水電廠輔助設備集中控制新技術的研究與應用

沈小鈺，朱立新，譚　臻

（華能瀾滄江水電有限公司漫灣水電廠，云南 臨滄 675805）

水電廠輔助設備集中控制新技術的研究與應用

沈小鈺，朱立新，譚臻

（華能瀾滄江水電有限公司漫灣水電廠，云南 臨滄 675805）

摘要：首先介紹了水電廠輔助設備集中控制的技術要求，隨后對該技術的發展現狀及現階段應用方式進行了闡述，最后介紹了該技術的發展方向及部分新技術的應用。

關鍵詞：輔助設備；集中控制；PLC；監控

0　引言

隨著電力生產自動化水平的不斷提高，對電廠的生產運行和管理提出了更高的要求。以集散控制及工控機技術為核心的電廠生產過程自動控制技術，在電力生產系統內得到了大力的發展，并在近年逐步成熟起來，普及到輔助設備的集中控制中。相對火電廠復雜的生產控制系統水電廠系統更為簡單，也正因為如此其對“嚴格、合理、可靠、經濟、完善”和“無人值班、少人值守”的要求更為嚴格，水電廠的輔助設備集中控制新技術的研究與應用也顯得更加重要和迫切。

1　技術要求

水電廠輔助設備主要包含油、水、氣三大系統及更為邊緣的通風、照明系統。油系統主要為油壓控制及供排油管路；水系統主要為自動排水及強制水循環控制及相關管路；氣系統為氣壓控制及供排氣管路。三大系統均直接與生產主設備息息相關，通風、照明系統雖與生產系統無聯系，但對于地下式水電廠廠房也是安全生產的必要條件。因此，輔助設備集中控制需結合電廠的實際要求，采用先進的技術及軟件開發平臺，用于提高電廠的設備管理綜合水平，滿足設備管理的現代化、信息化水平，并適應電廠“無人值班”制度的要求。

它的具體功能要求與水電廠主設備監控要求一致，包括：數據采集、控制運算、控制輸出、設備和狀態監視、報警監視、遠程通信、變量的趨勢和歷史顯示、日志記錄、報表生成、事件順序識別、圖形顯示、控制調節、順控設備等。

（1）數據采集：完成實時模擬量、開關量的實時數據采集功能。

（2）設備和狀態監視：從中控室輔助設備集中控制服務器或網頁上可監視到系統本級以下的所有硬件的狀態，還可以診斷到各節點的故障。

（3）報警監視：反映系統本身及其相關設備故障以及某些特定事件，并提供故障的詳細信息。

（4）遠程通信:系統可以通過各種通訊控制模塊與其它系統進行通訊，也可以通過現場控制站主控模塊的多功能接口卡使用RS-232、RS-485等協議與其它系統進行通訊，在不方便連線的場合還可以用無線通訊模塊進行無線通訊。

（5）變量的趨勢和歷史顯示:系統的歷史數據庫，可按照模擬量掃描周期和開關量狀態變化，保留一段時間內的所有點歷史數據和事件，支持變量的成組跟蹤顯示和歷史顯示。

（6）日志記錄：按時間順序自動記錄、存儲和查詢運行過程中發生的各種隨機突發事件的功能，為運行人員提供事故分析的詳細依據。

（7）圖形顯示：以圖形方式表現現場的主要工藝流程和有關的動態信息，并具有對動態點進行操作的手段。

（8）報表打印：報表大致分為定時報表和實時報表。定時報表一般用來在規定的時刻打印生產過程的操作記錄和統計(求和、平均等)。實時報表則用來隨機打印某個時刻的報表或者歷史報表，它由人工觸發。

同時它也有不同于主設備監控系統的功能要求。輔助設備相比主設備數量眾多、品牌不統一，系統易隨主設備檢修而發生變動，因此除滿足以上功能要求外，輔助設備控制系統還應具有開放的模板及接口，方便日后維護及升級需求。

2　發展現狀

2.1輔助設備集中控制技術發展背景

20世紀90年代以來，由于PC-based的工業計算機（簡稱工業PC）的發展，以工業PC、I/O裝置、監控裝置、控制網絡組成的PC-based的自動化系統得到了迅速普及，成為實現低成本工業自動化的重要途徑。由于基于此PC的控制器被證明可以像PLC一樣可靠，并且被操作和維護人員接受，系統易于安裝和使用，有高級的診斷功能，為系統集成商提供了更靈活的選擇。所以，越來越多的工業生產控制系統采用PC控制系統。基于PC的監控系統也在水電廠生產控制系統中得到了普及。

然而，盡管PC控制系統有著眾多優點，時至今日工業PC并沒有代替PLC，主要有兩個原因：一個是系統集成原因；另一個是軟件操作系統Windows NT的原因。一個成功的PC-based控制系統要具備兩點：一是所有工作要由一個平臺上的軟件完成；二是向客戶提供所需要的所有東西。因此，其數據復雜且設備集成度高。在控制邏輯簡單、系統分散的輔助設備控制方面工業PC不可能與低價的微型PLC競爭，因此水電廠輔助設備仍多采用PLC控制。

然而要如何實現即擁有PC監控系統同樣的功能又免除高成本、數據復雜、集成度高的不利因素？這就需要完成輔助設備集中控制組網工作。每一套采用PLC控制的輔助設備系統都會具有遠程網絡通訊接口，即遠程I/O通訊口，PLC在完成控制的同時可將所有設備狀態、遠程控制指令通過遠程I/O通訊口聯網傳輸至中控室輔助設備集中控制主機，運行人員通過主機進行全廠輔助設備的監控。

