淺析向家壩水電站通風空調控制系統

杜 釗，李初輝

（向家壩水力發電廠，四川 宜賓 644612）

1 引言

向家壩右岸地下廠房具有開挖跨度長、開挖高度大、機組及其輔助設備運行工況復雜等特點，這些都使得廠房通風空調系統的安全可靠穩定運行具有重要意義。向家壩電站通風空調控制系統采用SIEMENS及ROCKWELL的自動化控制技術，主控級采用SIEMENS Wincc軟件平臺，現地控制級采用ROCKWELL的Compactlogix可編程序控制器。整個通風空調系統在保障可靠穩定的廠房通風基礎上，有效降低成本，為整個向家壩電站的運行提供重要保障。

2 電站通風設備結構概況

電站通風包括左岸壩后廠房、右岸地下廠房及其副廠房的空調送風、排風、空調循環冷凍等。其中，右岸地下廠房通風又分為：主機洞、母線洞和水輪機洞空調送風和機械排風、主變洞全排風、中控樓多聯空調系統。

(1)主機洞空調送風系統是為主廠房發電機層輸送冷風，新風從進廠交通洞引進，空調機房設在主廠房右端298.92 m高程，空調機房內設2臺水冷冷水機組、3臺冷凍水循環泵及4臺組合式空氣處理機。

(2)母線洞送、排風主要為通過主廠房上游夾墻上的百葉風口，經夾墻風道，從發電機層引冷風至母線洞，通過安裝在母線層上游夾墻的4臺軸流風機再往母線層送風，排風至母線道。

(3)水輪機洞送、排風利用主廠房上游夾墻上的百葉風口，從發電機層通過夾墻風道引冷風，通過安裝在水輪機層上游夾墻的10臺軸流風機往水輪機層送風，利用下游夾墻回風到母線層，回風機為8臺軸流風機，安裝在水輪機層下游側。

(4)主變洞全排風系統利用負壓從主變搬運道取風，通過設置在286.74 m高程的通風道排風，通風道與主變洞右端主變專用排風豎井相通，豎井末端通開關站主變洞風機室，內設2臺變頻離心風機往外排風。

3 通風空調控制系統結構

向家壩水電站通風空調控制系統采用分層分布式結構，由主控層、現地控制層和就地控制層組成，具體的結構可參見圖1。

該系統主控層與各現地通風空調控制單元之間通過高性能網絡交換機實現信息共享，同時，通過主控層工作站將數據上送至電站監控系統，并接受監控系統的操作命令，實現系統的集中管控。

3.1 主控層

主控層設備為2臺通風空調工作站，采用SIEMENS的Wincc平臺，作為整個系統的控制中心，通過工業以太網絡與現地控制級設備通信，對所有通風空調設備進行監視和遠程操作，同時主控工作站接入電站監控系統，實現系統中控室的集中監視和操作。

3.1.1 數據采集與處理

主控級采集數據類型主要包括開關量輸入點、模擬量輸入點、開關量輸出點、模擬量輸出點、數字量計算點、模擬量計算點。主要的采集數據包括：

（1）各現地通風空調控制單元的實時數據；

（2）電站監控系統發出的操作命令；

圖1 向家壩水電站通風空調控制系統結構示意圖

（3）由手動設置信息；

（4）外接其他系統的數據信息。

在實時性要求前提下，對采集的數據進行可用性檢查,對接收的數據進行報警處理檢查,生成和存儲各類報警記錄并發出聲光報警；定期生成各類運行報表，包括設備動作次數和運行時間的統計。

3.1.2 系統自診斷

主控層控制器具有完備的硬件及軟件自診斷功能，包括在線周期性診斷、請求診斷和離線診斷。診斷內容包括：

（1）計算機內存自檢；

（2）硬件及其接口自檢：包括外圍設備、通信接口、各種功能模件等，當診斷出故障時，應自動發出信號；

（3）自恢復功能；

（4）掉電保護。

3.1.3 報警

主控層提供完善的報警功能，能在系統出現故障、事故時，及時提供相關報警提示，主要功能包括：

（1）當出現故障和事故時，立即發出報警和顯示信息，彈出畫面，報警將故障和事故區別開來；

（2）報警顯示信息在當前畫面上顯示報警語句（包括報警發生時間、對象名稱、性質等），顯示顏色隨報警信息類別而改變。若當前畫面具有該報警對象，則該對象標志（或參數）閃光和改變顏色。閃光信號在運行人員確認后方可解除；

（3）對于任何確認的誤報警，運行人員可以退出該報警點。

3.2 現地控制層

現地控制層包括10套現地通風空調控制單元，控制器采用ROCKWELL Compactlogix，觸摸屏為Rockwell 2711PC-T10，實現對就地控制設備的數據采集處理，以及對主控級的命令解析下發，對現地操作及遠方控制權限進行選擇切換，以滿足不同級別對象對就地設備的控制操作。

