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        密云水電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)改造設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

        2012-07-04 08:09:20張衛(wèi)君高曉森史小杰苗珍山
        水電站機(jī)電技術(shù) 2012年3期
        關(guān)鍵詞:廠站全廠密云

        張衛(wèi)君,高曉森,毛 琦,史小杰,苗珍山

        (1.北京中水科水電科技開發(fā)有限公司,北京 100038;2.北京華電水電有限公司,北京101512;3.北京華電集團(tuán),北京 100035)

        北京密云水電廠位于北京市東北部的潮白河上,距北京市約100 km,是一座以防洪、供水、發(fā)電和灌溉為目的的綜合性水利樞紐工程。該電廠裝有4臺(tái)18.7 MW 常規(guī)水力發(fā)電機(jī)組和2臺(tái)13 MW 抽水蓄能機(jī)組,是一座常規(guī)水電機(jī)組與抽水蓄能機(jī)組相結(jié)合的混合式電廠。

        密云水電廠原計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)采用的是北京中水科水電科技開發(fā)有限公司的H9000(V2.0)系統(tǒng),已投入運(yùn)行多年,對(duì)電廠的安全生產(chǎn)發(fā)揮了重要作用。

        隨著計(jì)算機(jī)和控制器等電子設(shè)備的逐漸老化,備品備件難于采購(gòu),成為制約電廠安全運(yùn)行的瓶頸。為進(jìn)一步提高系統(tǒng)可靠性,提高管理水平和經(jīng)濟(jì)效益,將原有的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)改造為H9000(V4.0)系統(tǒng)。

        1 原系統(tǒng)存在的問題及改造設(shè)計(jì)思路

        原系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用的是H9000V2.0 版。隨著技術(shù)進(jìn)步,該系統(tǒng)經(jīng)過這些年的不斷充實(shí)、改進(jìn)和完善,已經(jīng)升級(jí)發(fā)展到V4.0 版(具有更高的系統(tǒng)可靠性和可維護(hù)性)。原監(jiān)控系統(tǒng)硬件設(shè)置已不能夠滿足該系統(tǒng)的技術(shù)要求,系統(tǒng)的可靠性和可維護(hù)性較差。

        由于歷史原因,原來開關(guān)站及公用系統(tǒng)部分未能接入到計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)中,成為系統(tǒng)盲區(qū),嚴(yán)重影響整個(gè)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性和可靠性。

        限于當(dāng)時(shí)PLC的網(wǎng)絡(luò)接入能力,在原系統(tǒng)設(shè)計(jì)中,現(xiàn)地控制層采用工控機(jī)作為以太網(wǎng)通信網(wǎng)關(guān)、人機(jī)聯(lián)系接口和現(xiàn)地通信控制器。

        為提高密云電廠全廠自動(dòng)化水平,實(shí)現(xiàn)電廠創(chuàng)一流企業(yè)的目標(biāo),以及基于原監(jiān)控系統(tǒng)存在的一些問題,系統(tǒng)改造按如下思路設(shè)計(jì):

        (1)按照無人值班(少人職守)的設(shè)計(jì)理念,采用“總體設(shè)計(jì)一次到位,改造分布實(shí)施”的原則;

        (2)系統(tǒng)硬件選用國(guó)際或國(guó)內(nèi)知名品牌的產(chǎn)品,系統(tǒng)軟件采用中水科技公司最新H9000V4.0計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng),充分保證系統(tǒng)具有高可靠性、先進(jìn)性和維護(hù)方便;

        (3)采用PLC 直接上網(wǎng)方式,取消工控機(jī),減少系統(tǒng)的故障環(huán)節(jié);

        (4)采用嵌入式智能通信控制器,完成LCU與各現(xiàn)地設(shè)備,如微機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)裝置、微機(jī)調(diào)速裝置、微機(jī)保護(hù)裝置、機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測(cè)裝置等其它設(shè)備的通信;

