陳金星

（福建電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院，福建 泉州 362008）

Research and Exploration | 研究與探索·探討與創(chuàng)新

水電廠自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)組態(tài)模式的分析及研究

陳金星

（福建電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院，福建 泉州 362008）

目前，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的大力發(fā)展，電力需求越來(lái)越被提到議事日程，對(duì)電能質(zhì)量和供電可靠性也提出了更高的的要求。如何監(jiān)控水電廠的自動(dòng)化運(yùn)轉(zhuǎn)也是我們必須要探討研究的內(nèi)容。本文從分析國(guó)內(nèi)外水電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和模式入手，以PLC作為現(xiàn)場(chǎng)級(jí)的控制設(shè)備,結(jié)合水電廠監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)際情況以及水電廠的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)出一套組態(tài)軟件系統(tǒng)。對(duì)水電廠的正常運(yùn)轉(zhuǎn)起到了很好的作用。

水電站；計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)；現(xiàn)地控制單元；可編程控制器

我國(guó)對(duì)水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控技術(shù)的研究和開(kāi)發(fā)，大約始于20世紀(jì)80年代初期。當(dāng)時(shí)國(guó)家布置了大量的科學(xué)研究和試點(diǎn)，在國(guó)內(nèi)開(kāi)發(fā)的多機(jī)分布式控制系統(tǒng)，成為我國(guó)第一套水電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。到20世紀(jì)90年代初，計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行了系列試點(diǎn)，通過(guò)試點(diǎn)，嘗試了計(jì)算機(jī)技術(shù)在水電站監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用，初步形成了幾種先進(jìn)的推薦模型，達(dá)到了實(shí)際運(yùn)用水平，培育了一組從事水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的科研、設(shè)計(jì)、安裝、運(yùn)行和維護(hù)的工程技術(shù)人員，并積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。由于現(xiàn)場(chǎng)總線通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)的多樣性，很難統(tǒng)一，使其不能滿足這些性能要求。互聯(lián)網(wǎng)由于其具有傳輸速度快、容量大、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)靈活、成本低等特點(diǎn)，在企業(yè)和行業(yè)得到了大規(guī)模的應(yīng)用。這項(xiàng)技術(shù)已成為電氣集成自動(dòng)化中的無(wú)縫通信的最佳選擇。隨著互聯(lián)網(wǎng)十技術(shù)的快速發(fā)展，以及網(wǎng)速的快速提高，全雙工通信和交換技術(shù)的發(fā)展，對(duì)工業(yè)通訊設(shè)備提供了良了的基礎(chǔ)。利用嵌入式軟件和硬件，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在單片機(jī)系統(tǒng)中也被稱(chēng)為嵌入式互聯(lián)網(wǎng)。國(guó)外電力設(shè)備供應(yīng)商已經(jīng)介紹了基于嵌入式互聯(lián)網(wǎng)微處理器的保護(hù)和控制設(shè)備，國(guó)內(nèi)電力設(shè)備制造商開(kāi)發(fā)的新的綜合自動(dòng)化系統(tǒng)，嵌入式互聯(lián)網(wǎng)成功地應(yīng)用于二級(jí)保護(hù)控制裝置和嵌入式互聯(lián)網(wǎng)是綜合自動(dòng)化系統(tǒng)在海灣級(jí)通信電網(wǎng)的必然發(fā)展趨勢(shì)。

監(jiān)控組態(tài)軟件可按應(yīng)用領(lǐng)域分為通用組態(tài)軟件和專(zhuān)用組態(tài)軟件兩方面。通用組態(tài)軟件可以應(yīng)用在電力、化工、石油、交通、建筑等領(lǐng)域，由于不同領(lǐng)域的應(yīng)用不同的監(jiān)測(cè)點(diǎn)，但系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和基本原理都是相同的。只要根據(jù)實(shí)際使用不同系統(tǒng)的具體特點(diǎn)，設(shè)計(jì)出具體的解決方案就可以了。特定的配置軟件開(kāi)發(fā)的一個(gè)特定的區(qū)域開(kāi)發(fā)一個(gè)單位。然后它包含測(cè)試點(diǎn)是具體的。而且各種關(guān)系也很有針對(duì)性。長(zhǎng)期以來(lái)，我國(guó)的配置軟件市場(chǎng)是國(guó)外產(chǎn)品的主導(dǎo)作用，國(guó)產(chǎn)配置軟件的比例不高。開(kāi)發(fā)自己的配置軟件不僅要向他人學(xué)習(xí)，而且要有自己的想法，盡量減少后續(xù)，突出客戶(hù)需求的特點(diǎn)為中心，積極創(chuàng)新。因此，開(kāi)發(fā)系統(tǒng)組態(tài)軟件在變電站組態(tài)軟件設(shè)計(jì)中的應(yīng)用具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 需求分析與系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1 組態(tài)軟件

