NC2000計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)在水電廠的應(yīng)用

摘要：本文從NC2000計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)在水電廠的應(yīng)用出發(fā)，對系統(tǒng)進(jìn)行了簡要概述，并介紹了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、軟硬件的配置以及功能實(shí)現(xiàn)，旨在為NC2000計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)更好的在水電廠得到應(yīng)用以及功能的拓展做出貢獻(xiàn)。

關(guān)鍵詞：NC2000計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng) 水電廠 軟硬件 結(jié)構(gòu)

中圖分類號： TP31 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號1672-3791（2015）05（a）-0000-00

1.NC2000計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的概述

水電廠自上世紀(jì)70年代應(yīng)用計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)以來，大致經(jīng)歷了集中式監(jiān)控系統(tǒng)，功能分散式監(jiān)控裝置，以設(shè)備為單元的分層分布式監(jiān)控系統(tǒng)，基于開放系統(tǒng)的分布式監(jiān)控系統(tǒng)，基于對象技術(shù)的分布式監(jiān)控系統(tǒng)五個(gè)發(fā)展歷程。

NC2000計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)主要面向的用戶是電力系統(tǒng)及大中型水電站，是大型的分布式面向?qū)ο笥?jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，具有跨平臺能力，能全面支持異構(gòu)平臺，具有安全高效可靠的監(jiān)控內(nèi)核，功能強(qiáng)大，實(shí)用方便的組態(tài)工具和應(yīng)用界面，多種標(biāo)準(zhǔn)化的接口，具有滿足水電廠應(yīng)用需求的各種常規(guī)和高級功能。

水電廠應(yīng)用NC2000計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的目的有以下兩個(gè)方面：一是要提高水電廠設(shè)備運(yùn)行的安全性和可靠性，便于設(shè)備維護(hù)人員掌握設(shè)備運(yùn)行的參數(shù)和狀態(tài)，由維護(hù)人員采取恰當(dāng)?shù)奶幚泶胧┗蛘呦到y(tǒng)發(fā)出停機(jī)指令，如果設(shè)備維護(hù)人員不能及時(shí)正確恰當(dāng)?shù)奶幚硭姀S設(shè)備運(yùn)行過程中出現(xiàn)的故障，將對設(shè)備造成一定程度的損害，影響水電廠正常供發(fā)電，而且，如果對水電廠設(shè)備缺乏實(shí)時(shí)監(jiān)控和控制，將不能準(zhǔn)確反映設(shè)備運(yùn)行的各項(xiàng)參數(shù)，也就不能反映設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)；二是水電廠承擔(dān)著為山區(qū)、偏遠(yuǎn)地區(qū)供電的重要角色，隨著對電力需求的提高，對于水電廠的電能質(zhì)量和電網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定性也提出了更高的要求，單純依靠人工控制，增加人員勞動強(qiáng)度的同時(shí)，調(diào)節(jié)電壓和頻率的效率嚴(yán)重滯后，系統(tǒng)具有自動控制的功能，解決了人工控制滯后的難題，對于提高水電廠水輪發(fā)電機(jī)組的電能質(zhì)量和電網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定性及安全性具有重要意義。系統(tǒng)由于預(yù)先編制了程序，通過繼電器或者集成電路等硬件和軟件，能夠?qū)崿F(xiàn)對水電廠、機(jī)組的控制調(diào)節(jié)及優(yōu)化運(yùn)行方案，使機(jī)組處于高效率狀態(tài)；三是水電廠應(yīng)用監(jiān)控系統(tǒng)代替了人員對設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控，減少人員勞動強(qiáng)度和數(shù)量的同時(shí)大大提高了勞動生產(chǎn)效率，通過網(wǎng)路的應(yīng)用，對水電廠進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)了無人或者少人值班的目標(biāo)，對于降低水電廠的費(fèi)用和成本具有重要意義。

