沈小鈺，朱立新，譚　臻

（華能瀾滄江水電有限公司漫灣水電廠，云南 臨滄 675805）

水電廠輔助設備集中控制新技術的研究與應用

沈小鈺，朱立新，譚臻

（華能瀾滄江水電有限公司漫灣水電廠，云南 臨滄 675805）

摘要：首先介紹了水電廠輔助設備集中控制的技術要求，隨后對該技術的發(fā)展現(xiàn)狀及現(xiàn)階段應用方式進行了闡述，最后介紹了該技術的發(fā)展方向及部分新技術的應用。

關鍵詞：輔助設備；集中控制；PLC；監(jiān)控

0　引言

隨著電力生產自動化水平的不斷提高，對電廠的生產運行和管理提出了更高的要求。以集散控制及工控機技術為核心的電廠生產過程自動控制技術，在電力生產系統(tǒng)內得到了大力的發(fā)展，并在近年逐步成熟起來，普及到輔助設備的集中控制中。相對火電廠復雜的生產控制系統(tǒng)水電廠系統(tǒng)更為簡單，也正因為如此其對“嚴格、合理、可靠、經濟、完善”和“無人值班、少人值守”的要求更為嚴格，水電廠的輔助設備集中控制新技術的研究與應用也顯得更加重要和迫切。

1　技術要求

水電廠輔助設備主要包含油、水、氣三大系統(tǒng)及更為邊緣的通風、照明系統(tǒng)。油系統(tǒng)主要為油壓控制及供排油管路；水系統(tǒng)主要為自動排水及強制水循環(huán)控制及相關管路；氣系統(tǒng)為氣壓控制及供排氣管路。三大系統(tǒng)均直接與生產主設備息息相關，通風、照明系統(tǒng)雖與生產系統(tǒng)無聯(lián)系，但對于地下式水電廠廠房也是安全生產的必要條件。因此，輔助設備集中控制需結合電廠的實際要求，采用先進的技術及軟件開發(fā)平臺，用于提高電廠的設備管理綜合水平，滿足設備管理的現(xiàn)代化、信息化水平，并適應電廠“無人值班”制度的要求。

它的具體功能要求與水電廠主設備監(jiān)控要求一致，包括：數(shù)據采集、控制運算、控制輸出、設備和狀態(tài)監(jiān)視、報警監(jiān)視、遠程通信、變量的趨勢和歷史顯示、日志記錄、報表生成、事件順序識別、圖形顯示、控制調節(jié)、順控設備等。

（1）數(shù)據采集：完成實時模擬量、開關量的實時數(shù)據采集功能。

（2）設備和狀態(tài)監(jiān)視：從中控室輔助設備集中控制服務器或網頁上可監(jiān)視到系統(tǒng)本級以下的所有硬件的狀態(tài)，還可以診斷到各節(jié)點的故障。

（3）報警監(jiān)視：反映系統(tǒng)本身及其相關設備故障以及某些特定事件，并提供故障的詳細信息。

（4）遠程通信:系統(tǒng)可以通過各種通訊控制模塊與其它系統(tǒng)進行通訊，也可以通過現(xiàn)場控制站主控模塊的多功能接口卡使用RS-232、RS-485等協(xié)議與其它系統(tǒng)進行通訊，在不方便連線的場合還可以用無線通訊模塊進行無線通訊。

（5）變量的趨勢和歷史顯示:系統(tǒng)的歷史數(shù)據庫，可按照模擬量掃描周期和開關量狀態(tài)變化，保留一段時間內的所有點歷史數(shù)據和事件，支持變量的成組跟蹤顯示和歷史顯示。

（6）日志記錄：按時間順序自動記錄、存儲和查詢運行過程中發(fā)生的各種隨機突發(fā)事件的功能，為運行人員提供事故分析的詳細依據。

（7）圖形顯示：以圖形方式表現(xiàn)現(xiàn)場的主要工藝流程和有關的動態(tài)信息，并具有對動態(tài)點進行操作的手段。

（8）報表打?。簣蟊泶笾路譃槎〞r報表和實時報表。定時報表一般用來在規(guī)定的時刻打印生產過程的操作記錄和統(tǒng)計(求和、平均等)。實時報表則用來隨機打印某個時刻的報表或者歷史報表，它由人工觸發(fā)。

同時它也有不同于主設備監(jiān)控系統(tǒng)的功能要求。輔助設備相比主設備數(shù)量眾多、品牌不統(tǒng)一，系統(tǒng)易隨主設備檢修而發(fā)生變動，因此除滿足以上功能要求外，輔助設備控制系統(tǒng)還應具有開放的模板及接口，方便日后維護及升級需求。

