水電站群遠(yuǎn)程集中控制系統(tǒng)的“五防”功能拓展研究

一、引言

當(dāng)前很多的水力發(fā)電站都普遍的實(shí)施了計(jì)算機(jī)監(jiān)控，但是大部分的都是采取的監(jiān)控系統(tǒng)與五防系統(tǒng)分列開(kāi)來(lái)進(jìn)行運(yùn)行的，其根本的原因就是在于監(jiān)控系統(tǒng)上位機(jī)軟件與微機(jī)五防軟件分別屬于不同的公司進(jìn)行來(lái)發(fā)的。但是目前很多的水電站都要求將微機(jī)的五防技術(shù)進(jìn)行計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的嵌入，所以從運(yùn)行的角度來(lái)看的話，這樣的設(shè)計(jì)的可靠性超過(guò)了分列的運(yùn)行方式。

二、監(jiān)控系統(tǒng)與微機(jī)五防系統(tǒng)的數(shù)據(jù)關(guān)系

微機(jī)的防誤閉閉鎖設(shè)置能夠在技術(shù)的層面有效的防治物種電氣惡性失誤性操作的惡性失誤操作的事故發(fā)生。五防系統(tǒng)的主機(jī)系統(tǒng)主要是通過(guò)RS485的串口與監(jiān)控的上位機(jī)器進(jìn)行通訊。實(shí)時(shí)接收相關(guān)的能量數(shù)據(jù)。當(dāng)斷路器或者是電動(dòng)的閘刀的位置與監(jiān)控后臺(tái)機(jī)器的后知信息不符合的時(shí)候，系統(tǒng)的報(bào)警系統(tǒng)能夠啟動(dòng)，并且能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)時(shí)的自動(dòng)對(duì)位設(shè)置。

監(jiān)控系統(tǒng)的上位機(jī)器的遙控操作的實(shí)施必須要強(qiáng)制性的閉合控制后臺(tái)機(jī)器的遙控操作系統(tǒng)的命令，這樣的命令必須要經(jīng)過(guò)微機(jī)的五防系統(tǒng)的主機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行主機(jī)上的判定。不能夠違反五防的實(shí)際程序邏輯結(jié)構(gòu)，并且同時(shí)要對(duì)事物的命令自動(dòng)的切斷并且能夠有效的反饋信號(hào)給監(jiān)控的系統(tǒng)。

五防的系統(tǒng)與實(shí)際的監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)不能夠影響相互之間的各自獨(dú)立運(yùn)行，兩個(gè)系統(tǒng)在數(shù)據(jù)之間的相互交流的過(guò)程中僅僅是作為送或者是接受的單元，而不能夠作為相互之間的制約的單元。監(jiān)控系統(tǒng)在操作失靈了之后，不能夠影響五防系統(tǒng)的功能上的完善性，更加的不會(huì)影響五防系統(tǒng)上的正常的使用功能。五防系統(tǒng)如果出現(xiàn)了故障，也會(huì)在一定程度上影響監(jiān)控系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

三、監(jiān)控系統(tǒng)與微機(jī)五防系統(tǒng)的通信實(shí)現(xiàn)

隨著監(jiān)控系統(tǒng)功能的不斷的完善，各個(gè)水電廠之間的各個(gè)系統(tǒng)都逐漸的通過(guò)遙控的往事與監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行通信，其中的微機(jī)的五防系統(tǒng)主要的就是作為水電廠的預(yù)防人身和設(shè)備的傷害，防治失誤操作的引起。本文將以Modbus TCP/IP的通信協(xié)議為例進(jìn)行監(jiān)控系統(tǒng)和微機(jī)五防系統(tǒng)之間的遙控功能的方案設(shè)計(jì)。

1.Modbus通信協(xié)議

Modbus是全球的工業(yè)領(lǐng)域中間最為流行的一種通信協(xié)議，這個(gè)通信協(xié)議主要采取的就是主從方式的通信，每一個(gè)站點(diǎn)設(shè)備必須要有唯一確定的地址，通信的過(guò)程中首先就要從主戰(zhàn)發(fā)出數(shù)據(jù)進(jìn)行報(bào)文的請(qǐng)求，從站在接收到了請(qǐng)求之后在發(fā)送相關(guān)的數(shù)據(jù)到主站，在主站方面也可以直接的將數(shù)據(jù)進(jìn)行修改，實(shí)現(xiàn)雙向的讀寫功能。

