H9000V4.0系統在清水塘水電站的應用

宋乃興，谷東永，牛曉光，毛 琦，周永濱，張本德

（中國水利水電科學研究院中水科技公司，北京100038）

H9000V4.0系統在清水塘水電站的應用

宋乃興，谷東永，牛曉光，毛 琦，周永濱，張本德

（中國水利水電科學研究院中水科技公司，北京100038）

主要介紹了湖南清水塘水電站計算機監控系統的設計原則、軟件特點，并著重描述了該項目計算機監控系統的總體結構及主要功能實現。

清水塘水電站；總體結構；功能實現

0 引言

清水塘水電站是沅水干流梯級開發中湖南省境內第6級電站，是一個以發電為主，兼有、灌溉、通航等綜合利用的水電樞紐工程。該電站設4臺燈泡貫流式水輪發電機組，每臺機組的額定容量為32MW；主變壓器設2臺，每臺容量為75000kVA；近區變1臺，容量為2000kVA；11kV近區線路4回；廠變2臺，每臺容量為1250kVA；110kV出線2回。

1 監控系統設計原則

考慮到清水塘水電站的特點、地理位置及運行條件等，監控系統應滿足安全、可靠、經濟、實用的原則，能提高電站勞動生產率，減人增效，提高運行管理水平，減少維護工作量，按“無人值班”（少人值守）的原則進行總體設計。

監控系統采用全計算機監控的方式，其功能和設備均按全計算機監控方式進行設計和配置。

監控系統高度可靠，與電廠安全運行密切相關的設備采用雙重化設置，監控系統本身的局部故障不應影響現場設備的正常運行。

監控系統采用符合國際開放系統標準的分層分布以太環網絡結構，各單元采用標準模件，既便于功能和硬件的更新和擴展，又能方便日常運行的維護。軟件模塊化、結構化，使系統更能適應功能的增加和規模的擴充。

系統主要硬件設備采用進口原裝設備。

系統實時性好，抗干擾能力強。

人機界面采用中文、功能強、操作方便、簡潔、靈活，便于二次開發。

具有本電站和上級調度中心、高頻開關電源（直流）系統、泄洪閘門控制系統和其它系統之間的通訊接口。

與泄洪閘門控制系統、調速器、勵磁系統、微機保護裝置以及廠用供排水、氣、油系統控制單元之間的通信規約轉換均由計算機監控系統完成。

具有反映機組振動、機組內煙霧的監測能力系統留有局域網接口，實現廠區局域網用戶數據共享。

2 監控系統總體結構

整個清水塘電站計算機監控系統分為二級：主控級（電站級）和現地控制級，主控級和現地控制級經快速以太環網相連，現地控制級采用PLC直接上網的方式。計算機監控系統結構圖如圖1。

圖1 清水塘水電站計算機監控系統結構圖

電站控制級包括以下部分：

2臺主機工作站，2臺操作員工作站，1套工程師工作站，2套通信工作站，1臺ON-CALL工作站，1套網絡終端打印服務器，2套不間斷電源，1套時鐘同步系統，1套大屏幕投影系統。此配置均為雙機冗余結構，以互為熱備用方式工作，可同時工作，同時接受各種實時數據，更新數據庫，數據庫內容時刻保持一致；可互相監視，1臺完成監視控制任務，另1臺則進行正常監視。當監控工作站故障時，監視工作站自動升為監控工作站。

現地控制級包括以下部分：

4套機組LCU，1套開關站LCU，1套公用LCU。所有LCU均由可編程控制器組成，并且所有可編程控制器及控制電纜均采用熱備冗余設計。電站層與現地層之間的數據通訊采用以太網通訊模式，該模式采用雙網雙機采集、控制方式，保證了在任何一條鏈路出現問題的情況下，另外一條鏈路可以正常采集、控制現地LCU的數據。其設計也能保證當它與主機系統脫離后仍然能在當地實現對有關設備的監視和控制功能。當其與主機恢復聯系后又能自動地服從上位機系統的控制和管理。機組LCU、開關站LCU和公用LCU要求都配備進口可編程控制器（PLC）及相應進口智能I/O模塊和12寸彩色液晶顯示觸摸屏，通過彩色液晶顯示觸摸屏，可實現當地人機接口。

3 監控系統主要功能的實現

對于電站來講，安全可靠是電站的第一要務，H9000V4.0可以通過計算機監控系統對所需要操作的設備進行邏輯閉鎖，并且提供較為全面的閉鎖邏輯方式，可以完成較為復雜的邏輯閉鎖功能。計算機監控系統的邏輯閉鎖和LCU的邏輯閉鎖共同組成了對現場設備閉鎖的雙保險，大大增強了對現場設備操作的安全性和可靠性，最大限度地保證了機組及相應設備的安全運行。

3.1 上位機功能實現

電站層雙配置的構成，實現監視控制現地設備等功能，形成全站監控中心。

（1）實時數據的顯示及查詢：H9000計算機監控系統里面包括設備的畫面，可以真實的發映出當前時間下的設備狀態，監控系統也可以通過邏輯名或點號對數據庫進行搜索，并可以快速準確的定位到需要查詢的點，提高了運行人員的工作效率，也節省了很多時間。

（2）歷史數據查詢：H9000采用Oracle數據庫對歷史數據進行儲存，還可以在人機界面上生成歷史曲線，用于對某個時間段的數據進行查詢、分析。

（3）報警功能：電站控制層單獨配1套ON-CALL工作站，可以對全廠故障、事故點進行語音報警，也可以通過短信發送裝置發至您的移動電話上，完全可以避免了很多重大事故的發生。