2.NC2000計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)采用全分布開放式結(jié)構(gòu)，控制系統(tǒng)分為兩層，一層是電廠級監(jiān)控系統(tǒng)，用于水電廠設(shè)備集中監(jiān)控，二層是現(xiàn)地監(jiān)控系統(tǒng)，用于水輪發(fā)電機(jī)組的監(jiān)控。水電廠電廠級監(jiān)控系統(tǒng)利用的lOOMbps的星型以太網(wǎng)將系統(tǒng)服務(wù)器、操作員站、工程師站、語音警報(bào)站、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、GPS衛(wèi)星對時(shí)裝置、WEB服務(wù)器等電廠級設(shè)備進(jìn)行連接，實(shí)現(xiàn)了廠內(nèi)外計(jì)算機(jī)的通信，網(wǎng)絡(luò)協(xié)議采用TCP/IP，網(wǎng)絡(luò)通訊依靠高性能的網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)實(shí)現(xiàn)，保證了通訊的傳輸效率，具有較強(qiáng)抗干擾能力；現(xiàn)地級層主要由6套LCU構(gòu)成，其中每臺機(jī)組配置一套LCU，公用一套LCU，開關(guān)站一套LCU，實(shí)現(xiàn)分對象的監(jiān)控，各LCU之間相互獨(dú)立，一套發(fā)生故障，不會影響其他LCU的功能，每個(gè)LCU配置以太網(wǎng)卡連接到lOOM光纖以太網(wǎng)，通過2臺交換機(jī)采用串口與通訊設(shè)備連接，再與機(jī)組LCU的PLC連接，交換機(jī)通過屏蔽雙絞線、多模光纖與其他單元進(jìn)行連接，LCU通過高速串行線同分散的現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行通信，符合分散控制的要求，節(jié)約了大量信號和控制電纜，現(xiàn)地級與廠站級通過網(wǎng)絡(luò)協(xié)議交換數(shù)據(jù)，廠站級周期性地讀取從站的輸入信息并周期的向從站發(fā)送輸出信息完成監(jiān)控功能。

3.NC2000計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)軟硬件配置

3.1電廠級

系統(tǒng)服務(wù)器：是監(jiān)控系統(tǒng)的核心，使用Solaris 10的操作系統(tǒng)采用UPS電源系統(tǒng)，2套在線式UPS每套配備l6個(gè)12Vl00Ah蓄電池，工作方式為雙機(jī)熱備用，可通過接觸式開關(guān)進(jìn)行熱備切換，計(jì)算機(jī)之間相互獨(dú)立，一臺出現(xiàn)故障，不影響其他計(jì)算機(jī)的正常運(yùn)行，主要實(shí)現(xiàn)了對水電廠的設(shè)備管理功能、數(shù)據(jù)庫管理功能、綜合管理功能、綜合計(jì)算功能、事故故障信號的分析處理功能等。

操作員站：是系統(tǒng)的控制部分，使用Redhat 9.0操作系統(tǒng)，操作員通過顯示器對設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，獲取設(shè)備運(yùn)行信息，操作均有鼠標(biāo)及鍵盤實(shí)現(xiàn)，并且配備了聲卡和語音設(shè)備，便于操作員對于監(jiān)控對象發(fā)出語音報(bào)警信號提醒維護(hù)人員，實(shí)現(xiàn)了圖形顯示功能、定值設(shè)定功能、變更工作方式功能等。

工程師站：使用WINDOWS 2000操作系統(tǒng)，是系統(tǒng)管理和維護(hù)人員用于對系統(tǒng)進(jìn)行編程、參數(shù)設(shè)定、修改定值、增減數(shù)據(jù)庫、畫面報(bào)表及操作培訓(xùn)的部分。

通訊設(shè)備：使用Redhat 9.0操作系統(tǒng)，通訊設(shè)備通過通訊接口與廠內(nèi)其它系統(tǒng)連接實(shí)現(xiàn)與流域內(nèi)各電站的通訊，和監(jiān)控對象之間的通訊。