從傳統(tǒng)的協(xié)議來(lái)講，Modbus協(xié)議采用的是串行通信，主要的包括ASCII和RTU的模式，隨著以太網(wǎng)技術(shù)在當(dāng)今技術(shù)發(fā)展的過(guò)程中不斷的發(fā)展，出現(xiàn)了Modbus TCP/IP的技術(shù)。其充分的利用了以太網(wǎng)交換數(shù)據(jù)中的速度和精準(zhǔn)度優(yōu)勢(shì)，此案去了類似的RTU的數(shù)據(jù)傳輸格式，在控制器的主機(jī)之間實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)的通信。由于TCP/IP是一個(gè)面向連接的可靠性的協(xié)議，所以就不需要進(jìn)行一定的驗(yàn)證的過(guò)程，所以本文中的微機(jī)的五防與監(jiān)控系統(tǒng)之間的通信就能夠采取Modbus TCP/IP的形式進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。

2.Modbus功能碼

對(duì)于Modbus協(xié)議來(lái)講，可以支持將近200多種固定的功能碼作為功能的實(shí)現(xiàn)。每一個(gè)功能碼的實(shí)現(xiàn)都是要以唯一的固定功能進(jìn)行。在本方案的設(shè)計(jì)中需要采取03功能碼，這種功能碼主要的是用于讀取一個(gè)或者是多個(gè)的保持寄存器中的數(shù)值功能的實(shí)現(xiàn)。

3.通信參數(shù)的配置設(shè)置

由于本文采取的是Modbus TCP/IP的協(xié)議，所以在微機(jī)的五防主機(jī)中需要對(duì)于從站的IP和Modbus功能碼進(jìn)行通訊參數(shù)作為配置。微機(jī)五防主機(jī)的通信參數(shù)配置設(shè)置主要如圖1所示。

4.通訊數(shù)據(jù)的配置

微機(jī)的五防主機(jī)的讀取是針對(duì)監(jiān)控通信技術(shù)的服務(wù)器數(shù)據(jù)的報(bào)文，報(bào)文的主要形式就是對(duì)寄存器上的數(shù)據(jù)進(jìn)行保存，而保存的形式就是采取一個(gè)16位的二進(jìn)制的數(shù)據(jù)，這個(gè)二進(jìn)制的數(shù)據(jù)每一個(gè)位置上的0和1的狀態(tài)實(shí)際上對(duì)應(yīng)的就是遙控的遙信表中的各個(gè)電壓等級(jí)之間的開(kāi)關(guān)道閘之間的分合狀態(tài)進(jìn)行配置。這就在分別的配置的五防系統(tǒng)和監(jiān)控系統(tǒng)的遙信點(diǎn)的表時(shí)之間設(shè)置設(shè)備的排序的完全一致性，一旦錯(cuò)位了，五防所受到的信息可能會(huì)產(chǎn)生比較嚴(yán)重的后果。

5.通信報(bào)文的解析

微機(jī)的五防主機(jī)系統(tǒng)和監(jiān)控通信的服務(wù)器之間的報(bào)文數(shù)據(jù)主要的就是各個(gè)等級(jí)的開(kāi)關(guān)以及刀閘的狀態(tài)，其中的微機(jī)五防主機(jī)的發(fā)送和接受的報(bào)文如圖2所示。

同時(shí)，監(jiān)控通信服務(wù)器的發(fā)送以及接受的報(bào)文如圖3所示。

總之，Modbus通信協(xié)議不斷的推向成熟的階段，在具備了TCP/IP連接的設(shè)備之間使用Modbus TCP/IP通信協(xié)議的時(shí)候其方式相對(duì)比較簡(jiǎn)單，本方案的使用也能夠充分的滿足微機(jī)五防系統(tǒng)對(duì)于實(shí)時(shí)的通信的需求，而且具有相對(duì)的經(jīng)濟(jì)性和靈活性，程序也能夠隨時(shí)的實(shí)現(xiàn)移動(dòng)和增植，對(duì)于水電站的項(xiàng)目有相對(duì)比較高的借鑒意義。

