陳學(xué)標(biāo) 林建興 陳厚珍

【摘 要】尤溪流域公司階梯電站自動(dòng)化設(shè)備在近年來(lái)總體運(yùn)行情況良好，但在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中或多或少還存在一定的問(wèn)題，如數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)不夠合理、現(xiàn)地施耐德觸摸屏對(duì)時(shí)功能不準(zhǔn)確以及壩用電信息采集不到監(jiān)控系統(tǒng)等缺陷，為實(shí)現(xiàn)“無(wú)人值守”及“零維護(hù)量”目標(biāo)現(xiàn)地控制（LCU）單元必須盡快解決上述的問(wèn)題，本文重點(diǎn)闡述為解決這些針對(duì)性問(wèn)題所做的改革與創(chuàng)新。

【關(guān)鍵詞】自動(dòng)化 現(xiàn)地控制 輔機(jī)設(shè)備 改革與創(chuàng)新

尤溪流域分公司由三個(gè)電站共8臺(tái)發(fā)電機(jī)組組成的階梯電站，在不同時(shí)期分別投入運(yùn)行，并且運(yùn)行良好，但運(yùn)行過(guò)程中或多或少還存在一定的問(wèn)題。如目前現(xiàn)地控制單元，機(jī)組LCU通信程序僅完成轉(zhuǎn)發(fā)功能，數(shù)據(jù)的解析由上位機(jī)驅(qū)動(dòng)程序完成。運(yùn)行維護(hù)中存在以下問(wèn)題：數(shù)據(jù)處理過(guò)于集中，分層分布程度低，單套LCU外圍自動(dòng)化元器件技改或運(yùn)行參數(shù)變化，比如開(kāi)接點(diǎn)、閉接點(diǎn)引用變化需要大量的日常維護(hù)工作，都需要更改上位機(jī)數(shù)據(jù)庫(kù)參數(shù)，重新編譯整套數(shù)據(jù)庫(kù)，同步重啟10余臺(tái)各種功能服務(wù)器，操作復(fù)雜，小部分改動(dòng)影響全廠的運(yùn)行設(shè)備，安全風(fēng)險(xiǎn)高，維護(hù)人員心理壓力大?，F(xiàn)地使用觸摸屏具有獨(dú)立內(nèi)部時(shí)鐘，掉電靠電池保持，但存在長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行誤差較大，給相關(guān)事件分析造成很大困惱的問(wèn)題[1]，當(dāng)前處理時(shí)間誤差的方法是靠人工每月定期手動(dòng)對(duì)時(shí)，時(shí)間設(shè)置需進(jìn)入觸摸屏工程模式，費(fèi)時(shí)費(fèi)力且精度不高。傳統(tǒng)0.4kV系統(tǒng)信號(hào)采用硬接點(diǎn)接入監(jiān)控系統(tǒng)的公用LCU[2]，盡管該方案可靠性高和施工維護(hù)成本高，并且占用公用LCU寶貴的內(nèi)部存儲(chǔ)有限資源，只能按照實(shí)際需要接入少量部分“重要信號(hào)”，不利于所有信號(hào)的采集。

1 機(jī)組LCU通信數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)優(yōu)化

隨著電子技術(shù)的快速發(fā)展，LCU控制核心PLC技術(shù)也得到快速發(fā)展，數(shù)據(jù)處理能力發(fā)生根本改變。通信速率從標(biāo)準(zhǔn)串口9600bps發(fā)展到10Mbps、100Mbps的快速以太網(wǎng)，目前1Gbps高速以太網(wǎng)也開(kāi)始應(yīng)用，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)從早期以字節(jié)（Byte）為單位精打細(xì)算使用，到以kB為單位到MB為單位。以目前LCU數(shù)據(jù)處理能力，完全可獨(dú)立完成數(shù)據(jù)解析和重組，因此提出將機(jī)組LCU通信數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化的改革。

優(yōu)化機(jī)組LCU通信數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)主要思想，通過(guò)修改上位機(jī)通信驅(qū)動(dòng)程序、PLC通信程序，將數(shù)據(jù)解析、預(yù)處理部分下放到LCU中完成，各種數(shù)據(jù)由原始碼值通過(guò)相應(yīng)算法轉(zhuǎn)換成實(shí)際工程值，完成品質(zhì)判斷和告警信號(hào)處理。優(yōu)化后的機(jī)組LCU通信數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)智能化、高度自治，上位機(jī)、觸摸屏僅需完成人機(jī)界面功能，一般的日常維護(hù)只需修改相應(yīng)LCU程序，不需修改上位機(jī)程序，有效減少上位機(jī)系統(tǒng)修改、停機(jī)、重啟次數(shù)，減少檢修維護(hù)人員勞動(dòng)強(qiáng)度，減低維護(hù)風(fēng)險(xiǎn)，有效提高整套系統(tǒng)可用率。

2 現(xiàn)地LCU自動(dòng)對(duì)時(shí)功能的實(shí)現(xiàn)

