徐村水電廠系統升級改造

連雪廣，鄧小剛，曾學文，張 健，滿運濤

（1．北京中水科水電科技開發有限公司，北京 100038；2.華能大理徐村水電有限公司，云南 大理 671000）

0 概述

徐村水電站位于大理白族自治州漾濞縣與巍山縣交界的漾濞江上，是漾濞江中段河流規劃的第三級電站。電站由中國華能集團與云南省電力投資有限公司共同投資興建，電站總裝機容量達到84MW，電站正常蓄水位為1306.00m，死水位1 296.00 m，水庫庫容0.7375億m3，調節庫容0.239億 m3，死庫容0.451 7億m3，為不完全月調節水庫。該電站設計水頭45 m，多年平均發電量3.45億kW·h。

徐村水電站改造前使用北京中水科水電科技開發有限公司H9000 V2.0版計算機監控系統，現使用北京中水科水電科技開發有限公司H9000 V4.0版計算機監控系統。

1 升級改造的必要性

電站監控系統采用水科院H9000V2.0自動化系統工程，在當時已屬于很先進的產品，現已運行近十年，為電站的經濟運行及便捷的操作維護等做出了很大的貢獻。隨著自動化技術的快速發展及電力生產水平的提高，加上監控設備運行時間的增長，目前監控系統的技術已不夠先進，并存在以下幾個問題：

（1）結構不盡合理。因為控制器PLC與上位機系統雙向數據交換是通過工控機實現的，多了一個中間環節，由于工控機故障率高，加之PLC與工控機數據交換的速率為1.0 Mb/s，速率不高，最終使工控機成為監控系統的信息和安全瓶頸。

（2）軟件性能和功能亟需提高。H9000系統軟件原V2.0版本的性能、功能已不能適合新形勢下生產設備監視控制的要求。如歷史數據的查詢，設備故障狀態的分析等很不方便，數據難以共享。原系統故障報警和正常狀態變化混為一體，不利于故障監視和查詢。原系統PLC編程Modsoft只可以在DOS環境下運行，程序修改檢查很不方便。

2 升級改造的設計原則

項目改造有其特殊性，在整個項目過程中既要保證項目的實施，同時又要保證原有系統的穩定、安全運行，因此，充分考慮到電廠的實際情況在本項目中我們建議改造的基本原則是：分步實施，單獨調試、新老系統并用，平滑過渡。

監控系統局域網按IEEE 802.3設計，采用全開放的分布式結構，上位機網絡介質采用雙絞線，下位機網絡介質采用光纖電纜，通信規約均為TCP/IP，網絡的傳輸速率100 Mb/s。功能和數據庫分布在系統各節點上。使本監控系統具有更高的效率、更高的可靠度及更好的可擴性。系統支持在線及離線編程，遠程維護和全網絡化數據信息交換。

整個系統由電站主控級計算機和現地控制單元 (LCU)組成，電站的計算機監控系統能對全廠主要機電設備進行控制，對所有機電設備的運行情況進行全面監控，完成電站生產管理、狀態檢修用途的數據采集、處理、歷史數據庫的生成、網絡數據拷貝等。

3 升級改造后的計算機監控系統總體結構及軟件結構與配置

3.1 總體結構

徐村水電站計算機監控系統采用全開放分層分布結構，監控功能和實時數據均分布到各個現地控制單元中，站內的各個現地控制單元通過交換機和光纜，構成一個星型網絡，并與主干網交換機相連，主干網絡中的工業級交換機，通過多模光口及多模光纖跳線連接，根據該原則，整個徐村水電站的監控系統架構分為二個層次：

（1）廠站層：全廠計算機監控系統網絡，為100 M的工業以太網。

（2）現地層：現地設備控制層，采用現場總線或工業以太網連接。

3.2 徐村水電站監控系統結構

該電站監控系統由站控級和現地控制單元（LCU）組成，整個網絡采用100 M星型網絡結構。站控級實現全廠主要機電設備的控制，并對所有機電設備的運行情況進行全面監視。現地控制單元共設有4套LCU,3臺機組分別設置一套LCU，公用設備及開關站共設置一套LCU；各套現地LCU均通過以太網與站控級交換機連接，各單元通過串口實現與輔機設備及其它智能設備的通信。

