聶明敏

摘要：水電廠的監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用能夠有效提高水電廠作業(yè)效率，降低人工能耗。但是，監(jiān)控系統(tǒng)的國產(chǎn)化問題比較突出，國產(chǎn)化的進(jìn)程也為水電廠帶來了很大的經(jīng)濟(jì)效益。

關(guān)鍵詞：水電廠；計(jì)算機(jī)監(jiān)控；結(jié)構(gòu)；國產(chǎn)化優(yōu)勢；發(fā)展趨勢

1.前言

在社會經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展帶動下，科技水平也隨之在不斷提升，計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)在各個(gè)領(lǐng)域也得到了進(jìn)一步的應(yīng)用推廣，而作為一種科學(xué)整合了計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、自動化控制，以及數(shù)字電子等技術(shù)的一種綜合性繼承系統(tǒng)。這種系統(tǒng)在各行業(yè)的發(fā)展中有著不可忽視的應(yīng)用地位。

2水電廠監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

我們根據(jù)計(jì)算機(jī)對水電廠的控制方式，將其結(jié)構(gòu)模式分為集中式、分散式、分布式、全開放全分布監(jiān)控系統(tǒng)等。

2.1集中式結(jié)構(gòu)

20世紀(jì)80年代，我國計(jì)算機(jī)自動控制系統(tǒng)在水電廠中得到了廣泛的應(yīng)用，其中最典型的結(jié)構(gòu)是集中式結(jié)構(gòu)，由一臺計(jì)算機(jī)承擔(dān)數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、過程監(jiān)視、控制等全廠的全部監(jiān)控任務(wù)，這主要受當(dāng)時(shí)硬件資源的限制，一旦計(jì)算機(jī)出現(xiàn)故障，將導(dǎo)致全系統(tǒng)癱瘓，并且由于可供選擇的計(jì)算機(jī)設(shè)備種類少價(jià)格高且可靠性低等自身缺點(diǎn)，目前大、中型水電廠均不采用這類結(jié)構(gòu)的控制系統(tǒng)。

2.2分散式結(jié)構(gòu)

隨著計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的普及，水電廠對自動控系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性提出了更高的要求。為了有效解決集中式監(jiān)控系統(tǒng)存在的問題，我們研發(fā)了分散式的監(jiān)控結(jié)構(gòu)。功能主要包括：監(jiān)控系統(tǒng)的各項(xiàng)功能不再由某臺計(jì)算機(jī)獨(dú)立完成，而是由多個(gè)計(jì)算機(jī)共同完成，其中每臺計(jì)算機(jī)有著自己的獨(dú)立功能。但是分散式的結(jié)構(gòu)形式仍就沒有徹底解決集中式監(jiān)控系統(tǒng)中信息高度集中的問題。

2.3分布式結(jié)構(gòu)

到20世紀(jì)90年代中期，隨著我國自動控制技術(shù)的發(fā)展，水電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)大多應(yīng)用了分層式結(jié)構(gòu)。這種系統(tǒng)主要根據(jù)控制對象的分散特點(diǎn)，完成被控對象的數(shù)據(jù)信息采集和處理，并對主要設(shè)備進(jìn)行控制、調(diào)節(jié)以及數(shù)據(jù)的通信功能。通常情況下，水電廠將分層式控制與分布式處理相結(jié)合，構(gòu)成水電廠的分層、分布控制模式。其中分層主要指計(jì)算機(jī)系統(tǒng)將根據(jù)功能分為現(xiàn)地層和廠站控制層。廠站層是對全廠設(shè)備進(jìn)行集中控制，主要根據(jù)系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行情況，由現(xiàn)場工作人員發(fā)出設(shè)備控制指令，或者依據(jù)負(fù)荷曲線自動進(jìn)行控制等?，F(xiàn)地控制層主要應(yīng)用在水輪發(fā)電機(jī)層和開關(guān)站等設(shè)備附近的控制部分，通常由LCU（現(xiàn)地控制單元）作為核心部分構(gòu)成，其主要功能是將現(xiàn)地?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行采集并送至廠站控制層，從而依據(jù)相關(guān)指令或者自動執(zhí)行順序流程。在水電廠自動控制系統(tǒng)中，系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性主要由現(xiàn)地控制層保障完成。分層分布式的系統(tǒng)機(jī)構(gòu)將計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)功能劃分的更加合理，并提高了系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性與便捷性，方便設(shè)備的日常檢修維護(hù)，在國內(nèi)外水電廠中得到了廣泛的應(yīng)用。

2.4全開放、全分布式結(jié)構(gòu)

開放性主要指監(jiān)控系統(tǒng)的軟件適應(yīng)硬件的程度，以及監(jiān)控系統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)可擴(kuò)展性。隨著我國計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，使硬件升級換代周期不斷縮短，但軟件費(fèi)用比重卻不斷上升。所以，我們提出了全新的發(fā)展理念———開放系統(tǒng)。該系統(tǒng)軟件具有通用性，在不同系統(tǒng)間可進(jìn)行相互操作，并具備可移植性。主要以應(yīng)用軟件接口標(biāo)準(zhǔn)、通信接口標(biāo)準(zhǔn)和用戶操作接口標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)，遵循開放式的網(wǎng)絡(luò)要求，采用開放式的網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)，完成水電廠計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的監(jiān)控控制。此系統(tǒng)最大的優(yōu)點(diǎn)就是開放性，不僅便于系統(tǒng)今后的擴(kuò)展、升級，而且其應(yīng)用軟件可以在新設(shè)備、新環(huán)境下運(yùn)行，保護(hù)了用戶的利益。

