宋乃興，谷東永，牛曉光，毛 琦，周永濱，張本德

（中國水利水電科學(xué)研究院中水科技公司，北京100038）

H9000V4.0系統(tǒng)在清水塘水電站的應(yīng)用

宋乃興，谷東永，牛曉光，毛 琦，周永濱，張本德

（中國水利水電科學(xué)研究院中水科技公司，北京100038）

主要介紹了湖南清水塘水電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計原則、軟件特點，并著重描述了該項目計算機監(jiān)控系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)及主要功能實現(xiàn)。

清水塘水電站；總體結(jié)構(gòu)；功能實現(xiàn)

0 引言

清水塘水電站是沅水干流梯級開發(fā)中湖南省境內(nèi)第6級電站，是一個以發(fā)電為主，兼有、灌溉、通航等綜合利用的水電樞紐工程。該電站設(shè)4臺燈泡貫流式水輪發(fā)電機組，每臺機組的額定容量為32MW；主變壓器設(shè)2臺，每臺容量為75000kVA；近區(qū)變1臺，容量為2000kVA；11kV近區(qū)線路4回；廠變2臺，每臺容量為1250kVA；110kV出線2回。

1 監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計原則

考慮到清水塘水電站的特點、地理位置及運行條件等，監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)滿足安全、可靠、經(jīng)濟、實用的原則，能提高電站勞動生產(chǎn)率，減人增效，提高運行管理水平，減少維護工作量，按“無人值班”（少人值守）的原則進行總體設(shè)計。

監(jiān)控系統(tǒng)采用全計算機監(jiān)控的方式，其功能和設(shè)備均按全計算機監(jiān)控方式進行設(shè)計和配置。

監(jiān)控系統(tǒng)高度可靠，與電廠安全運行密切相關(guān)的設(shè)備采用雙重化設(shè)置，監(jiān)控系統(tǒng)本身的局部故障不應(yīng)影響現(xiàn)場設(shè)備的正常運行。

監(jiān)控系統(tǒng)采用符合國際開放系統(tǒng)標準的分層分布以太環(huán)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，各單元采用標準模件，既便于功能和硬件的更新和擴展，又能方便日常運行的維護。軟件模塊化、結(jié)構(gòu)化，使系統(tǒng)更能適應(yīng)功能的增加和規(guī)模的擴充。

系統(tǒng)主要硬件設(shè)備采用進口原裝設(shè)備。

系統(tǒng)實時性好，抗干擾能力強。

人機界面采用中文、功能強、操作方便、簡潔、靈活，便于二次開發(fā)。

具有本電站和上級調(diào)度中心、高頻開關(guān)電源（直流）系統(tǒng)、泄洪閘門控制系統(tǒng)和其它系統(tǒng)之間的通訊接口。

與泄洪閘門控制系統(tǒng)、調(diào)速器、勵磁系統(tǒng)、微機保護裝置以及廠用供排水、氣、油系統(tǒng)控制單元之間的通信規(guī)約轉(zhuǎn)換均由計算機監(jiān)控系統(tǒng)完成。

具有反映機組振動、機組內(nèi)煙霧的監(jiān)測能力系統(tǒng)留有局域網(wǎng)接口，實現(xiàn)廠區(qū)局域網(wǎng)用戶數(shù)據(jù)共享。

2 監(jiān)控系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

整個清水塘電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)分為二級：主控級（電站級）和現(xiàn)地控制級，主控級和現(xiàn)地控制級經(jīng)快速以太環(huán)網(wǎng)相連，現(xiàn)地控制級采用PLC直接上網(wǎng)的方式。計算機監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1。

圖1 清水塘水電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

電站控制級包括以下部分：

2臺主機工作站，2臺操作員工作站，1套工程師工作站，2套通信工作站，1臺ON-CALL工作站，1套網(wǎng)絡(luò)終端打印服務(wù)器，2套不間斷電源，1套時鐘同步系統(tǒng)，1套大屏幕投影系統(tǒng)。此配置均為雙機冗余結(jié)構(gòu)，以互為熱備用方式工作，可同時工作，同時接受各種實時數(shù)據(jù)，更新數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)庫內(nèi)容時刻保持一致；可互相監(jiān)視，1臺完成監(jiān)視控制任務(wù)，另1臺則進行正常監(jiān)視。當監(jiān)控工作站故障時，監(jiān)視工作站自動升為監(jiān)控工作站。