2　發(fā)展現(xiàn)狀

2.1輔助設備集中控制技術發(fā)展背景

20世紀90年代以來，由于PC-based的工業(yè)計算機（簡稱工業(yè)PC）的發(fā)展，以工業(yè)PC、I/O裝置、監(jiān)控裝置、控制網絡組成的PC-based的自動化系統(tǒng)得到了迅速普及，成為實現(xiàn)低成本工業(yè)自動化的重要途徑。由于基于此PC的控制器被證明可以像PLC一樣可靠，并且被操作和維護人員接受，系統(tǒng)易于安裝和使用，有高級的診斷功能，為系統(tǒng)集成商提供了更靈活的選擇。所以，越來越多的工業(yè)生產控制系統(tǒng)采用PC控制系統(tǒng)。基于PC的監(jiān)控系統(tǒng)也在水電廠生產控制系統(tǒng)中得到了普及。

然而，盡管PC控制系統(tǒng)有著眾多優(yōu)點，時至今日工業(yè)PC并沒有代替PLC，主要有兩個原因：一個是系統(tǒng)集成原因；另一個是軟件操作系統(tǒng)Windows NT的原因。一個成功的PC-based控制系統(tǒng)要具備兩點：一是所有工作要由一個平臺上的軟件完成；二是向客戶提供所需要的所有東西。因此，其數(shù)據復雜且設備集成度高。在控制邏輯簡單、系統(tǒng)分散的輔助設備控制方面工業(yè)PC不可能與低價的微型PLC競爭，因此水電廠輔助設備仍多采用PLC控制。

然而要如何實現(xiàn)即擁有PC監(jiān)控系統(tǒng)同樣的功能又免除高成本、數(shù)據復雜、集成度高的不利因素？這就需要完成輔助設備集中控制組網工作。每一套采用PLC控制的輔助設備系統(tǒng)都會具有遠程網絡通訊接口，即遠程I/O通訊口，PLC在完成控制的同時可將所有設備狀態(tài)、遠程控制指令通過遠程I/O通訊口聯(lián)網傳輸至中控室輔助設備集中控制主機，運行人員通過主機進行全廠輔助設備的監(jiān)控。

2.2現(xiàn)階段輔助設備集中控制技術應用方式

輔助集中監(jiān)控系統(tǒng)完善項目主要的工作內容包括網絡結構的設計、軟件結構設計、子系統(tǒng)相關設備通訊方式調研、通訊規(guī)約調試、硬件及軟件配置、代碼編程、綜合調試。

由于輔助設備地域分散，網絡結構設計階段需對所有設備按地域進行劃分，依據劃分結果通過工業(yè)網絡將各個區(qū)域輔助設備控制系統(tǒng)PLC以遠程I/O方式匯聚形成一個完整的輔助系統(tǒng)集中控制網絡，使全廠輔助設備控制系統(tǒng)的結構清晰、功能明確。在子系統(tǒng)相關設備通訊方式調研后輔助設備控制數(shù)據通過統(tǒng)一的通訊協(xié)議（常見為modbus）傳輸至中控室內的數(shù)據服務器。

在數(shù)據服務器上使用組態(tài)軟件實現(xiàn)控制系統(tǒng)上位機功能。除各大PLC廠商各自自行研發(fā)推廣的組態(tài)軟件外，而最常用的第三方上位機組態(tài)軟件主要有Intellution公司(現(xiàn)為GE所收購)的iFix及Wonderware公司的Intouch，代表著目前主流組態(tài)軟件的兩個方向。這些軟件各有優(yōu)劣，都能滿足絕大部分的輔網設計需要，其中ifix由于其VBA的開放性接口，能夠擴展實現(xiàn)的功能多，對各種硬件、軟件協(xié)議及數(shù)據庫等的兼容性比較好，適用于大型的或較復雜的控制系統(tǒng)，而Intouch在易用性和高性能上面獨樹一幟，比較適用于中小型系統(tǒng)。

在軟件結構設計步驟中，根據輔網網絡配置及輔網控制要求，將所有子網系統(tǒng)的控制畫面集中到輔網上位機中，實現(xiàn)輔網操作員站對子網所有系統(tǒng)的監(jiān)視與控制。要綜合分析硬件配置的性能，各廠商采用的總線、協(xié)議規(guī)格，驅動的兼容性，以及對畫面風格，操作習慣、權限分配、報警記錄、數(shù)據庫查詢、可靠性乃至經濟成本在內的眾多要求，選擇出最合適的軟件和開發(fā)模式。