網(wǎng)絡(luò)打印機(jī)：使用WINDOWS 2000操作系統(tǒng)，是為監(jiān)控系統(tǒng)提供各種打印服務(wù)的部分。

GPS衛(wèi)星對時(shí)裝置：由繼型時(shí)鐘BSS23Y 和二級鐘構(gòu)成，二級鐘定時(shí)與主站數(shù)據(jù)服務(wù)器通過光纖相連進(jìn)行對時(shí)，再由主用數(shù)據(jù)服務(wù)器站廣播對時(shí)至上位機(jī)所有站點(diǎn)，完成網(wǎng)絡(luò)上主要節(jié)點(diǎn)的對時(shí)任務(wù)，以保證這些節(jié)點(diǎn)時(shí)鐘的同步和準(zhǔn)確。

語音報(bào)警站：配備一臺HPXW4200 工作站，操作系統(tǒng)采用Windows2OOOServer，配有揚(yáng)聲器，一旦有事故發(fā)生，報(bào)警站經(jīng)根據(jù)預(yù)先設(shè)定發(fā)出語音報(bào)警或者光字牌顯示。

網(wǎng)絡(luò)設(shè)備：交換機(jī)兩臺，且每臺各自通過超五類屏蔽雙絞線與上位機(jī)各站的雙網(wǎng)卡相連，通過多模光纖與LCU以太網(wǎng)模塊相連，構(gòu)成雙冗余100Mbps星型以太網(wǎng)。

3.2現(xiàn)地級

現(xiàn)地級層由6套LCU構(gòu)成，四套現(xiàn)地控制單元LCU，一套公用LCU，一套開關(guān)站LCU，優(yōu)點(diǎn)是熱備技術(shù)水平高，且模塊帶電插拔能力方面最優(yōu)?，F(xiàn)地級機(jī)組控制單元包括機(jī)組LCU、多功能表、調(diào)速器、溫度巡檢裝置、微機(jī)保護(hù)等組成。

機(jī)組LCU：是系統(tǒng)最基層的部分，是發(fā)揮監(jiān)控功能的核心，分布在發(fā)電機(jī)組附近，就近對水電廠水輪機(jī)組進(jìn)行監(jiān)控。

調(diào)速器：通過SJ一30通訊管理裝置與機(jī)組LCU實(shí)現(xiàn)了高速通訊。網(wǎng)調(diào)或運(yùn)行人員向電廠級發(fā)出功調(diào)及工況轉(zhuǎn)換命令，電廠級接收到后，由現(xiàn)地級控制單元通過串行通信接口直接下達(dá)給調(diào)速器的控制裝置，然后調(diào)速器將依據(jù)自身調(diào)節(jié)原理將機(jī)組調(diào)整至目標(biāo)值。此外，調(diào)速器還具有向現(xiàn)地級控制單元提供導(dǎo)葉開度等各種實(shí)時(shí)參數(shù)及故障信息供人機(jī)界面顯示的功能。

溫檢測裝置：集中采集、顯示溫度測量，可以做出報(bào)警處理，還可將收集到的數(shù)據(jù)與機(jī)組LCU進(jìn)行通訊，具有可靠性強(qiáng)、抗電磁干擾性能強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，能夠?qū)C(jī)組推力軸承、導(dǎo)軸承瓦溫、定子鐵芯、油箱油溫、冷卻器進(jìn)出口溫度的定點(diǎn)/巡檢監(jiān)視和測量溫度的功能。

百超表數(shù)據(jù)采集處理作為系統(tǒng)的一項(xiàng)重要基礎(chǔ)，具有快速響應(yīng)和高精度的優(yōu)點(diǎn)，還能夠采集四臺機(jī)的PT、CT信號，然后將采集的數(shù)據(jù)通過高速運(yùn)算，產(chǎn)生其它所需參量（功率、電度、頻率、功率因數(shù)等），通過P90FIBUS現(xiàn)場總線接傳輸?shù)浆F(xiàn)地級LCU。

4.NC2000計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)