3.2.1 數據采集

現地控制單元自動采集各就地控制設備的關鍵數據，包括水流量及溫度、機組負載百分率數據，接收來自主控級的命令信息和數據。監視風機、空調的運行、故障信息。

3.2.2 數據處理

作為數據主要來源，現地通風空調控制單元必須對數據進行有效處理。

模擬量數據處理，包括模擬量的軟件濾波、數據合理性檢查、工程單位變換、模擬數據變化（死區檢查）及越限檢查等，并根據規定產生報警和記錄。

開關量數據處理及記錄，包括防抖濾波狀態輸入變化檢查，并根據規定產生報警和記錄。

3.2.3 控制和監視

根據通風空調系統要求，自動控制所轄設備的投退，實現對通風空調系統設備的遠程監控。通過現地/遠程切換開關，實現遠程與現地的控制和監視切換。

3.3 就地控制層

就地控制層由109個通風空調末端設備現場控制柜/箱等輔助設備組成。

現地控制柜/箱實現對風機、冷凍水泵等設備的直接控制操作，是通風設備的底層控制單元。根據控制對象，就地控制柜/箱分為：多臺單控性控制箱、成組控制型控制箱、單臺單控控制箱、軟啟動器控制柜和變頻器控制柜。

箱內布置斷路器、接觸器、熱繼電器、各類繼電器、指示燈、手動按鈕、手/自動轉換開關等風機運行所需的控制及報警設備，軟啟動器控制柜和變頻器控制柜分別配備有軟啟動器及變頻器，風機設備運行狀態及報警信號送入相應機組段設置的現地通風空調控制單元內，由現地通風空調控制單元遠程控制相應的設備運行。

4 系統特點

向家壩水電站通風空調系統采用了分層分布式結構，具有以下一些特點。

4.1 安全可靠性

(1)在分層分布網絡結構中，主控層系統本身不參加程序的邏輯控制，它相當于現地控制單元控制器的一個遠方監視操作終端系統。任何被控設備發出的信號，都要經過現地控制單元處理后，才發送到主控層工作站，供運行監視。同樣，操作員工作站上發出的命令，也是不經任何處理地送達現地控制層處理器，分析判斷后，才將命令發往受控設備。同時，針對相對獨立性較強的通風設備，采用分層控制，合理分配設備的監控功能，大大減輕了主控層設備的負荷。

(2)通風空調系統所有設備的邏輯控制程序都安裝于各現地控制層的CPU上，這些程序負責處理各控制設備發出的信號和主控層發出的命令，各種命令經過CPU程序分析處理，條件滿足時才發往受控設備。現地控制層采集的各種數據，經不同I/O模件分別上送，這樣可保證單模件故障情況下，不影響其它信號上送

(3)現地控制層配備有具備監視操作功能的Rockwell 2711PC-T10觸摸屏，可在主控層工作站故障情況下，保證在現地用觸摸屏開出方式對設備進行控制。

(4)采用集中監視與控制，有效增強系統的安全性，通過操作權限和級別的管理，保證操作的準確性、合理性，防止誤操作。同時，整個系統采用分層分布式結構，簡化網絡，保證各設備安全可靠控制基礎上有效節約成本。

4.2 易調試和簡維護

由于采用開放式的以太網絡結構，特別是在主控層和現地控制層上使用了網絡交換機，方便了整個通風空調系統的調試和維護。

(1)易于調試。每個現地控制層的CPU上都配備有豐富多樣的通訊接口，在調試時，可將裝有主控層系統和現地控制軟件的便攜機、筆記本電腦帶到現地控制柜旁，與交換機連接，啟動主控層監控畫面和下位機在線測試軟件，就完成整個調試過程，大大簡化了調試工作量。

(2)易于維護。在整個通風空調系統網絡的任何交換機上都可用維護筆記本電腦連接到任何一個或遠程I/O終端上，進行在線測試，分析、診斷每個遠程I/O終端的運行情況。而不必跑到控制設備所在地，這給的維護帶來了很大方便。同時，在各級控制中都對每個被控設備的重要信號進行顯示（指示燈或畫面），可實現在各級別控制層對被控設備的監控。

5 結語

通風空調系統對于向家壩水電站機組正常運行具有重要的輔助作用，特別對于右岸地下電站，整個通風空調系統的結構布局及設備聯控的優化設計具有重要意義。在充分掌握電站建筑物結構前提下，設計并實施的通風空調系統方案網絡結構層次明晰、擴展容易、配置合理、容錯性高、安全可靠。該系統既能夠滿足電站通風空調的控制和監視要求，又便于集中管理和設備檢修，結合目前向家壩電站接機發電階段各系統設備的投運情況，該系統必將在向家壩水電站正常運行發揮巨大的作用。

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