2.2現階段輔助設備集中控制技術應用方式

輔助集中監控系統完善項目主要的工作內容包括網絡結構的設計、軟件結構設計、子系統相關設備通訊方式調研、通訊規約調試、硬件及軟件配置、代碼編程、綜合調試。

由于輔助設備地域分散，網絡結構設計階段需對所有設備按地域進行劃分，依據劃分結果通過工業網絡將各個區域輔助設備控制系統PLC以遠程I/O方式匯聚形成一個完整的輔助系統集中控制網絡，使全廠輔助設備控制系統的結構清晰、功能明確。在子系統相關設備通訊方式調研后輔助設備控制數據通過統一的通訊協議（常見為modbus）傳輸至中控室內的數據服務器。

在數據服務器上使用組態軟件實現控制系統上位機功能。除各大PLC廠商各自自行研發推廣的組態軟件外，而最常用的第三方上位機組態軟件主要有Intellution公司(現為GE所收購)的iFix及Wonderware公司的Intouch，代表著目前主流組態軟件的兩個方向。這些軟件各有優劣，都能滿足絕大部分的輔網設計需要，其中ifix由于其VBA的開放性接口，能夠擴展實現的功能多，對各種硬件、軟件協議及數據庫等的兼容性比較好，適用于大型的或較復雜的控制系統，而Intouch在易用性和高性能上面獨樹一幟，比較適用于中小型系統。

在軟件結構設計步驟中，根據輔網網絡配置及輔網控制要求，將所有子網系統的控制畫面集中到輔網上位機中，實現輔網操作員站對子網所有系統的監視與控制。要綜合分析硬件配置的性能，各廠商采用的總線、協議規格，驅動的兼容性，以及對畫面風格，操作習慣、權限分配、報警記錄、數據庫查詢、可靠性乃至經濟成本在內的眾多要求，選擇出最合適的軟件和開發模式。

3　發展方向

隨著工業自動化控制理論、計算機技術和現代通信技術的迅速發展，水電廠輔助設備集中控制技術將向智能、網絡化、全集成自動化等方向發展，具體表現在以下幾個方面。

3.1 PC化

傳統PLC自身存在著難以構建開放硬件體系結構及編程方法雜亂、不統一的缺點，軟PLC的出現客服了這些缺點。它在保留PLC功能的前提下，采用面向現場總線網絡的體系結構，采用開放的通信接口，如以太網、高速串口等，采用軟件來實現傳統PLC的功能。隨著軟PLC控制組態軟件的進一步完善和發展，安裝有軟PLC組態軟件和PC-based控制的市場份額將逐步得到增長，現階段使用PLC控制、PC組態方式的輔助設備集中控制系統也必將朝著這個方向發展。

3.2開放性

當前，過程控制領域最大的發展趨勢之一就是ethernet技術的擴展，輔助設備集中控制系統也不例外。現在越來越多的PLC供應商開始提供ETHERNET接口。可以相信，PLC將繼續向開放式控制系統方向轉移，尤其是基于PLC及工業PC的輔助設備集中控制系統。

3.3網絡化

計算機網絡技術、無線技術以及智能傳感器技術的結合，使得工業現場的數據能夠通過無線鏈路直接在網絡上傳輸、發布和共享。無線局域網技術能夠在工廠環境下，為各種自動化設備之間的通信提供高帶寬的無線數據鏈路和靈活的網絡拓撲結構，在一些特殊環境下有效地彌補了有線網絡的不足，進一步完善了工業控制網絡的通信性能。無線局域網設備使用隔離型信號轉換器，將工業設備的RS-232串口信號與無線局域網及以太網絡信號相互轉換，符合無線局域網IEEE 802.11b和以太網絡IEEE 802.3標準，支持標準的TCP/IP網絡通信協議，有效的擴展了工業設備的聯網通信能力。

4　新技術應用

PC化、網絡化的水電廠輔助設備集中控制技術還未能在水電廠輔助設備集中控制中得以應用，然而在個別輔助設備控制中已經實現應用，如照明、通風控制系統。以通風控制系統為例，與輔助設備集中控制相似，通風系統風機控制點分散，僅需控制風機的啟停，控制簡單。單臺風機采用PLC控制過于浪費，多臺風機采用一個PLC控制又需長距離敷設電纜，易使簡單系統復雜化。自動化元器件及網絡技術的發展，使得水電廠風機控制模塊化。每個風機由一個模塊控制，每個模塊由網卡及單片機組成，針對風機所在位置不同，部分風機采用有線方式連接，部分風機采用無線方式連接，系統通過TCPIP協議以總線型方式與系統服務器通信，控制邏輯通過軟PLC方式由組態軟件編寫于服務器中。整個系統由服務器、風機控制箱子（包含控制模塊、風機電源、控制電源、接觸器）組成，系統簡潔明了。

5　結語

現階段實現的輔助設備集中控制現場控制層采用PLC技術，網絡結構采用工業以太網，軟件平臺綜合了主流組態軟件、工業數據庫、面向對象的軟件開發等。這種結構改變了以往串口通信等模式在傳輸速率及擴展的局限性,改變了上下位機一對一的開發監控模式,為系統提供了易于擴展的開放性接口。軟PLC及網絡技術的發展將為水電廠輔助設備集中控制技術帶來一個高速、可靠、多樣化的時代。

參考文獻：

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中圖分類號：TP273

文獻標識碼：A

文章編號：1672-5387（2015）07-0049-03

DOI：10.13599/j.cnki.11-5130.2015.07.014

收稿日期：2015-04-30

作者簡介：沈小鈺（1987-），女，助理工程師，從事通信系統及計算機監控系統的維護及開發工作。