四、集控中心計(jì)算機(jī)的監(jiān)控系統(tǒng)中五防功能的具體實(shí)施

在集控中心的操作人員的操作過(guò)程中，操作員在工作站以及階梯的各國(guó)電站的操作工作中能夠充分的實(shí)現(xiàn)完全的相同功能，但是不同的是疾控中心的操作人員在工作的網(wǎng)站上因?yàn)樗邆涞碾娬疽约霸O(shè)備的編號(hào)存在相同的情況相對(duì)的比價(jià)多，這就極易可能造成比較大的事物操作的可能性。所以，為了能夠防止失誤操作的產(chǎn)生，電力系統(tǒng)就提出了五防的要求。其中的五防主要包括防止帶負(fù)荷拉合隔開(kāi)開(kāi)關(guān)，防止誤分合斷路器，防止帶點(diǎn)合接地開(kāi)關(guān)，防止帶接地線合斷路器以及防止誤入帶電間隔。這就是五防的主要內(nèi)容。為了能夠充分的加強(qiáng)遠(yuǎn)程控制的安全性，并且為了能夠充分的保證操作指令下達(dá)的正確性，防止失誤操作造成的操作事故，充分的確保梯級(jí)電站的正常運(yùn)行工作，集控中心在電力系統(tǒng)的五防的要求基礎(chǔ)上對(duì)其思路進(jìn)行了一定的擴(kuò)展，對(duì)于集控中心的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)施的五防功能的實(shí)現(xiàn)，其具體的應(yīng)用主要為以下幾個(gè)方面：

圖1 微機(jī)五防主機(jī)的通信參數(shù)配置設(shè)置

圖2 微機(jī)五防主機(jī)的發(fā)送和接受的報(bào)文

圖3 監(jiān)控通信服務(wù)器的發(fā)送以及接受的報(bào)文如

1.遠(yuǎn)程操作實(shí)行雙登陸操作

首先，為了能夠徹底的貫徹執(zhí)行操作監(jiān)護(hù)制度，同時(shí)為了防止無(wú)人監(jiān)控系統(tǒng)造成的失誤操作引起的失誤，在進(jìn)行遠(yuǎn)程的操作的時(shí)候要實(shí)行操作人員以及監(jiān)護(hù)人員的雙向登陸操作。

其次，只要有一個(gè)操作人員或者是一個(gè)監(jiān)護(hù)人員在登陸的時(shí)候，在各個(gè)電廠的控制以及公路的調(diào)節(jié)的層面操作都被禁止，并且要有操作提示警報(bào)。

第三，操作人員以及監(jiān)護(hù)的人員在實(shí)行同時(shí)登陸的時(shí)候，在各個(gè)電廠的控制和功率的調(diào)節(jié)的層面其操作是被允許的。

第四，當(dāng)操作人員以及監(jiān)護(hù)人員在實(shí)施同時(shí)登陸操作的時(shí)候，在各個(gè)電廠的控制和功率調(diào)節(jié)的操作是被允許的。

最后，當(dāng)操作人員以及監(jiān)護(hù)人員在實(shí)施同時(shí)登陸操作的時(shí)候，在各個(gè)電廠的控制以及功率的調(diào)節(jié)操作是被禁止的，并且同時(shí)要有操作提示警報(bào)。

2.防止操作錯(cuò)電廠

如上文所示，集控中心對(duì)于電站進(jìn)行實(shí)施的監(jiān)視和控制的過(guò)程中，在多個(gè)電站并存的情況下，如果要實(shí)現(xiàn)對(duì)于操作以及控制和發(fā)生操作錯(cuò)電站的可能性的產(chǎn)生，要采取以下的獨(dú)特的防范措施：

