動(dòng)態(tài)過(guò)程，當(dāng)運(yùn)行狀態(tài)發(fā)生變更或參數(shù)超越設(shè)定限值等時(shí)，監(jiān)控系統(tǒng)立即報(bào)警，并推出相應(yīng)事故、故障顯示畫(huà)面，供運(yùn)行人員分析參考。

(3)控制和調(diào)節(jié)

監(jiān)控系統(tǒng)的控制權(quán)管理采取現(xiàn)地優(yōu)先的原則。電廠的控制和調(diào)節(jié)功能主要有:單臺(tái)機(jī)組的開(kāi)、停機(jī)操作;機(jī)組的負(fù)荷調(diào)節(jié);各類開(kāi)關(guān)站和機(jī)組的斷路器、機(jī)組隔離開(kāi)關(guān)的合/分操作;公用設(shè)備、機(jī)組油、氣、水等輔助設(shè)備工作狀態(tài)切換啟、停操作;機(jī)組有功功率、無(wú)功功率的調(diào)節(jié)、設(shè)置和修改各項(xiàng)給定值和限值等。監(jiān)控系統(tǒng)根據(jù)預(yù)定的原則和運(yùn)行人員輸入(或自中調(diào)發(fā)來(lái))的命令，發(fā)出開(kāi)停機(jī)命令，進(jìn)行各斷路器、隔離開(kāi)關(guān)分合閘操作，以及和機(jī)組運(yùn)行有關(guān)的閘門(mén)操作。

(4)統(tǒng)計(jì)記錄和制表打印

所有監(jiān)控對(duì)象的操作、報(bào)警事件及實(shí)時(shí)參數(shù)報(bào)表等都予以記錄，對(duì)事故、故障信號(hào)及重要的位置信號(hào)進(jìn)行事件順序記錄，并能在監(jiān)視器上顯示，打印機(jī)上按預(yù)定表格打印出來(lái)(采用中文格式)。

(5)自動(dòng)發(fā)電控制(AGC)

計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)可根據(jù)調(diào)度給定或本廠運(yùn)行策略給定的總有功功率的設(shè)定值，按安全、可靠、經(jīng)濟(jì)的原則確定最佳運(yùn)行的機(jī)組臺(tái)數(shù)、機(jī)組的組合方式和機(jī)組間最佳有功功率分配，進(jìn)行電廠機(jī)組處理的閉環(huán)調(diào)節(jié)，并自動(dòng)開(kāi)、停機(jī)組;或在顯示器上顯示供運(yùn)行人員參考，確定每一臺(tái)機(jī)組的啟、停和有功設(shè)定值。

(6)自動(dòng)電壓控制(AVC)

根據(jù)給定的高壓母線的電壓控制曲線，監(jiān)視高壓母線的電壓變化，合理分配機(jī)組間的無(wú)功功率，確定機(jī)組無(wú)功功率設(shè)定值，自動(dòng)調(diào)節(jié)機(jī)組的無(wú)功功率，使母線電壓維持在給定的控制范圍內(nèi);或在顯示器上顯示上述數(shù)據(jù)供運(yùn)行人員操作參考。

(7)系統(tǒng)授權(quán)

可根據(jù)不同用戶如系統(tǒng)管理員、運(yùn)行操作員、一般監(jiān)視人員進(jìn)行授權(quán)管理，有利于追蹤分析操作的責(zé)任人，防止未經(jīng)授權(quán)的人員進(jìn)行非法操作，提高系統(tǒng)的安全性。

(8)系統(tǒng)自診斷

系統(tǒng)設(shè)備硬件故障診斷包括對(duì)計(jì)算機(jī)、外圍設(shè)備、通訊接口、通道等的運(yùn)行情況進(jìn)行在線和離線診斷，故障點(diǎn)能診斷到各模板;軟件故障診斷能以計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的軟件進(jìn)行在線診斷，診斷出故障軟件功能塊并應(yīng)發(fā)出報(bào)警信息?！?/p>

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作者單位：湖南湘慈愛(ài)依斯水電有限公司