3.加速國產(chǎn)化進(jìn)程的有利條件

從上述問題可以看出，在引入制度方面存在不足之處，但我們也應(yīng)該看到國內(nèi)制度優(yōu)于系統(tǒng)在某些方面有明顯的優(yōu)勢。系統(tǒng)設(shè)計(jì)的引入比較簡單，國內(nèi)用戶對系統(tǒng)運(yùn)行的要求比較復(fù)雜。對于國外成熟的監(jiān)控系統(tǒng)，它們已經(jīng)結(jié)構(gòu)化，模塊化和系統(tǒng)化。很難完全滿足國內(nèi)用戶的要求。該系統(tǒng)的實(shí)施和部分功能并不適合國內(nèi)用戶。因此，系統(tǒng)的多功能性以硬件資源和處理速度的損失為代價(jià)。由于受到許多條件的限制，與國內(nèi)系統(tǒng)相比，系統(tǒng)在用戶系統(tǒng)培訓(xùn)中的引入難度較大，國內(nèi)系統(tǒng)比引入系統(tǒng)要好得多；從軟件開發(fā)和應(yīng)用水平來看，國內(nèi)系統(tǒng)已經(jīng)能夠和國際上的一些知名廠商相媲美。另外，為了深刻理解中國的電力生產(chǎn)過程，并與用戶長期密切合作，國內(nèi)體系具有很強(qiáng)的優(yōu)勢，對于中國體系而言是比引進(jìn)該體系無法比擬的。

中國水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控技術(shù)與國際先進(jìn)水平的差距大大縮小。即使在許多方面，它已達(dá)到世界先進(jìn)水平。與國外公司相比，我們應(yīng)該更多地了解國內(nèi)用戶以及更多的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，功能配置等方面。國內(nèi)用戶的使用習(xí)慣，技術(shù)支持服務(wù)更加便捷可靠，價(jià)格更合理。事實(shí)證明：以自動化研究所和水利水電研究院為代表的水電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)國內(nèi)研發(fā)公司已經(jīng)得到國內(nèi)外用戶的認(rèn)可，而不是只在國際競爭中勝出，而且制造系統(tǒng)已出口到國外。這些表明國內(nèi)開發(fā)單位完成系統(tǒng)集成的水電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)在實(shí)用性，先進(jìn)性，工程經(jīng)驗(yàn)和售后服務(wù)方面都達(dá)到了很高的水平。這些都為國內(nèi)水電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的國產(chǎn)化創(chuàng)造了良好的條件。我們必須以此為契機(jī)，加速中國水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的本土化。

4.水電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)未來發(fā)展探析

就目前來看，在水電廠日常工作中應(yīng)用最廣泛的還是現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)，作為一種較為新穎的分布式控制結(jié)構(gòu)，以往水電廠采用的分層分布式系統(tǒng)網(wǎng)都是三級結(jié)構(gòu)的。而不論哪個(gè)廠商，其生產(chǎn)的監(jiān)控系統(tǒng)都擁有自身獨(dú)特的配套標(biāo)準(zhǔn)，且在一般情況下，往往都很難充分實(shí)現(xiàn)互連操作，產(chǎn)生的系統(tǒng)成本也通常都較高。而對于現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)來講，其主要涉及到兩層，也就是工作站、現(xiàn)場總線智能儀表，通過應(yīng)用這一模式，不僅可以盡可能的優(yōu)化降低其運(yùn)行成本，也能夠進(jìn)一步增強(qiáng)該系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)行中的可靠性。而在實(shí)現(xiàn)國際標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一之后，便可以真正獲取到開放式的互連系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。在新時(shí)代高速發(fā)展帶動下，以及社會經(jīng)濟(jì)、科技發(fā)展水平的不斷提升，自動化應(yīng)用技術(shù)也取得了較為顯著的應(yīng)用效果，對水電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用也提出了新的要求，需要相關(guān)技術(shù)人員給予更全面、深入的研發(fā)。一方面，主要實(shí)現(xiàn)的革新發(fā)展目標(biāo)就是其運(yùn)行管理工作的落實(shí)要實(shí)行無人值班的模式，進(jìn)一步深化自動化技術(shù)的應(yīng)用發(fā)展研究，不斷探索、研發(fā)出更新穎先進(jìn)的監(jiān)控系統(tǒng)，不斷增強(qiáng)系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性，拓展出新穎多樣化的分析功能，加強(qiáng)跨平臺技術(shù)的應(yīng)用普及，真正做到與其他系統(tǒng)共享相應(yīng)信息，逐步實(shí)現(xiàn)水電廠建設(shè)的數(shù)字化發(fā)展；另一方面，在設(shè)備管理、診斷檢測技術(shù)的研究發(fā)展來講，應(yīng)見將狀態(tài)檢修視為主要標(biāo)志，對此，在近幾年，我國很多水電廠都已經(jīng)在嘗試狀態(tài)檢修技術(shù)的推廣，在充分重視絕緣局部放電監(jiān)測、振動擺渡監(jiān)測等內(nèi)容的同時(shí)，還應(yīng)強(qiáng)化遠(yuǎn)程監(jiān)測方面的深入分析研究。

5.結(jié)束語

當(dāng)前我國水電廠日常工作現(xiàn)狀來看，其計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)可采用的通訊方式往往都是豐富多樣的，且都存在各自的優(yōu)勢與不足，并一起構(gòu)成了相對完善的監(jiān)控通訊系統(tǒng)。隨著國產(chǎn)化的進(jìn)程不斷加快，監(jiān)控設(shè)備國產(chǎn)化的優(yōu)勢也將越發(fā)顯現(xiàn)。

參考文獻(xiàn)

[1]李嵐.水電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)[D].太原理工大學(xué)，2015

[2]張應(yīng)亮.水電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)通訊方式分析[J].湖南水利水電，2017（03）：89-90，95.

[3]李勝川.渾江梯級水電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].大連理工大學(xué)，2016