組態(tài)王是基于網(wǎng)絡(luò)模式提出的，依托互聯(lián)網(wǎng)，改變了客戶(hù)服務(wù)器模式，對(duì)于通訊數(shù)據(jù)庫(kù)和報(bào)警功能都基于Internet的TCP/IP協(xié)議，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，能夠?yàn)橛脩?hù)提供不同的硬件和軟件的操作能力。PC機(jī)與多臺(tái)遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)交流（遠(yuǎn)程節(jié)點(diǎn)）通過(guò)TCP/ IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。組態(tài)王的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)作為柔性結(jié)構(gòu)一種，通過(guò)應(yīng)用程序按照一定的協(xié)議分配給多個(gè)服務(wù)器，既可以提高網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的能力，大大提高整個(gè)系統(tǒng)的通訊性能。用戶(hù)可以根據(jù)系統(tǒng)的需求建立一個(gè)特殊的I/O服務(wù)器、報(bào)警服務(wù)器、歷史數(shù)據(jù)服務(wù)器、登錄服務(wù)器和Web服務(wù)器等。

1.2 硬件模塊單元

（1）模擬量輸入模塊。三相交流數(shù)字智能變送器主要由隔離傳感測(cè)量、數(shù)字信號(hào)處理和通信控制組成。通過(guò)計(jì)算檢測(cè)量的交流電壓和電流真實(shí)有效值和出口量值，具有很高的可靠性和穩(wěn)定性，克服了傳統(tǒng)的模擬發(fā)射機(jī)溫度漂移和長(zhǎng)時(shí)間的熱身缺點(diǎn)。

（2）開(kāi)關(guān)量輸入輸出模塊。開(kāi)關(guān)量的輸入和輸出是無(wú)源常開(kāi)節(jié)點(diǎn)，在惡劣環(huán)境下的電力系統(tǒng)中的電流強(qiáng)電磁干擾所需的所有輸入和輸出通道的光電隔離和高電壓隔離。

（3）工控機(jī)模塊。工業(yè)控制計(jì)算機(jī)模塊已廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制計(jì)算機(jī)（IPC）作為工業(yè)領(lǐng)域的所有硬件模塊的運(yùn)行平臺(tái)。工業(yè)控制機(jī)IPC-610PCI，ISA接口、串口、并口、USB接口等外部接口，方便根據(jù)各種實(shí)際需要的功能擴(kuò)展。此外，針對(duì)惡劣環(huán)境（如沖擊和振動(dòng)）的設(shè)計(jì)可以調(diào)整分層，可以保護(hù)插入的是一個(gè)和一個(gè)卡的抗沖擊和振動(dòng)。其前置式抗沖擊硬盤(pán)支持，可支持高達(dá)5的硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器，滿足工業(yè)領(lǐng)域的高容量需求。IPC卡全長(zhǎng)pca-6003vCPU（1G的賽揚(yáng)處理器，內(nèi)置的圖形，128msdram內(nèi)存，支持VGA/SCSI/互聯(lián)網(wǎng)，內(nèi)置看門(mén)狗模塊），在pca-6114底卡（槽14/9/4/1是PCICPU）和ps-260-610e（A-T型交直流功率260W），為用戶(hù)提供理想的計(jì)算控制平臺(tái)。

1.3 PLC簡(jiǎn)介及選型

可編程控制器是計(jì)算機(jī)技術(shù)與傳統(tǒng)控制技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物，是以單片機(jī)和微機(jī)控制器為基礎(chǔ)，以微處理器為核心，采用循環(huán)掃描原理，以單片機(jī)為核心的新型控制器，研制開(kāi)發(fā)了一種新型控制器，并將其應(yīng)用于單片機(jī)控制系統(tǒng)中，是一種新型控制器，是一種新型的微機(jī)控制系統(tǒng)。主要結(jié)構(gòu)是中央處理器，I/O單元，單元和特殊的程序員（智能）I/O單元。

2 組態(tài)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

2.1 組態(tài)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

在網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)組成中，站點(diǎn)的項(xiàng)目路徑必須充分共享給用戶(hù)在網(wǎng)絡(luò)上，方便項(xiàng)目站點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)配置。該項(xiàng)目在遠(yuǎn)程站點(diǎn)上的文件夾的路徑必須設(shè)置為完全共享，或?qū)⒊霈F(xiàn)在開(kāi)發(fā)系統(tǒng)中讀取遠(yuǎn)程變量失敗的現(xiàn)象。必須設(shè)置為“網(wǎng)絡(luò)化遠(yuǎn)程站點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)配置組態(tài)王工程”。