        (5)將開關(guān)站及公用系統(tǒng)部分接入計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng),保證全廠設(shè)備監(jiān)控的完整性,不留控制死區(qū);

        (6)充分利用電站的技術(shù)優(yōu)勢(shì),保留并優(yōu)化原有的工藝流程,盡量減少現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試周期;

        (7)現(xiàn)地LCU盤柜內(nèi)設(shè)備合理布局,盡量保留原有設(shè)備(電纜和自動(dòng)化元器件等)和安裝位置不變,避免過多的重新接線,減少改造工作量,減少投資;

        (8)形成全廠統(tǒng)一時(shí)鐘系統(tǒng);

        (9)改造過程中,實(shí)現(xiàn)新老系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)互聯(lián),保證與上級(jí)調(diào)度部門數(shù)據(jù)通信無中斷。

        2 監(jiān)控系統(tǒng)改造內(nèi)容

        2.1 廠站層

        廠站層系統(tǒng)為新建設(shè)系統(tǒng),與原系統(tǒng)廠站層完全獨(dú)立。系統(tǒng)采用分層分布開放式系統(tǒng)結(jié)構(gòu),系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)采用以太網(wǎng)之星形結(jié)構(gòu),廠站級(jí)主控層及其現(xiàn)地控制單元層之間采用快速交換式以太網(wǎng)絡(luò)總線,通訊介質(zhì)采用100 Mbit/s 網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)和光纖,系統(tǒng)具有較高的傳輸速率和良好的抗電磁干擾能力。網(wǎng)絡(luò)上接入的每一個(gè)設(shè)備都有其特定的功能,實(shí)現(xiàn)了功能的分布,既提供了某個(gè)設(shè)備的故障只影響局部功能的優(yōu)點(diǎn),又利于今后的功能擴(kuò)充。系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

        圖1 改造后密云電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

        系統(tǒng)按照H9000計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的簡(jiǎn)化方式配置,廠站層配置兩臺(tái)操作員工作站,一臺(tái)運(yùn)行維護(hù)站,一臺(tái)ON-CALL工作站兼通信站,一臺(tái)交換機(jī),一套衛(wèi)星對(duì)時(shí)時(shí)鐘系統(tǒng)。

        操作員工作站的功能包括對(duì)整個(gè)電廠的運(yùn)行管理、數(shù)據(jù)庫(kù)管理、綜合計(jì)算、事故故障信號(hào)的分析處理、圖形顯示、定值設(shè)定及變更工作方式、模擬數(shù)據(jù)的趨勢(shì)分析及記錄、統(tǒng)計(jì)和制表打印、運(yùn)行和事故處理指導(dǎo)、歷史數(shù)據(jù)記錄、整理、歸檔和檢索等。運(yùn)行值班人員通過操作員站對(duì)電廠的生產(chǎn)、設(shè)備運(yùn)行做實(shí)時(shí)監(jiān)視。工作站配置聲卡和語(yǔ)音軟件,用于當(dāng)被監(jiān)控對(duì)象發(fā)生事故或故障時(shí),發(fā)出語(yǔ)音報(bào)警提醒運(yùn)行人員。兩套操作員工作站互為備用,可無擾動(dòng)切換。

        運(yùn)行維護(hù)工作站供電廠維護(hù)人員對(duì)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)、畫面的修改維護(hù)工作。ON-CALL 工作站實(shí)現(xiàn)電話語(yǔ)音及短信息報(bào)警及查詢功能,實(shí)現(xiàn)與微機(jī)五防系統(tǒng)、上級(jí)調(diào)度系統(tǒng)的通信。在改造過渡期內(nèi),實(shí)現(xiàn)與原監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信。衛(wèi)星對(duì)時(shí)時(shí)鐘系統(tǒng)完成全廠設(shè)備的統(tǒng)一對(duì)時(shí)。

        2.2 現(xiàn)地層

        現(xiàn)地層配置6套機(jī)組LCU和1套開關(guān)站LCU,6套機(jī)組LCU是在原系統(tǒng)上改造,開關(guān)站LCU全部為新增加設(shè)備。