現(xiàn)地控制級包括以下部分：

4套機組LCU，1套開關(guān)站LCU，1套公用LCU。所有LCU均由可編程控制器組成，并且所有可編程控制器及控制電纜均采用熱備冗余設(shè)計。電站層與現(xiàn)地層之間的數(shù)據(jù)通訊采用以太網(wǎng)通訊模式，該模式采用雙網(wǎng)雙機采集、控制方式，保證了在任何一條鏈路出現(xiàn)問題的情況下，另外一條鏈路可以正常采集、控制現(xiàn)地LCU的數(shù)據(jù)。其設(shè)計也能保證當它與主機系統(tǒng)脫離后仍然能在當?shù)貙崿F(xiàn)對有關(guān)設(shè)備的監(jiān)視和控制功能。當其與主機恢復(fù)聯(lián)系后又能自動地服從上位機系統(tǒng)的控制和管理。機組LCU、開關(guān)站LCU和公用LCU要求都配備進口可編程控制器（PLC）及相應(yīng)進口智能I/O模塊和12寸彩色液晶顯示觸摸屏，通過彩色液晶顯示觸摸屏，可實現(xiàn)當?shù)厝藱C接口。

3 監(jiān)控系統(tǒng)主要功能的實現(xiàn)

對于電站來講，安全可靠是電站的第一要務(wù)，H9000V4.0可以通過計算機監(jiān)控系統(tǒng)對所需要操作的設(shè)備進行邏輯閉鎖，并且提供較為全面的閉鎖邏輯方式，可以完成較為復(fù)雜的邏輯閉鎖功能。計算機監(jiān)控系統(tǒng)的邏輯閉鎖和LCU的邏輯閉鎖共同組成了對現(xiàn)場設(shè)備閉鎖的雙保險，大大增強了對現(xiàn)場設(shè)備操作的安全性和可靠性，最大限度地保證了機組及相應(yīng)設(shè)備的安全運行。

3.1 上位機功能實現(xiàn)

電站層雙配置的構(gòu)成，實現(xiàn)監(jiān)視控制現(xiàn)地設(shè)備等功能，形成全站監(jiān)控中心。

（1）實時數(shù)據(jù)的顯示及查詢：H9000計算機監(jiān)控系統(tǒng)里面包括設(shè)備的畫面，可以真實的發(fā)映出當前時間下的設(shè)備狀態(tài)，監(jiān)控系統(tǒng)也可以通過邏輯名或點號對數(shù)據(jù)庫進行搜索，并可以快速準確的定位到需要查詢的點，提高了運行人員的工作效率，也節(jié)省了很多時間。

（2）歷史數(shù)據(jù)查詢：H9000采用Oracle數(shù)據(jù)庫對歷史數(shù)據(jù)進行儲存，還可以在人機界面上生成歷史曲線，用于對某個時間段的數(shù)據(jù)進行查詢、分析。

（3）報警功能：電站控制層單獨配1套ON-CALL工作站，可以對全廠故障、事故點進行語音報警，也可以通過短信發(fā)送裝置發(fā)至您的移動電話上，完全可以避免了很多重大事故的發(fā)生。

（4）時鐘同步：清水塘項目配備了1套GPS時鐘，可實現(xiàn)全廠計算機監(jiān)控系統(tǒng)及其它監(jiān)視設(shè)備時間一致功能。

3.2 下位機功能實現(xiàn)

現(xiàn)地單元層包括6套LCU，均采用施耐德PLC雙機冗余配置，下位機是連接上位機和現(xiàn)地具體設(shè)備的樞紐，上位機功能的實現(xiàn)完全靠下位機的穩(wěn)定運行。

（1）CPU切換功能：主、備用CPU在運行的過程中，均采集各自相關(guān)網(wǎng)絡(luò)模塊的狀態(tài)，并互相交換網(wǎng)絡(luò)模塊的狀態(tài)信息，當主用CPU相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)模塊全部損壞之后，備用CPU會自動切換為主用CPU。

（2）數(shù)據(jù)采集及控制：各單元層配置全廠自動化元件的I/O模塊，LCU完成對監(jiān)控對象的數(shù)據(jù)采集及數(shù)據(jù)預(yù)處理，負責(zé)向網(wǎng)絡(luò)傳送數(shù)據(jù)信息，并自動服從上位機的命令和管理。同時各LCU也具有控制、調(diào)節(jié)操作和監(jiān)視功能，配備12英寸觸摸屏，當與上位機系統(tǒng)脫機時，具有必要的監(jiān)視和控制功能。

（3）閉鎖功能：LCU控制程序里可以做復(fù)雜的邏輯閉鎖，與上位機閉鎖形成雙保險，保證了全廠安全閉環(huán)控制與調(diào)節(jié)，提高了全廠發(fā)電運行的可靠性。

（4）現(xiàn)地控制：實現(xiàn)觸摸屏對機組以及輔助設(shè)備的控制和監(jiān)視。針對每臺LCU的信息實現(xiàn)實時監(jiān)視，主要監(jiān)視畫面的豐富顯示，主要設(shè)備控制命令實現(xiàn)完全控制。同時提供開機、停機、事故停機、緊急停機，事故復(fù)歸按鈕操作，避免上位機以及觸摸屏通訊中斷的情況下對機組可以進行控制。