3　發(fā)展方向

隨著工業(yè)自動化控制理論、計算機技術和現(xiàn)代通信技術的迅速發(fā)展，水電廠輔助設備集中控制技術將向智能、網絡化、全集成自動化等方向發(fā)展，具體表現(xiàn)在以下幾個方面。

3.1 PC化

傳統(tǒng)PLC自身存在著難以構建開放硬件體系結構及編程方法雜亂、不統(tǒng)一的缺點，軟PLC的出現(xiàn)客服了這些缺點。它在保留PLC功能的前提下，采用面向現(xiàn)場總線網絡的體系結構，采用開放的通信接口，如以太網、高速串口等，采用軟件來實現(xiàn)傳統(tǒng)PLC的功能。隨著軟PLC控制組態(tài)軟件的進一步完善和發(fā)展，安裝有軟PLC組態(tài)軟件和PC-based控制的市場份額將逐步得到增長，現(xiàn)階段使用PLC控制、PC組態(tài)方式的輔助設備集中控制系統(tǒng)也必將朝著這個方向發(fā)展。

3.2開放性

當前，過程控制領域最大的發(fā)展趨勢之一就是ethernet技術的擴展，輔助設備集中控制系統(tǒng)也不例外?，F(xiàn)在越來越多的PLC供應商開始提供ETHERNET接口?？梢韵嘈?，PLC將繼續(xù)向開放式控制系統(tǒng)方向轉移，尤其是基于PLC及工業(yè)PC的輔助設備集中控制系統(tǒng)。

3.3網絡化

計算機網絡技術、無線技術以及智能傳感器技術的結合，使得工業(yè)現(xiàn)場的數(shù)據能夠通過無線鏈路直接在網絡上傳輸、發(fā)布和共享。無線局域網技術能夠在工廠環(huán)境下，為各種自動化設備之間的通信提供高帶寬的無線數(shù)據鏈路和靈活的網絡拓撲結構，在一些特殊環(huán)境下有效地彌補了有線網絡的不足，進一步完善了工業(yè)控制網絡的通信性能。無線局域網設備使用隔離型信號轉換器，將工業(yè)設備的RS-232串口信號與無線局域網及以太網絡信號相互轉換，符合無線局域網IEEE 802.11b和以太網絡IEEE 802.3標準，支持標準的TCP/IP網絡通信協(xié)議，有效的擴展了工業(yè)設備的聯(lián)網通信能力。

4　新技術應用

PC化、網絡化的水電廠輔助設備集中控制技術還未能在水電廠輔助設備集中控制中得以應用，然而在個別輔助設備控制中已經實現(xiàn)應用，如照明、通風控制系統(tǒng)。以通風控制系統(tǒng)為例，與輔助設備集中控制相似，通風系統(tǒng)風機控制點分散，僅需控制風機的啟停，控制簡單。單臺風機采用PLC控制過于浪費，多臺風機采用一個PLC控制又需長距離敷設電纜，易使簡單系統(tǒng)復雜化。自動化元器件及網絡技術的發(fā)展，使得水電廠風機控制模塊化。每個風機由一個模塊控制，每個模塊由網卡及單片機組成，針對風機所在位置不同，部分風機采用有線方式連接，部分風機采用無線方式連接，系統(tǒng)通過TCPIP協(xié)議以總線型方式與系統(tǒng)服務器通信，控制邏輯通過軟PLC方式由組態(tài)軟件編寫于服務器中。整個系統(tǒng)由服務器、風機控制箱子（包含控制模塊、風機電源、控制電源、接觸器）組成，系統(tǒng)簡潔明了。

5　結語

現(xiàn)階段實現(xiàn)的輔助設備集中控制現(xiàn)場控制層采用PLC技術，網絡結構采用工業(yè)以太網，軟件平臺綜合了主流組態(tài)軟件、工業(yè)數(shù)據庫、面向對象的軟件開發(fā)等。這種結構改變了以往串口通信等模式在傳輸速率及擴展的局限性,改變了上下位機一對一的開發(fā)監(jiān)控模式,為系統(tǒng)提供了易于擴展的開放性接口。軟PLC及網絡技術的發(fā)展將為水電廠輔助設備集中控制技術帶來一個高速、可靠、多樣化的時代。

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中圖分類號：TP273

文獻標識碼：A

文章編號：1672-5387（2015）07-0049-03

DOI：10.13599/j.cnki.11-5130.2015.07.014

收稿日期：2015-04-30

作者簡介：沈小鈺（1987-），女，助理工程師，從事通信系統(tǒng)及計算機監(jiān)控系統(tǒng)的維護及開發(fā)工作。