淺談中小型水電站計算機監控系統網絡結構設計論文

淺談中小型水電站計算機監控系統網絡結構設計 摘 要： 介紹幾種適用于中小型水電站計算機監控系統網絡結構設計方案。根據水電站的具體情況選擇性價比優越的綜合自動化系統方案。僅供狼友參考。還有什么好的方案可共同探討。 關鍵字 ：中小型水電站 計算機監控系統網絡結構 設計 為了適應電力工業發展的需要，進一步提高設備安全運行及自動水平，改變我國電廠運行管理用人多，效率低的落后局面，水電站值班方式的改革勢在必行，使水電站運行管理達到無人值班（少人值守）的水平。 水電站計算機監控系統設計應掌握以下幾個設計 原則： 按照全廠綜合自動化以計算機監控為主、常規控制為輔的指導思想進行總體設計和系統配置，使計算機在水電站的應用達到一個新的水平； 對于梯級電站，在梯級電站計算機監控系統之間進行通訊，應從安全性和經濟性的角度實現部分梯級調度的能力； 系統高度可靠、高度冗余，其本身的局部故障不會影響現場設備的正常運行 ; 系統配置和設備選型應符合計算機發展迅速的特點，充分利用計算機領域的先進技術； 全分布開放式系統，既便于功能和硬件的擴充，又能充分保護用戶的投資。分布式數據庫及軟件模塊化、結構 化的設計，使系統更能適應功能的增加和規模的擴充； 實時性好，抗干擾能力強； 友好的人機接口功能，操作方便。 目前大多數設計院和計算機監控生產廠家，對水電站綜合自動化系統都是按分層分布開放式無人值班（少人值守）的運行方式設計，整個系統在物理上分為兩層：電站主控層和現地控制層。 電站控制層即上位機系統主要用于綜合自動化的組態、維護、水電站運行的監視、操作、信息管理、遠動和優化控制。其主要設備配置各種工作站、通信網絡設備、打印設備、 UPS、 GPS 對時設備、電話語音報警、模擬返回屏、操作控制臺等 。 現地控制層由一系列水電站綜合自動化裝置組成，包括機組現地控制單元、開關站及公用現地控制單元、微機保護測控單元、輔機控制單元等。 用戶可根據水電站的實際情況，進行經濟技術比較，選用性能價格比優越的方案。下面淺談幾種中小型水電站計算機監控系統網絡結構設計方案。 圖 1 集散式綜合自動化網絡結構圖 一、集散式組網結構 該網絡結構是基于 RS485/Modbus 等現場總線聯接的實時通訊網絡，如圖 1 所示。其特點就是所有監控功能在一臺主機上運行，簡單、可靠、造價低、投資少。適用于對監控系統要求不高的小型水電站綜合自動化系統。 二、分層分布式組網結構 該網絡結構基于以太網聯接的實時通訊網絡，如圖 2、 3、 4 所示。 1、圖 2 為采用一體化工控機上以太網方式，為全開放、分層、分布式結構， PLC、保護、勵磁、調速器、輔機等設備通過一體化工作站與上位機系 統通信。這種設計一般在現地設備的配置上，考慮在工控機故障時仍可獨立運行。即所有現地單元均可以各自獨立運行。每個單元都是由工業控制微機和可編程控制器 (PLC)及各個專用功能裝置或設備構成，并可以設計成具有各自獨立的現地操作、監控功能。該系統功能豐富、人機界面友好、可靠性更高，性價比高，但是投資較高，適用于中型水電站綜合自動化系統。 2、圖 3 為采用 PLC 直接連接以太網的全開放、分層、分布式網絡結構，保護、勵磁調速器、輔機等設備通過 PLC 與上位機系統通信，采用工業級觸摸屏作為人機界面，系統可靠性極高、性價比高 ，設備直接上網便于網絡控制和管理，系統響應速度大大提高。適用于通信協議較少，對監控系統要求較高在中型水電站綜合自動化系統。 3、圖 4 為采用 PLC 直接連接以太網的全開放、分層、分布式網絡結構，與圖 3 比較，該方案中保護、勵磁、調速器、直流系統等裝置通過通訊管理機與上位機系統通信，減輕 PLC 通信負擔。該設計方案考慮到各 PLC 生產廠家在直接上網哪個（以太網）上并不是支持所有產品，而且價格較高，因此我們可以考慮另外一種現地設備上網配置方案，就是通過多串口通訊轉換裝置（通訊管理機）將 PLC 和其他現場總線設備接入以太網絡系統。我們可以在每一個 LCU 設置一臺通訊轉換裝置，也可以全廠集中設備一臺通訊轉換裝置。該方案的特點是成本較低、性能可靠、系統響應速度快。適用于通信協議復雜，協議數較多而 PLC 通信接口數較少，對監控系統要求較高的中型水電站綜合自動化系統。 三、冗余組網方式 水電站實現 “ 無人值班 ” （少人值守）后，由于現場值班人員減少，每值班往往只有兩人，當現場設備出現故障時，維護人員一般要等待較長時間才能抵到現場，因此對于監控系統可靠性要求極高在中型水電站， 可以采用圖 5 所示的基于以太網聯接的冗余組網方式。 該組網方式的硬件要求可根據要求采用多層次的冗余措施，如數據服務器、操作員工作站、通訊服務器、網絡交換機、網絡通道、 UPS、現地總線、機箱電源、機柜電源等，都可以實現冗余配置，并可對PLC 擴充雙 CPU、雙電源、 I/O 模塊熱插拔等功能，系統要求由軟件實現冗余設備的檢測與故障診斷，實現冗余部件的無擾動切換，確保系統中某一部件的故障不影響系統的正常運行。故障部件稍后可由維護人員及時處理。該方案系統功能極為豐富，可靠性極高，適用于對監控系統要求極高的中大型水電站綜 合自動化系統。 四、典型配置的網絡結構 水電站綜合自動化系統網絡結構十分靈活，可根據各自水電站的具體的情況進行設計，在進行系統網絡結構設計時應考慮水電站在電力系統中的重要性、水電站的運行管理方式、水電站建設資金狀況、水電站周圍帝力環境的影響、水電站與其他系統的關系等因素。 水電站綜合自動化系統一般典型配置網絡結構如圖 3 所示，具體配置如下： 兩臺操作員工作站：實現生產過程的監視與控制，實現對電站的自動管理； 一臺或多臺通訊工作站：負責本系統同其他系統的通訊，如網調、省 調、 MIS 系統、水情測報系統、大壩監測系統、工業電視監控系統以及電廠計算機監控系統等的通訊； 現地 LCU 按單元分布，每臺機組設置一個 LCU，開關站及公用系統共用一個 LCU，輔機系統設置一個 LCU。 LCU 的具體配置需更具對控制系統可靠性的要求進行配置，并可采取適當的提高可靠性的措施，中大型機組 LCU 可采用必要的冗余措施，確保控制裝置的可靠性； 系統還可以設置語音報警報警裝置、工程師工作站、培訓仿真工作站、廠長終端以及大屏幕投影儀或大屏幕電子顯示屏等。 對于某些小型水電站，由于被控制對象的規模 較小，所需實現功能也比較簡單，另外投資額也較低，因此計算機監控系統的設備盡可能地采用簡化配置方式。 【參考資料】 1、方輝欽 現代水電廠計算機監控技術與試驗 中國電力出版社 2、生產廠家產品說明書 北京四方利水自動化設備有限公司 3、重慶大學金沙電氣研究所 重慶