H9000計算機監控系統在大黑汀水電站的應用及改進分析

劉建波，武金輝

（海委引灤局大黑汀水庫管理處電站，河北 遷西 064309）

0 引言

大黑汀水庫位于河北省唐山地區遷西縣城以北約5 km處的灤河干流上。水庫上游約30 km 有潘家口水庫，大黑汀及潘家口兩水庫聯合運用，以發揮防洪、供水等功能。大黑汀水電站坐落在灤河干流上，是引灤入津工程的源頭，由渠首電站、河床電站及升壓站組成，電站共安裝5臺機組，總裝機容量23.8 MW。其中，渠首電站安裝1號～4號機組，單機容量為3.2 MW，向天津和唐山供水時發電；河床電站安裝5號機組，單機容量為11 MW，向灤河下游農業供水及泄洪時發電。電站于1987年投入運行，運行期間雖然對主機設備進行了大修或技術改造，其性能較以前有了很大提高。但是，由于機組自動控制、監測保護、音響信號等二次設備均為70年代阿城繼電器廠產品，是硅半導體分立元件組成的弱電無觸點邏輯控制回路，技術落后，回路復雜，老化失修，已屬淘汰產品。運行中拒動、誤動現象時有發生，直接威脅著電站的安全可靠運行，嚴重制約著電站經濟效益的發揮，更不能適應現代化管理技術發展的需要。

鑒于目前現代化生產過程計算機控制技術的飛速發展，尤其是計算機監控技術在水電站得到廣泛應用?；谶@樣的發展趨勢，決定對大黑汀水電站的二次系統進行徹底改造，選定中國水科院自動化所開發的H9000 監控系統作為大黑汀的計算機監控系統。

根據機組運行的實際情況及投資安排，這幾年相繼完成了1號、3號、4號、5號機組二次系統和升壓站信號傳輸系統的更新改造，使大黑汀的自動化控制水平及自動控制功能得到大大提高，還有2號機組的計算機監控系統需要進行改造。本文對大黑汀水電站的計算機監控系統應用進行介紹，對進一步改進進行分析。

1 系統的結構及主要功能

根據大黑汀電站的實際情況和分層分布的基本原理，大黑汀的計算機監控系統采用二層分布開放系統總線結構。監控系統總體結構如圖1。下面從分層和分布兩個方面描述。

圖1 大黑汀水電站計算機監控系統配置圖

1.1 分層

從上圖可以看出整個監控系統的系統結構，共分二層：廠站級主控制層以及現地控制單元層。

現地控制層包括6套現地控制單元（LCU），其中，5套機組LCU、1套公用設備/開關站LCU，完成指定設備的現地監控任務。

廠站級主控層及其現地控制單元層之間采用快速交換式以太網絡總線，構成高可靠性的局域網絡結構，通訊采用100 MB網絡交換機和光纖，具有較高傳輸速率和良好的抗電磁干擾能力。主控層計算機設備布置在渠首電站中控室。100MB網絡交換機通過高品質屏蔽雙絞線介質連接主控層的各個工作站，通過多膜光纜分別聯接現地層分布的各LCU單元。廠站級主控層包括操作員站和通訊站，其中操作員站設置2臺計算機，二者為雙機冗余結構，為主備用工作方式。兩臺工作站可同時工作，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。兩臺工作站以互為熱備用方式工作，互相監視，一臺完成監視控制任務，另一臺則進行正常監視。當監控工作站故障時，監視工作站自動升為監控站。操作員工作站(兼主機)設在中控室，供運行值班人員使用。

采用上述分層結構，確保了整個監控系統控制的實時性、安全性和可靠性。

1.2 分布

整個監控系統的功能分布在不同層次的不同設備之中，各設備協調配合，完成全廠監控功能。具體功能分布情況如下：

現地控制層各LCU按被控對象單元分布，如機組現地控制單元、公用設備及開關站控制單元，各控制單元完成其被控設備的數據采集、監視及控制功能。

主站的監控功能分布在廠站級主控層中，如操作員工作站主要完成數據采集與處理、實時數據庫的管理、監控系統的人機聯系功能以及完成歷史數據管理等任務。完成對本廠的運行監視和閉環控制、隨時接受遠方控制中心的調度命令，發布操作控制命令、設定與變更工作方式、廠內優化運行AGC/AVC計算和處理，數據庫管理等功能。

工程師/通訊工作站供系統專責工程師使用。用于系統開發、編輯和修改應用軟件、建立數據庫、系統初始化和管理、檢索歷史記錄、系統故障診斷及培訓等工作，培訓工作只在離線時進行用于修改定值，增加和修改畫面，并可進行系統維護、軟件開發工作及遠程診斷等。工程師工作站安裝在計算機室，工程師工作站具有與操作員站相同的配置，也可作為操作員工作站的備用。同時它還擔任與中控室內的反饋屏及其他系統的實時通訊功能。