（5）可擴展的通訊方式：在每臺LCU我們都配置了串口通訊器（MOXA UC-7410）.通過這個通訊器我們實現(xiàn)與調(diào)速器系統(tǒng)、勵磁系統(tǒng)、輔機系統(tǒng)以及保護系統(tǒng)、電量采集系統(tǒng)的通訊。同時根據(jù)設(shè)備與LCU的遠近實現(xiàn)通訊程序的分配，避免通訊距離的過長造成信號的不穩(wěn)定以及節(jié)省電纜的鋪設(shè)。同時通過通訊機所有數(shù)據(jù)送到PLC中，通過PLC豐富的數(shù)據(jù)處理功能進行及時處理，避免信號的采集不及時以及減少上位機處理數(shù)據(jù)的功能，實現(xiàn)整個通訊系統(tǒng)穩(wěn)定快速的運行。

3.3 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)實現(xiàn)

網(wǎng)絡(luò)主干采用光纖組成100M工業(yè)以太網(wǎng)雙環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)，傳輸速率應(yīng)為自適應(yīng)式，采用TCP/IP協(xié)議，遵循IEEE802.3標準。在中控室配置2臺模塊化工業(yè)以太網(wǎng)交換機，每臺提供2個100M光纖口，用于組網(wǎng)，提供22個10/100MRJ45口，用于和控制室服務(wù)器和操作員站連接。在每個現(xiàn)地LCU控制柜，配置2臺模塊化工業(yè)以太網(wǎng)交換機，每臺提供2個100M光纖口，用于組網(wǎng)，提供6個10/100MRJ45口，用于與控制柜內(nèi)PLC的以太網(wǎng)通訊模塊連接。傳輸介質(zhì)為光纖。

在LCU以下采用現(xiàn)場總線用以連接遠程I/O及現(xiàn)地智能監(jiān)測設(shè)備?，F(xiàn)場總線采用開放、通用的協(xié)議；傳輸介質(zhì)采用光纖。為了提高系統(tǒng)的可利用率，現(xiàn)場總線均采用雙冗余結(jié)構(gòu)。傳輸速率大于1Mb/s。

4 監(jiān)控系統(tǒng)軟件特點

4.1 上位機軟件

按照監(jiān)控系統(tǒng)的硬件配置，采用UNIX/WINDOWS操作軟件，樹形結(jié)構(gòu)配置生成I/O測點庫，并且可下載到裝置，做到I/O測點只配置一次，上、下都能使用。具有共性的事件處理，綜合量、二次量計算。做到一次定義，多次使用。

（1）IPM畫面生成支持按對象的連接，使得畫面可按對象復(fù)制，并且畫面可獨立于實時庫進行前景連接檢查。畫面顯示支持動畫功能，用鼠標點出設(shè)備對象操作菜單。

（2）Dtool數(shù)據(jù)庫采用事件驅(qū)動方式，當事件產(chǎn)生后，立刻處理和此事件有關(guān)的工作，例如判斷是否為事故、故障，是否要啟動追憶，推出事故處理指導(dǎo)，啟動順控流程等。

4.2 下位機軟件

下位機軟件均采用Windows XP為操作平臺。PLC編程軟件為Unity Pro 2.3，觸摸屏為pro-face7.23版本。編程軟件均漢化，簡單易懂。具體特點有：I/O數(shù)據(jù)采集和處理、PID調(diào)節(jié)、控制閉鎖和操作處理、順序控制流程解釋與執(zhí)行、輔助設(shè)備控制通訊、網(wǎng)絡(luò)通訊等。

5 結(jié)束語

清水塘水電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)配置先進，完全滿足了用戶“無人值班”（少人值守）的要求，實現(xiàn)了對全廠設(shè)備數(shù)據(jù)采集和監(jiān)視控制。系統(tǒng)控制層均采用冗余開放的系統(tǒng)，大幅地提高了機組運行的安全性、可靠性。系統(tǒng)自投運以來，設(shè)備運轉(zhuǎn)正常，系統(tǒng)運行良好，得到了客戶的一致好評。

[1]楊春霞，李建輝，張捷，等.三峽右岸電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)配置及LCU功能實現(xiàn)[J].水電自動化與大壩監(jiān)測，2007，（4）.

[2]鄧鵬程，諶斐鳴，楊丹丹，等，三板溪電廠計算機監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計及應(yīng)用[J].水電站機電技術(shù)，2010，（3）.

[3]IEC 61131-3國際標準簡介[Z].

[4]Unity Pro語言和程序結(jié)構(gòu)參考手冊[Z]，施耐德電氣公司.

[5]GP用戶手冊[Z].上海天任電子有限公司.

TV736

B

1672-5387（2011）03-0043-03

2011-04-11

宋乃興（1984-），男，助理工程師，從事計算機監(jiān)控系統(tǒng)開發(fā)、研制工作。