        原系統(tǒng)現(xiàn)地控制層采用工控機(jī)作為以太網(wǎng)通信網(wǎng)關(guān)、人機(jī)聯(lián)系接口和現(xiàn)地通信控制器。由于工控機(jī)產(chǎn)品采用了硬盤、風(fēng)扇等旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)部件,風(fēng)扇損壞后,在很短時(shí)間內(nèi)就會(huì)使工控機(jī)燒毀,造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。同時(shí)此型號(hào)工控機(jī)已經(jīng)停產(chǎn),備品采購(gòu)非常困難,一旦發(fā)生故障將影響機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行,所以其可靠性大大降低,成為整個(gè)系統(tǒng)中的薄弱環(huán)節(jié)。

        改造后通過PLC 直接上網(wǎng)方式,完成現(xiàn)地PLC 與廠站層設(shè)備的連接,實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集與控制。LCU采用PLC 直接聯(lián)網(wǎng)的方式,提高了系統(tǒng)的可靠性,采用彩色液晶觸摸屏作為現(xiàn)地人機(jī)接口,實(shí)現(xiàn)現(xiàn)地控制與顯示功能。每套LCU通過增加一臺(tái)嵌入式通信控制器,完成LCU與各現(xiàn)地設(shè)備,包括微機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)裝置、微機(jī)調(diào)速裝置、微機(jī)保護(hù)裝置、機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測(cè)裝置、溫度巡檢裝置、多功能儀表等其它設(shè)備的通信。

        3 改造過程中幾個(gè)關(guān)鍵問題

        3.1 改造過渡期安全穩(wěn)定運(yùn)行

        密云水電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)改造工期安排時(shí)間跨度大,各現(xiàn)地控制單元按檢修計(jì)劃安排分批進(jìn)行。根據(jù)檢修計(jì)劃在停機(jī)檢修過程中實(shí)施機(jī)組現(xiàn)地LCU的改造,作好安全措施后將單獨(dú)一臺(tái)LCU與舊系統(tǒng)脫離,現(xiàn)地調(diào)試完成后接入新系統(tǒng)中。廠站層系統(tǒng)隨首臺(tái)LCU改造一次建設(shè)完成。

        監(jiān)控系統(tǒng)改造期間,為不影響正常生產(chǎn),有多種過渡期方案可供采用[1]。對(duì)于全廠機(jī)組參與調(diào)度AGC運(yùn)行且改造期間AGC不中斷運(yùn)行的電廠,采用平滑過渡的方案,即通過新老系統(tǒng)之間的通信,將新系統(tǒng)改造完成機(jī)組數(shù)據(jù)送往老系統(tǒng),老系統(tǒng)接收到調(diào)度全廠給定經(jīng)AGC 運(yùn)算分配后對(duì)新系統(tǒng)控制的機(jī)組進(jìn)行功率調(diào)節(jié)控制;對(duì)于調(diào)度無自動(dòng)控制要求的電廠,為確保安全,采用新老系統(tǒng)獨(dú)立運(yùn)行的過渡方案,新老系統(tǒng)并列獨(dú)立運(yùn)行,新系統(tǒng)將改造完成機(jī)組數(shù)據(jù)送入老系統(tǒng),由老系統(tǒng)完成全廠數(shù)據(jù)上送調(diào)度部門,在全廠所有LCU改造完成后,與調(diào)度通信任務(wù)改由新系統(tǒng)完成,新老系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)只監(jiān)視不控制。因調(diào)度對(duì)密云水電廠無自動(dòng)控制要求,且新系統(tǒng)配置了廠站層交換機(jī),所以采取了新老系統(tǒng)獨(dú)立運(yùn)行的過渡方案,新系統(tǒng)通過串口方式以CDT規(guī)約向老系統(tǒng)傳送數(shù)據(jù)。