（1）配置網(wǎng)控服務(wù)器。①網(wǎng)絡(luò)參數(shù)配置。進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)控制服務(wù)器網(wǎng)站項(xiàng)目瀏覽器，打開(kāi)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)配置對(duì)話框，選擇“網(wǎng)絡(luò)化”模式。在主機(jī)節(jié)點(diǎn)的名稱(chēng)中輸入機(jī)器的計(jì)算機(jī)名稱(chēng)或IP地址。網(wǎng)絡(luò)參數(shù)設(shè)置為默認(rèn)值。②配置節(jié)點(diǎn)類(lèi)型。在“節(jié)點(diǎn)類(lèi)型”對(duì)話框中，選擇“本機(jī)是登錄服務(wù)器”，“這臺(tái)機(jī)器是I/O服務(wù)器”，“這臺(tái)機(jī)器是報(bào)警服務(wù)器，”這臺(tái)機(jī)器是歷史服務(wù)器“和”歷史數(shù)據(jù)備份選項(xiàng)。

（2）配置客戶(hù)機(jī)站點(diǎn)。以“客戶(hù)項(xiàng)目”客戶(hù)網(wǎng)站為例，在項(xiàng)目的左側(cè)瀏覽器中選擇“站點(diǎn)”標(biāo)簽，進(jìn)入網(wǎng)站管理界面。在左側(cè)列表中的鼠標(biāo)右鍵列表的列表中，彈出快捷菜單，選擇“新建遠(yuǎn)程站點(diǎn)”，彈出“遠(yuǎn)程節(jié)點(diǎn)”對(duì)話框。單擊“讀節(jié)點(diǎn)配置”按鈕選擇遠(yuǎn)程項(xiàng)目路徑。在客戶(hù)工程瀏覽器上，打開(kāi)“網(wǎng)絡(luò)參數(shù)”配置對(duì)話框，選擇“連網(wǎng)”模式。在主機(jī)節(jié)點(diǎn)名中輸入本機(jī)的IP地址，網(wǎng)絡(luò)參數(shù)按照默認(rèn)值。節(jié)點(diǎn)類(lèi)型在節(jié)點(diǎn)類(lèi)型對(duì)話框中，在“登錄服務(wù)器”列表中選擇“192.168.1.101”作為本機(jī)的登錄服務(wù)器。選擇“客戶(hù)配置”頁(yè)，選中“客戶(hù)”選項(xiàng)，在各個(gè)服務(wù)器的選項(xiàng)列表中進(jìn)行選擇，選擇的選項(xiàng)表明本機(jī)作為I/O服務(wù)器、報(bào)警服務(wù)器、和歷史記錄服務(wù)器“192.168.1.101”的客戶(hù)端，可以遠(yuǎn)程引用和訪問(wèn)網(wǎng)控服務(wù)器站點(diǎn)上的變量和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，也可以訪問(wèn)到該站點(diǎn)上保存的報(bào)警和歷史記錄信息和數(shù)據(jù)。配置完成后，單擊確定按鈕，完成該客戶(hù)機(jī)站點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)配置。工程瀏覽器的“站點(diǎn)”界面上出現(xiàn)了一個(gè)“192.186.1.101”的信息，點(diǎn)擊“數(shù)據(jù)詞典”，可以直接看到遠(yuǎn)程“西洱河一級(jí)電站”上的變量。從而完成了整個(gè)企業(yè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的配置，可以在每個(gè)客戶(hù)端通過(guò)遠(yuǎn)程變量引用和寫(xiě)回、分布式報(bào)警參考和分布式歷史數(shù)據(jù)訪問(wèn)客戶(hù)端開(kāi)發(fā)項(xiàng)目在遠(yuǎn)程監(jiān)控的發(fā)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，在資源調(diào)度和優(yōu)化的過(guò)程中，企業(yè)實(shí)現(xiàn)監(jiān)控和管理的一體化。

2.2 遠(yuǎn)程站點(diǎn)數(shù)據(jù)引用

在和遠(yuǎn)程主站點(diǎn)連接完成以后即可對(duì)遠(yuǎn)方的數(shù)據(jù)進(jìn)行引用及操作，比如對(duì)主站的“二號(hào)機(jī)組出口電壓”進(jìn)行引用。

3 結(jié)論

本文在對(duì)水電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)研究的基礎(chǔ)上，提出了一種合理設(shè)計(jì)方案，并給出了實(shí)現(xiàn)方法。在某水電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)上，對(duì)水電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了研究。通過(guò)對(duì)計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)模型、現(xiàn)場(chǎng)控制單元和通信系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)，設(shè)計(jì)了水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)采用開(kāi)放系統(tǒng)，分布式層次結(jié)構(gòu)系統(tǒng)由電站控制級(jí)和現(xiàn)場(chǎng)控制單元（LCU）水平。在分析水電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的功能和性能基礎(chǔ)上，對(duì)系統(tǒng)的主要功能模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了研究。將多個(gè)功能模塊組合在一起，形成變電站的自動(dòng)組態(tài)軟件系統(tǒng)，可以發(fā)揮組態(tài)軟件在類(lèi)似于變電站的監(jiān)控軟件中的應(yīng)用。通過(guò)引入新的技術(shù)和新的規(guī)范，為監(jiān)控組態(tài)軟件的開(kāi)發(fā)提供了更好的支持。

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