淺談中小型水電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡結構設計論文

1、<p>　　淺談中小型水電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡結構設計摘 要：介紹幾種適用于中小型水電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡結構設計方案。根據(jù)水電站的具體情況選擇性價比優(yōu)越的綜合自動化系統(tǒng)方案。僅供狼友參考。還有什么好的方案可共同探討。關鍵字：中小型水電站 計算機監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡結構 設計</p><p>　　為了適應電力工業(yè)發(fā)展的需要，進一步提高設備安全運行及自動水平，改變我國電廠運行管理用人多，效率低的落后局面，

2、水電站值班方式的改革勢在必行，使水電站運行管理達到無人值班（少人值守）的水平。</p><p>　　水電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)設計應掌握以下幾個設計原則：</p><p>　　● 按照全廠綜合自動化以計算機監(jiān)控為主、常規(guī)控制為輔的指導思想進行總體設計和系統(tǒng)配置，使計算機在水電站的應用達到一個新的水平；</p><p>　　● 對于梯級電站，在梯級電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)之間進行

3、通訊，應從安全性和經(jīng)濟性的角度實現(xiàn)部分梯級調度的能力；</p><p>　　●系統(tǒng)高度可靠、高度冗余，其本身的局部故障不會影響現(xiàn)場設備的正常運行;</p><p>　　●系統(tǒng)配置和設備選型應符合計算機發(fā)展迅速的特點，充分利用計算機領域的先進技術；</p><p>　　●全分布開放式系統(tǒng)，既便于功能和硬件的擴充，又能充分保護用戶的投資。分布式數(shù)據(jù)庫及軟件模塊化、結構化

4、的設計，使系統(tǒng)更能適應功能的增加和規(guī)模的擴充；</p><p>　　●實時性好，抗干擾能力強；</p><p>　　●友好的人機接口功能，操作方便。</p><p>　　目前大多數(shù)設計院和計算機監(jiān)控生產(chǎn)廠家，對水電站綜合自動化系統(tǒng)都是按分層分布開放式無人值班（少人值守）的運行方式設計，整個系統(tǒng)在物理上分為兩層：電站主控層和現(xiàn)地控制層。</p><

5、p>　　電站控制層即上位機系統(tǒng)主要用于綜合自動化的組態(tài)、維護、水電站運行的監(jiān)視、操作、信息管理、遠動和優(yōu)化控制。其主要設備配置各種工作站、通信網(wǎng)絡設備、打印設備、UPS、GPS對時設備、電話語音報警、模擬返回屏、操作控制臺等。</p><p>　　現(xiàn)地控制層由一系列水電站綜合自動化裝置組成，包括機組現(xiàn)地控制單元、開關站及公用現(xiàn)地控制單元、微機保護測控單元、輔機控制單元等。</p><p&

6、gt;　　用戶可根據(jù)水電站的實際情況，進行經(jīng)濟技術比較，選用性能價格比優(yōu)越的方案。下面淺談幾種中小型水電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡結構設計方案。</p><p>　　圖1 集散式綜合自動化網(wǎng)絡結構圖</p><p><b>　　一、集散式組網(wǎng)結構</b></p><p>　　該網(wǎng)絡結構是基于RS485/Modbus等現(xiàn)場總線聯(lián)接的實時通訊網(wǎng)絡，如圖1

7、所示。其特點就是所有監(jiān)控功能在一臺主機上運行，簡單、可靠、造價低、投資少。適用于對監(jiān)控系統(tǒng)要求不高的小型水電站綜合自動化系統(tǒng)。</p><p>　　二、分層分布式組網(wǎng)結構</p><p>　　該網(wǎng)絡結構基于以太網(wǎng)聯(lián)接的實時通訊網(wǎng)絡，如圖2、3、4所示。</p><p>　　1、圖2為采用一體化工控機上以太網(wǎng)方式，為全開放、分層、分布式結構，PLC、保護、勵磁、調速器

8、、輔機等設備通過一體化工作站與上位機系統(tǒng)通信。這種設計一般在現(xiàn)地設備的配置上，考慮在工控機故障時仍可獨立運行。即所有現(xiàn)地單元均可以各自獨立運行。每個單元都是由工業(yè)控制微機和可編程控制器(PLC)及各個專用功能裝置或設備構成，并可以設計成具有各自獨立的現(xiàn)地操作、監(jiān)控功能。該系統(tǒng)功能豐富、人機界面友好、可靠性更高，性價比高，但是投資較高，適用于中型水電站綜合自動化系統(tǒng)。</p><p>　　2、圖3為采用PLC直接連

9、接以太網(wǎng)的全開放、分層、分布式網(wǎng)絡結構，保護、勵磁調速器、輔機等設備通過PLC與上位機系統(tǒng)通信，采用工業(yè)級觸摸屏作為人機界面，系統(tǒng)可靠性極高、性價比高，設備直接上網(wǎng)便于網(wǎng)絡控制和管理，系統(tǒng)響應速度大大提高。適用于通信協(xié)議較少，對監(jiān)控系統(tǒng)要求較高在中型水電站綜合自動化系統(tǒng)。</p><p>　　3、圖4為采用PLC直接連接以太網(wǎng)的全開放、分層、分布式網(wǎng)絡結構，與圖3比較，該方案中保護、勵磁、調速器、直流系統(tǒng)等裝置通