        3.2 PLC程序軟件移植

        系統(tǒng)改造中LCU保留原CPU 模塊,I/O 模塊,增加以太網(wǎng)模塊。原PLC 編程軟件為L(zhǎng)M90,LM90 為DOS 環(huán)境下的編程方式,程序的可讀性與維護(hù)性差,所以在此次改造中將編程軟件由LM90升級(jí)為基于Windows的ProficyME。軟件移植過程中,充分考慮兩種編程軟件的差異及PLC程序軟件升級(jí)在編程規(guī)約上的差異,利用電廠長(zhǎng)期運(yùn)行積累的技術(shù)優(yōu)勢(shì),保留并優(yōu)化原有的工藝流程。

        3.3 抽水蓄能機(jī)組控制

        密云水電廠1號(hào)機(jī)組與2號(hào)機(jī)組為抽水蓄能機(jī)組,與常規(guī)機(jī)組運(yùn)行及控制方式存在差異。兩臺(tái)抽水蓄能機(jī)組為半壓?jiǎn)?dòng)雙轉(zhuǎn)速斜流轉(zhuǎn)漿機(jī)組,過程控制復(fù)雜,如果控制不當(dāng),特別容易產(chǎn)生機(jī)組的過電壓、水泵逆功率、產(chǎn)生差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)及機(jī)組振動(dòng)等難題,在改造過程中,經(jīng)過周密的論證和嚴(yán)格的試驗(yàn),解決了這些問題。

        3.4 通信控制器軟件開發(fā)

        由于電廠部分自動(dòng)化設(shè)備老舊,多采用自定義的非通用規(guī)約格式,監(jiān)控系統(tǒng)所配置通信控制器在與這些設(shè)備進(jìn)行串口通信時(shí)需開發(fā)相應(yīng)的規(guī)約軟件,如溫度巡檢設(shè)備、繼電保護(hù)設(shè)備等。通信控制器采用UC-7410-LX 通信智能控制器,CPU 主頻266 MHz,128M內(nèi)存,其串口處理速度與能力比現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)化設(shè)備串口通信能力強(qiáng)太多,所以在速度匹配上存在問題,經(jīng)常出現(xiàn)召喚報(bào)文發(fā)出后收不到回應(yīng),后經(jīng)過軟件延時(shí)處理,解決速度匹配的問題。

        在與繼電保護(hù)設(shè)備的通信調(diào)試過程中,發(fā)現(xiàn)只有保護(hù)動(dòng)作信號(hào)報(bào)文,無復(fù)歸報(bào)文,在現(xiàn)地實(shí)際信號(hào)復(fù)歸后,由于無復(fù)歸報(bào)文送到通信控制器,上位機(jī)報(bào)警信號(hào)不復(fù)歸。通過對(duì)UC通信軟件的處理和PLC通信數(shù)據(jù)上送區(qū)的處理,結(jié)合上位機(jī)信號(hào)復(fù)歸令對(duì)信號(hào)進(jìn)行復(fù)歸的方式,解決保護(hù)信號(hào)復(fù)歸的問題。

        4 結(jié)束語(yǔ)

        密云水電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)改造工程已通過竣工驗(yàn)收,該系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、各項(xiàng)功能完善、操作維護(hù)方便,大大提高了該廠的生產(chǎn)效益和自動(dòng)化水平。此改造工程的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn),將為其它同類水電廠監(jiān)控系統(tǒng)改造提供很好的參考價(jià)值,特別是對(duì)抽水蓄能機(jī)組的監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)開發(fā)提供了寶貴經(jīng)驗(yàn)。

        [1]袁 宏,楊春霞,等.監(jiān)控系統(tǒng)升級(jí)改造策略在烏江渡發(fā)電廠的應(yīng)用[J].水電站機(jī)電技術(shù),2011,34(6):73-76.

        [2]周永濱,盧小芳,等.H9000 系統(tǒng)在凌津?yàn)┧娬颈O(jiān)控改造中的應(yīng)用[J].水電站機(jī)電技術(shù),2011,34(3):45-46.

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