系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)時(shí)信息采集和監(jiān)控，機(jī)組順序控制（啟停）及非正常條件閉鎖，綜合量計(jì)算，語音報(bào)警和電話語音報(bào)警，溫度監(jiān)視，必要的事件記錄，有功率、無功率調(diào)節(jié)，一覽表、報(bào)表、歷史曲線查詢，與調(diào)度的通訊，與保護(hù)、電度量、直流系統(tǒng)的通訊，AGC/AVC等功能。

監(jiān)測顯示：本地?cái)?shù)據(jù)顯示和操作功能由人機(jī)界面實(shí)現(xiàn)，機(jī)組及其輔助設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)及運(yùn)行參數(shù)的圖像、趨勢曲線等可以通過顯示器顯示出來，另外，還可以完成有關(guān)報(bào)警、操作過程信息、限值修改等操作。

數(shù)據(jù)采集與處理：通過開放的LCU的模塊、溫度測量裝置、電池監(jiān)測裝置、交流采集裝置完成對監(jiān)控對象各種模擬量、開關(guān)、中斷、通訊、溫度、電量等的收集工作。收集到的各種監(jiān)控對象的數(shù)據(jù)量通過上送至電廠級，并且在現(xiàn)地級的顯示器上進(jìn)行顯示；一旦出現(xiàn)事故或者發(fā)生故障，還可以實(shí)現(xiàn)自動收集事故或者故障數(shù)據(jù)的功能，并且按照事故或者故障發(fā)生順序進(jìn)行記錄其發(fā)生的時(shí)間、性質(zhì)。

音響、信號：PLC電路定期監(jiān)測故障信號，一旦發(fā)現(xiàn)故障，及時(shí)做出相應(yīng)并采取措施，記錄故障發(fā)生的時(shí)間、動作設(shè)備名稱、內(nèi)容等信號，時(shí)間精確到時(shí)、分、秒，觸摸顯示屏可以顯示監(jiān)控對象的各種狀況的信號和內(nèi)容。

測量：LCU有電量監(jiān)測及溫度測量等智能測量裝置，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)可以在現(xiàn)地級的觸摸屏上現(xiàn)地顯示，而且這些智能測量裝置可以完成將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通過通訊設(shè)備傳至PLC，并上送電廠級。

控制與調(diào)節(jié)功能：PLC至少應(yīng)完成下列控制和調(diào)節(jié)：機(jī)組開、停機(jī)順序控制；機(jī)組輔助設(shè)備啟、停控制；發(fā)電機(jī)出口斷路器分、合閘控制；機(jī)組有功功率、無功功率的調(diào)節(jié)；各種整定值和限值的設(shè)定。

診斷功能：PLC至少應(yīng)能診斷出下列硬件故障：CPU模件、I/0控制模件故障、13模件故障、通訊控制模件故障、電源故障。診斷時(shí)鎖定故障點(diǎn)應(yīng)該可以自動閉鎖控制出口，并將故障信息上送至電廠級。與此同時(shí)，在機(jī)組單元控制器可以實(shí)現(xiàn)顯示和報(bào)警控制器。PLC軟件從診斷到故障診斷軟件功能塊及其屬性。

通信功能：通信功能的PLC水平應(yīng)具備和主計(jì)算機(jī)的通訊功能，應(yīng)該能夠接受從電廠級發(fā)來的控制命令，并將反饋信息送至電廠級。PLC和溫度測量裝置、電力監(jiān)控裝置、微機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)、微機(jī)調(diào)速器、繼電保護(hù)通信系統(tǒng)和其他輔助設(shè)備。與設(shè)備采用現(xiàn)場總線通信協(xié)議，通信速率和滿足需要的運(yùn)行可靠性。

5.結(jié)束語

綜上所述，NC2000計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)作為分布式面向?qū)ο笥?jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，具有滿足水電廠應(yīng)用需求的各種常規(guī)和高級功能，已在大中型、巨型水電廠獲得成功應(yīng)用，提高了水電廠管理效率，優(yōu)化了資源的配置，取得了良好的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)

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