（4）時鐘同步：清水塘項目配備了1套GPS時鐘，可實現全廠計算機監控系統及其它監視設備時間一致功能。

3.2 下位機功能實現

現地單元層包括6套LCU，均采用施耐德PLC雙機冗余配置，下位機是連接上位機和現地具體設備的樞紐，上位機功能的實現完全靠下位機的穩定運行。

（1）CPU切換功能：主、備用CPU在運行的過程中，均采集各自相關網絡模塊的狀態，并互相交換網絡模塊的狀態信息，當主用CPU相關的網絡模塊全部損壞之后，備用CPU會自動切換為主用CPU。

（2）數據采集及控制：各單元層配置全廠自動化元件的I/O模塊，LCU完成對監控對象的數據采集及數據預處理，負責向網絡傳送數據信息，并自動服從上位機的命令和管理。同時各LCU也具有控制、調節操作和監視功能，配備12英寸觸摸屏，當與上位機系統脫機時，具有必要的監視和控制功能。

（3）閉鎖功能：LCU控制程序里可以做復雜的邏輯閉鎖，與上位機閉鎖形成雙保險，保證了全廠安全閉環控制與調節，提高了全廠發電運行的可靠性。

（4）現地控制：實現觸摸屏對機組以及輔助設備的控制和監視。針對每臺LCU的信息實現實時監視，主要監視畫面的豐富顯示，主要設備控制命令實現完全控制。同時提供開機、停機、事故停機、緊急停機，事故復歸按鈕操作，避免上位機以及觸摸屏通訊中斷的情況下對機組可以進行控制。

（5）可擴展的通訊方式：在每臺LCU我們都配置了串口通訊器（MOXA UC-7410）.通過這個通訊器我們實現與調速器系統、勵磁系統、輔機系統以及保護系統、電量采集系統的通訊。同時根據設備與LCU的遠近實現通訊程序的分配，避免通訊距離的過長造成信號的不穩定以及節省電纜的鋪設。同時通過通訊機所有數據送到PLC中，通過PLC豐富的數據處理功能進行及時處理，避免信號的采集不及時以及減少上位機處理數據的功能，實現整個通訊系統穩定快速的運行。

3.3 網絡結構實現

網絡主干采用光纖組成100M工業以太網雙環網結構，傳輸速率應為自適應式，采用TCP/IP協議，遵循IEEE802.3標準。在中控室配置2臺模塊化工業以太網交換機，每臺提供2個100M光纖口，用于組網，提供22個10/100MRJ45口，用于和控制室服務器和操作員站連接。在每個現地LCU控制柜，配置2臺模塊化工業以太網交換機，每臺提供2個100M光纖口，用于組網，提供6個10/100MRJ45口，用于與控制柜內PLC的以太網通訊模塊連接。傳輸介質為光纖。

在LCU以下采用現場總線用以連接遠程I/O及現地智能監測設備。現場總線采用開放、通用的協議；傳輸介質采用光纖。為了提高系統的可利用率，現場總線均采用雙冗余結構。傳輸速率大于1Mb/s。

4 監控系統軟件特點

4.1 上位機軟件

按照監控系統的硬件配置，采用UNIX/WINDOWS操作軟件，樹形結構配置生成I/O測點庫，并且可下載到裝置，做到I/O測點只配置一次，上、下都能使用。具有共性的事件處理，綜合量、二次量計算。做到一次定義，多次使用。

（1）IPM畫面生成支持按對象的連接，使得畫面可按對象復制，并且畫面可獨立于實時庫進行前景連接檢查。畫面顯示支持動畫功能，用鼠標點出設備對象操作菜單。

（2）Dtool數據庫采用事件驅動方式，當事件產生后，立刻處理和此事件有關的工作，例如判斷是否為事故、故障，是否要啟動追憶，推出事故處理指導，啟動順控流程等。

4.2 下位機軟件

下位機軟件均采用Windows XP為操作平臺。PLC編程軟件為Unity Pro 2.3，觸摸屏為pro-face7.23版本。編程軟件均漢化，簡單易懂。具體特點有：I/O數據采集和處理、PID調節、控制閉鎖和操作處理、順序控制流程解釋與執行、輔助設備控制通訊、網絡通訊等。

5 結束語

清水塘水電站計算機監控系統配置先進，完全滿足了用戶“無人值班”（少人值守）的要求，實現了對全廠設備數據采集和監視控制。系統控制層均采用冗余開放的系統，大幅地提高了機組運行的安全性、可靠性。系統自投運以來，設備運轉正常，系統運行良好，得到了客戶的一致好評。

[1]楊春霞，李建輝，張捷，等.三峽右岸電站計算機監控系統配置及LCU功能實現[J].水電自動化與大壩監測，2007，（4）.

[2]鄧鵬程，諶斐鳴，楊丹丹，等，三板溪電廠計算機監控系統設計及應用[J].水電站機電技術，2010，（3）.

[3]IEC 61131-3國際標準簡介[Z].

[4]Unity Pro語言和程序結構參考手冊[Z]，施耐德電氣公司.

[5]GP用戶手冊[Z].上海天任電子有限公司.

TV736

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1672-5387（2011）03-0043-03

2011-04-11

宋乃興（1984-），男，助理工程師，從事計算機監控系統開發、研制工作。