首先，集控中心對(duì)于電站群組的某一個(gè)電站進(jìn)行遠(yuǎn)程的操作和控制的過(guò)程中期控制的操作當(dāng)點(diǎn)擊這個(gè)網(wǎng)站的設(shè)備的時(shí)候，會(huì)自動(dòng)的彈出具有這個(gè)電站設(shè)備標(biāo)識(shí)的背景性質(zhì)的圖案以及比較醒目的電站的名稱對(duì)話框。

其次，在確認(rèn)了操作人員的對(duì)于某一個(gè)電站的操作之后，可以進(jìn)一個(gè)的進(jìn)行下一步的操作。

最后，在否認(rèn)了這個(gè)電站的操作之后，其操作要終止，并且要退出原有的操作界面。

3.控制權(quán)的分級(jí)處理

為了能夠防止失誤操作引起的管理范圍外的設(shè)備的處理，同時(shí)為了能夠有效地避免控制權(quán)之間頻繁的轉(zhuǎn)換，對(duì)于設(shè)備的控制權(quán)需要實(shí)行不同的分級(jí)管理。

分級(jí)管理的實(shí)施對(duì)于水電站的設(shè)備按照系統(tǒng)的劃分實(shí)行不同的控制權(quán)的管理。比如在集中控制中心和不同的電廠之間的設(shè)置的電站設(shè)備的控制權(quán)和管理的專門的畫面有專門的設(shè)置。這個(gè)畫面中將針對(duì)電站的設(shè)備按照LCU劃分為不同的機(jī)組和開(kāi)關(guān)站、輔助設(shè)備等等的部分，這個(gè)部分可以分別的畫出各個(gè)LCU的控制權(quán)之間的不同控制，同時(shí)能夠增加全選和取消的全選的控制權(quán)的功能設(shè)置。集中控制中心或者是電站僅僅能夠?qū)τ谝呀?jīng)勾選上的選項(xiàng)具有相對(duì)應(yīng)的控制權(quán)和相對(duì)應(yīng)的設(shè)備進(jìn)行一定的操作。如果沒(méi)有相對(duì)應(yīng)的控制權(quán)或者是沒(méi)有對(duì)于相對(duì)應(yīng)的控制設(shè)備權(quán)進(jìn)行命令的下達(dá)，將閉鎖控制命令的下達(dá)，并且提示沒(méi)有相對(duì)應(yīng)的控制權(quán)選項(xiàng)。

4.設(shè)備檢修以及人工搭建的接地處掛牌的提示

為了能夠充分的保證水電站的設(shè)備的檢修的順利進(jìn)行，同時(shí)為了能夠更加完善設(shè)備的檢修安全措施，對(duì)于水電站的檢修設(shè)備的集中控制中心的操作人員的工作站要實(shí)行掛牌的現(xiàn)顯示，一般的掛牌是標(biāo)底為黃色的內(nèi)三角形加紅色的“檢”字顯示。另外還有相對(duì)應(yīng)的接地標(biāo)志的顯示。當(dāng)一個(gè)畫面掛牌之后，所有與這個(gè)設(shè)備相對(duì)應(yīng)的畫面都要進(jìn)行掛牌處理，當(dāng)一個(gè)畫面拆除了掛牌之后，所有與這個(gè)設(shè)備有關(guān)系的畫面都應(yīng)該進(jìn)行拆除掛牌處理。

五、結(jié)束語(yǔ)

本設(shè)計(jì)在Modbus TCP/IP通信協(xié)議的基礎(chǔ)上，巧妙的進(jìn)行了構(gòu)思，其著力點(diǎn)就是系統(tǒng)的實(shí)用性，使得電力系統(tǒng)的防誤操作得到了很大的擴(kuò)展和延伸，也充分的保證了電力安全的生產(chǎn)。在未來(lái)的應(yīng)用過(guò)程中，將為今后的計(jì)算機(jī)的監(jiān)控系統(tǒng)的完善提供一定的基礎(chǔ)，同時(shí)還能夠?yàn)槠溆嗟牧饔蛱菁?jí)水電站的遠(yuǎn)程集控防誤操作起到更好的借鑒意義。

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