10、過通訊管理機與上位機系統(tǒng)通信，減輕PLC通信負擔。該設計方案考慮到各PLC生產(chǎn)廠家在直接上網(wǎng)哪個（以太網(wǎng)）上并不是支持所有產(chǎn)品，而且價格較高，因此我們可以考慮另外一種現(xiàn)地設備上網(wǎng)配置方案，就是通過多串口通訊轉換裝置（通訊管理機）將PLC和其他現(xiàn)場總線設備接入以太網(wǎng)絡系統(tǒng)。我們可以在每一個LCU設置一臺通訊轉換裝置，也可以全廠集中設備一臺通訊轉換裝置。該方案的特點是成本較低、性能可靠、系統(tǒng)響應速度快。適用于通信協(xié)議復雜，協(xié)議數(shù)較多而PLC

11、通信接口數(shù)較少，對監(jiān)控系統(tǒng)要求較高的中型水電站綜合自動化系統(tǒng)。</p><p><b>　　三、冗余組網(wǎng)方式</b></p><p>　　水電站實現(xiàn)“無人值班”（少人值守）后，由于現(xiàn)場值班人員減少，每值班往往只有兩人，當現(xiàn)場設備出現(xiàn)故障時，維護人員一般要等待較長時間才能抵到現(xiàn)場，因此對于監(jiān)控系統(tǒng)可靠性要求極高在中型水電站，可以采用圖5所示的基于以太網(wǎng)聯(lián)接的冗余組網(wǎng)方式

12、。</p><p>　　該組網(wǎng)方式的硬件要求可根據(jù)要求采用多層次的冗余措施，如數(shù)據(jù)服務器、操作員工作站、通訊服務器、網(wǎng)絡交換機、網(wǎng)絡通道、UPS、現(xiàn)地總線、機箱電源、機柜電源等，都可以實現(xiàn)冗余配置，并可對PLC擴充雙CPU、雙電源、I/O模塊熱插拔等功能，系統(tǒng)要求由軟件實現(xiàn)冗余設備的檢測與故障診斷，實現(xiàn)冗余部件的無擾動切換，確保系統(tǒng)中某一部件的故障不影響系統(tǒng)的正常運行。故障部件稍后可由維護人員及時處理。該方案系統(tǒng)

13、功能極為豐富，可靠性極高，適用于對監(jiān)控系統(tǒng)要求極高的中大型水電站綜合自動化系統(tǒng)。</p><p>　　四、典型配置的網(wǎng)絡結構</p><p>　　水電站綜合自動化系統(tǒng)網(wǎng)絡結構十分靈活，可根據(jù)各自水電站的具體的情況進行設計，在進行系統(tǒng)網(wǎng)絡結構設計時應考慮水電站在電力系統(tǒng)中的重要性、水電站的運行管理方式、水電站建設資金狀況、水電站周圍帝力環(huán)境的影響、水電站與其他系統(tǒng)的關系等因素。</p&

14、gt;<p>　　水電站綜合自動化系統(tǒng)一般典型配置網(wǎng)絡結構如圖3所示，具體配置如下：</p><p>　　●兩臺操作員工作站：實現(xiàn)生產(chǎn)過程的監(jiān)視與控制，實現(xiàn)對電站的自動管理；</p><p>　　●一臺或多臺通訊工作站：負責本系統(tǒng)同其他系統(tǒng)的通訊，如網(wǎng)調、省調、MIS系統(tǒng)、水情測報系統(tǒng)、大壩監(jiān)測系統(tǒng)、工業(yè)電視監(jiān)控系統(tǒng)以及電廠計算機監(jiān)控系統(tǒng)等的通訊；</p>&l

15、t;p>　　●現(xiàn)地LCU 按單元分布，每臺機組設置一個LCU，開關站及公用系統(tǒng)共用一個LCU，輔機系統(tǒng)設置一個LCU。LCU的具體配置需更具對控制系統(tǒng)可靠性的要求進行配置，并可采取適當?shù)奶岣呖煽啃缘拇胧写笮蜋C組LCU可采用必要的冗余措施，確保控制裝置的可靠性；</p><p>　　●系統(tǒng)還可以設置語音報警報警裝置、工程師工作站、培訓仿真工作站、廠長終端以及大屏幕投影儀或大屏幕電子顯示屏等。</p&

16、gt;<p>　　對于某些小型水電站，由于被控制對象的規(guī)模較小，所需實現(xiàn)功能也比較簡單，另外投資額也較低，因此計算機監(jiān)控系統(tǒng)的設備盡可能地采用簡化配置方式。</p><p><b>　　【參考資料】</b></p><p>　　1、方輝欽 現(xiàn)代水電廠計算機監(jiān)控技術與試驗 中國電力出版社</p><p>　　2、生產(chǎn)廠家產(chǎn)品說明書

17、北京四方利水自動化設備有限公司</p><p>　　3、重慶大學金沙電氣研究所 重慶新世紀電氣有限公司 中小型水電站微機自動化系統(tǒng) </p><p>　　4、生產(chǎn)廠家產(chǎn)品說明書 珠海萬力達電氣股份有限公司</p><p>　　5、生產(chǎn)廠家產(chǎn)品說明書 宜昌市能達通用電氣股份合作公司</p><p>　　6、生產(chǎn)廠家產(chǎn)品說明書 國電南京自動化股份