水電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)（SCADA）采用分層分布式結(jié)構(gòu)，現(xiàn)地層控制單元LCU以可編程控制器PLC為核心，配置觸摸屏作為現(xiàn)地人機(jī)界面，然而使用的施耐德觸摸屏本身并不具備對(duì)時(shí)功能，機(jī)組在長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行時(shí)如時(shí)鐘不對(duì)，當(dāng)出現(xiàn)事故信號(hào)將給維護(hù)人員分析現(xiàn)場(chǎng)情況造成很大的不便，但觸摸屏通過(guò)串口與PLC通信，且現(xiàn)地控制單元LCU可編程控制器PLC 配有ERT模塊已實(shí)現(xiàn)電站GPS授時(shí)系統(tǒng)對(duì)時(shí)，因此提出通過(guò)串口通信讀取PLC時(shí)間和編寫(xiě)觸摸屏腳本程序，改寫(xiě)觸摸屏內(nèi)部時(shí)鐘實(shí)現(xiàn)觸摸屏的自動(dòng)校時(shí)功能。

該實(shí)施方案三大步驟：PLC時(shí)鐘處理，讀取ERT模塊時(shí)鐘；編寫(xiě)觸摸屏腳本，定義時(shí)鐘接收變量并鏈接至PLC；定義腳本執(zhí)行觸發(fā)事件，為提高效率腳本類型1僅在觸摸屏啟動(dòng)時(shí)執(zhí)行一次，腳本類型2為每小時(shí)執(zhí)行一次。通過(guò)觸摸屏腳本編程實(shí)現(xiàn)自動(dòng)校時(shí)，無(wú)需更改接線、增加硬件，不會(huì)產(chǎn)生附加的設(shè)備維護(hù)工作和故障風(fēng)險(xiǎn)。并且隨著電子技術(shù)發(fā)展觸摸屏價(jià)格不斷降低，越來(lái)越多的設(shè)備采用觸摸屏作為人機(jī)界面提高智能化水平，采用本方案實(shí)現(xiàn)觸摸屏自動(dòng)校時(shí)簡(jiǎn)單、直接，容易實(shí)施，具有很好應(yīng)用前景。

3 壩頂0.4kV壩用電系統(tǒng)信息采集改進(jìn)

該水電站的壩頂0.4kV系統(tǒng)母線由3路電源自動(dòng)切換選擇1路供電，由一套西門(mén)子PLC控制，其中第三電源為柴油發(fā)電機(jī)，柴油發(fā)電機(jī)的啟停由該發(fā)電機(jī)控制器（科邁AMF-25）控制。正由于壩頂現(xiàn)場(chǎng)裝設(shè)的交流采表、西門(mén)子PLC、柴油發(fā)電機(jī)控制器均為智能設(shè)備，具備串口通信功能，提出利用計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的通信機(jī)開(kāi)發(fā)相關(guān)通信協(xié)議程序，按規(guī)約解析出來(lái)數(shù)據(jù)直接通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)送到上位機(jī)主機(jī)，實(shí)現(xiàn)壩頂用電系統(tǒng)信息的采集改進(jìn)。

改進(jìn)的基本思路：構(gòu)造系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)，將壩頂0.4kV系統(tǒng)3個(gè)交流采表、西門(mén)子PLC、柴油發(fā)電機(jī)控制器，均采用RS485轉(zhuǎn)光纖方式經(jīng)光纖接入計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的廠內(nèi)通信機(jī)。上位機(jī)監(jiān)控軟件設(shè)計(jì)，利用計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)NC2000具有良好的人機(jī)界面和網(wǎng)絡(luò)功能。在組態(tài)環(huán)境下，設(shè)計(jì)人員對(duì)計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的廠內(nèi)通訊服務(wù)器的串口進(jìn)行驅(qū)動(dòng)配置，編寫(xiě)對(duì)應(yīng)串口智能設(shè)備的通訊程序，運(yùn)行環(huán)境以圖形畫(huà)面形式的人機(jī)界面監(jiān)控壩頂0.4kV系統(tǒng)信息、故障報(bào)警，對(duì)有關(guān)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)歷史庫(kù)，生成報(bào)表。

該采集方案簡(jiǎn)單合理，由于傳輸通道采用了光纖，克服了傳統(tǒng)串口傳輸距離的困難，避免了傳統(tǒng)電氣連接的雷電干擾問(wèn)題，又利用了串口傳輸?shù)某墒煨?，減少了傳統(tǒng)電纜敷設(shè)，降低了施工難度。利用計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的通信機(jī)開(kāi)發(fā)相關(guān)通信協(xié)議程序，充分發(fā)揮了計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的靈活擴(kuò)展性，將該電站壩頂0.4kV系統(tǒng)的信息增采到一個(gè)計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)中，提高了水電站的自動(dòng)化程度和集控程度。

4 結(jié)語(yǔ)

為進(jìn)一步推進(jìn)水電站實(shí)現(xiàn)“無(wú)人值守”及“零維護(hù)量”目標(biāo)，本文作者根據(jù)所屬電站的實(shí)際運(yùn)行狀況，對(duì)現(xiàn)地控制單元存在的缺點(diǎn)進(jìn)行改革與創(chuàng)新，旨在提高水電站運(yùn)行的自動(dòng)化水平，減少了運(yùn)行人員工作量，并對(duì)其它電站類似工程改進(jìn)提供一定的參考。

參考文獻(xiàn)：

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[2]王聰，張毅，文正國(guó).水電站監(jiān)控系統(tǒng)中MMS通信協(xié)議的應(yīng)用[J].水電站機(jī)電技術(shù)，2013，36（3）.