3.3 軟件結構與配置

H9000計算機監控系統軟件包括四大部分，即計算機系統軟件、基本軟件、應用軟件以及工具軟件，如圖1所示。系統軟件是隨計算機硬件設備一同購入由系統軟件生產廠商提供的軟件，用以提供監控系統其它軟件運行的環境，用戶軟件的開發手段，如用戶程序的編輯、編譯、聯接、任務的插入、運行、退出等。基本軟件是實現監控系統基本監控功能所必須的軟件，如數據采集，數據處理，數據庫管理，圖形顯示，報表生成等軟件。

圖1 H9000系統軟件總體結構示意圖

根據我們的工作經驗，H9000系統提供圖2所示工具軟件。工具軟件工作原理見圖2。

圖2 工作原理圖

4 升級改造的內容

為了提高現地控制單元的可靠性，為了盡量縮短工期，此次改造設計為LCU設備部分升級，即在保留原有I/O模塊基礎上，在原有背板上增加高速以太網通訊模塊，同時機組及公用/開關站LCU各增加1臺現地MOXA交換機，實現現地LCU直接上網，上位機系統保持現有的設備不變，只更新軟件。整個電廠監控系統構成光纖交換式星形以太網，提升網絡系統的可靠性和穩定性；整個LCU采用交、直流雙供電電源裝置。保留原有同期裝置、水機保護、交流采樣、變送器等。保留原有端子柜及外圍電纜，更新屏柜相關附件。現地LCU配置專門的智能通訊控制器，擴展現地LCU與外圍的通訊接口；現地LCU配置一臺人機交互觸摸屏，實現現地監視和控制功能。具體如下：

（1）PLC部分保持原有的主備切換的基礎上，增加以太網模塊，采用觸摸屏作為人機接口，增加電源模塊和嵌入式通信控制器。主要改造內容包括：

1）盤柜內線路改造，取消工控機（網絡接入功能由PLC的以太網模塊實現、人機界面功能由觸摸屏實現、通信功能由嵌入式通信控制器實現）；

2）PLC增加以太網模塊，實現PLC直接上網的形式與上位機進行數據通信；

3）增加觸摸屏，完成現地人機交互界面的軟件開發；

4）增加嵌入式通信控制器，實現與現地設備（系統）之間通信的軟件開發；

5）增加24 V電源模塊，提高現地設備的供電可靠性；

6）對點、校對各類信號量；

7）處理溫度巡檢及各智能裝置通訊；

8）根據現場實際情況進行每臺LCU的模擬實驗（包括單個設備的遠動操作實驗，以及機組開機流程動靜態實驗，停機流程動靜態實驗，緊急停機動靜態實驗）。

（2）保留上位操作員A、B工作站、通訊A、B工作站和中心網絡交換機等設備均不變，根據需要，增加了一臺工程師工作站用于以后數據庫修改及系統的維護，將原有的H9000V2.0上位機監控系統軟件全部升級改造為最新的H9000V4.0系統。主要改造內容包括：

1）針對特大型電站海量數據的高可靠與高實時性采集，H9000 V4.0系統采取的主要技術措施包括：同時采用主進程、多子進程及多線程技術；按數據類型的多重TCP/IP連接并行工作模式；PLC數據掃描周期的多重數據傳送請求與處理；成功開發了多數據采集服務器的負荷平衡管理技術，有效地提高了系統數據采集的實時性；

2）H9000 V4.0系統采用最新的GTK圖形標準，重新開發了OIX人機聯系軟件，程序代碼運行效率高，人機界面非常友好，保持了H9000系統面向對象操作的特點，支持多屏、多窗口顯示，全鼠標驅動，圖形可無級縮放，支持矢量漢字，數據狀態等信息，可采用豐富的色彩庫、三維符號圖形庫、字符庫、動態曲線、表格等方式表示，立體三維、實時動畫等多媒體圖形功能更加豐富多彩。

3）提供多種系統集成工具，可以在短時間內快速地完成系統集成、系統投運等工作。

4）系統通訊

◆接受站控級計算機和遠程操作站的控制命令,進行有效性檢查和核對，并執行。

◆實現上級調度對全廠監控系統的“四遙”功能。

◆實現了監控系統與水位系統、保護系統的通訊。

◆增加了新老系統之間的通訊，新老系統并存，最終實現了新老系統的平滑過渡。

5 結束語

H9000 V4.0系統是安全可靠、性能卓越、功能完善、使用方便、符合中國國情的新一代水電廠計算機監控系統。隨著時間的推移必將在國內外得到更為廣泛的應用，不僅在水電領域，而且在水利及其它工業控制方面必將有著廣闊的應用前景。隨著H9000 V4.0系統越來越廣泛的應用，其新技術特點將充分發揮效益并為未來水電監控技術發展提供有跡可循的依據及良好的示范。