通過功能的合理分布，確保系統各節點的負荷率滿足設計和實時運行的要求，同時任何局部設備的故障，不影響系統其余部分功能的正常運行。

1.3 主要功能

本系統采用了標準H9000 系統，是一套完整的實時控制系統，配備了完整的系統監控功能。主要功能描述如下。

（1）新型人機聯系功能

系統采用最新開放式圖形硬件、軟件技術，全圖形人機界面軟件基于X/Window，Motif，顯示直觀易懂，操作手段簡便、靈活，具有多窗口無級縮放、細節顯示、跟蹤查詢等功能，面向目標編程，全鼠標驅動，圖形操作，漢字界面，多級下拉式菜單加多級彈出式菜單操作，靈活的用戶適配工具功能，人機界面非常友好，用戶可以根據自己的習慣制作自己的人機界面。H9000 系統支持多屏、多窗口顯示，不同窗口可以顯示同一畫面，也可顯示不同畫面。信息可采用圖形、數字、信號燈、表格、曲線等表示方式，表現方式靈活多樣，并可采用立體三維、實時動畫的方式。系統還可以方便地采用專業圖形表示電站的運行狀態，如發電機P－Q 圖、閘門水位圖等。

（2）實時采集電站主要設備的運行狀態、參數，對電站各控制點和監視點進行自動安全檢測、越限報警、事件順序記錄、事故故障原因提示、事故語音報警。

（3）實現水輪發電機組的自動順序起、停控制及負荷調整，斷路器、隔離開關等重要電氣設備的投切操作以及其他自動控制功能。

（4）綜合計算與統計分析

監控系統可根據實時采集到的數據進行周期、定時或召喚計算分析，形成各種計算數據庫與歷史數據庫，幫助運行人員對電廠設備的運行進行全面監視與綜合管理。

（5）通過通訊機實現與中控室反饋屏的實時通訊，把一次主接線中各開關的狀態實時顯示出來。

（6）機組LCU的一般功能

每臺LCU均是一套完整的計算機控制系統。與系統聯網時，作為監控系統的一部分，實現系統指定的功能。而當與系統脫離時，則能獨立運行，實現LCU的現地監控功能。

2 應用情況及改進分析

大黑汀的監控系統自2000年陸續投入運行以來，減輕了電站運行人員的勞動強度，提高了設備安全運行能力，保證了機組的安全可靠運行。但隨著系統應用的不斷深入，隨著技術進步，尤其是計算機技術的不斷發展，先期進行改造的監控系統存在的問題日益顯出來，需進行改造和完善，主要問題及改進思路如下：

2.1 一期工程中監控系統應用情況及分析

（1）由于大黑汀監控系統的一期工程（河床電站監控系統）是于2000年改造完成的，當時采用的設備及系統與大黑汀后期工程相比，相對落后一些，需要對其進行改進，首先是將監控系統H9000的版本由原來的V1.0升級到V3.0，需要對系統數據庫進行升級，同時將河床電站的操作員站硬件進行升級，使河床電站和渠首電站的監控系統相一致，保證通訊正常進行。

（2）河床電站監控系統中的工控機應該取消。工控機在系統中主要用于接收上位機的命令并轉發給PLC，同時接收PLC 和其他采集裝置上送的各種現場設備信息并轉發給上位機。在運行中發現，因為機旁震動大、灰塵多、濕度大，影響工控機風扇的運行，導致工控機可靠性不高，影響監控系統的正常運行。需要考慮在原有PLC 設備的基礎上，將部分模塊置換并增加網絡通訊模塊，將現地單元的工控機更換為現在渠首電站采用的觸摸屏，即可實現PLC 直接上網功能。

2.2 監控系統與外網的通訊問題

目前大黑汀機組運行的情況還處于一個獨立的閉環網絡中，外部MIS 網中每天需要的機組運行數據還需要人工填寫，為了實現從外網上了解機組運行情況，考慮到監控系統的安全防護問題，需增加廠外通訊器及相應的軟件，還要增設一套物理隔離裝置和IP 認證加密裝置，保證外網只能單方向讀監控系統數據，防止黑客及病毒入侵監控系統，保證機組安全可靠運行。

2.3 操作員工作站報警窗口中報警信息的定義問題。

目前監控系統報警窗的信息比較多，只要現場設備狀態變位，則均會在報警窗內顯示。維護人員需要了解這些詳盡的數據，但運行人員需要了解重要的故障信號。所以建議最好能進行分門別類，需要按照條件進行報警并配上語音報警，正常變位的信息不需要在報警窗內顯示，但全部報警應該保存在歷史數據庫中，以備需要時查詢。

目前大黑汀的2號機組的二次系統還沒有改造完成，不能實現整個電站的集中監控，所以現在運行人員還不能完全在中控室進行監視，給運行人員帶來了不便，需加快對2號機組二次系統的改造進度，盡快實現整個電站機組的計算機監控。

總之，在改造過程中需要經常總結，梳理需求，做到有目標、有計劃進行改造，使改造后的監控系統在可靠性、實時性上進一步提高，充分考慮系統的可擴充性和網絡冗余，并兼顧系統性能價格比，達到系統的設備先進，運行可靠，維護方便。

3 結束語

H9000計算機監控系統在大黑汀得到了良好的應用，使機組的運行狀態更加穩定，查找故障點也比以前方便很多。今后通過大黑汀技術人員與北京水科院的技術人員密切溝通、合作，不斷的提高大黑汀的綜合自動化水平，取得良好的經濟效益和社會效益，為大黑汀實現下一步的無人值班（少人值守）的目標奠定堅實的基礎。

[1]劉建波，武金輝.大黑汀水電站5號機組計算機監控系統與基礎自動化改造[J].水利水電工程設計，2001（1）.

[2]中國水利水電科學研究院自動化所.H9000計算機監控系統高級培訓班資料[Z].2005.