燕山水库工程计算机监控系统

□王千飞（河南省水利勘测设计研究有限公司）

一、工程概况

燕山水库在沙颍河主要支流澧河上游干江河上，是历次淮河流域规划中为提高沙、澧河防洪标准和综合利用澧河水资源而选定的大型综合利用水库，是19项治淮重点工程之一，亦是河南省"十五"计划的重点项目。本工程以防洪为主，结合供水、灌溉，兼顾发电等综合利用效益，主要永久建筑物有水电站、溢洪道、泄洪洞、输水洞和大坝组成。水电站安装3台单机容量为630kW的立式水轮发电机组，电气主接线采用三机二变扩大单元接线方式，并以一回35kV出线接入电力系统。溢洪道设有6孔弧形钢结构闸门，采用液压启闭方式。泄洪洞进口、输水洞出口各工作闸门均设有1孔弧形钢结构闸门，均采用液压启闭方式。

燕山水库工程于2008年6月通过蓄水阶段验收并正式下闸蓄水，水电站3台机组于2008年12月通过机组启动验收。燕山水库主体工程现在已经完工，工程已进入扫尾阶段。

二、监控系统设计原则

燕山水库工程水电站、闸门两部分具有相对独立的功能，且布置在不同的位置。为适应本工程的特点，计算机监控系统按两个子系统设计，即水电站计算机监控系统和闸门计算机监控系统。根据工程运行和管理的实际需要，以及我国水利水电自动化技术的发展水平，确定计算机监控系统按以下原则进行设计。

一是本着技术先进、安全可靠、经济实用的原则，按计算机为主、常规设备为辅的监控方式进行总体设计和系统配置。系统投运后能满足“无人值班”（少人值守）的要求；二是采用技术先进、运行成熟的全分布开放式计算机监控系统；系统的软硬件安全可靠，能在工程现场的恶劣环境下长期连续稳定运行；三是系统配置和设备选型能适应计算机技术发展迅速的特点，既便于功能和硬件设备的扩充，又能充分节省用户投资；四是软件采用模块化、结构化的设计，使监控系统更适应功能的增加和规模的扩充；五是人机接口功能强，操作方便，全汉化界面，显示的画面和打印的文件清晰醒目；六是实时性好，防雷击、抗干扰能力强等。

除满足上述要求外，对于水电站监控系统，要按照综合自动化的要求，能够稳定、可靠的与调度中心计算机系统之间进行通信，实现遥信、遥测、遥控和遥调的功能。对于闸门监控系统，要与电站计算机监控系统实现数据通信，传输闸门监控系统实时数据，并与水情测报计算机系统实现数据通信，传输水情测报系统实时及控制指令。

三、水电站计算机监控系统

（一）系统结构

水电站计算机监控系统采用基于以太网络的开放式环境下全分布计算机监控系统，分为主控级和现地控制级，系统结构如图1所示。

图1 水电站计算机监控系统结构框图

主控级布置在电站中央控制室，设有1台操作员工作站，1台工程师工作站，1台通信工作站，1套在线式UPS电源，1台网络打印机等设备。现地控制级共设4套控制单元（LCU），其中3套用于机组，1套用于开关站及公用设备。系统配置网络设备1套，主控级与现地控制级间用10/100Mbps光纤以太网连接。

操作员工作站采用CPU为64位的Sun Ultra5工作站，配置21吋显示器，完成全站设备的监控，取代了常规设备的所有功能。工程师工作站采用1台CPU为64位的Sun Ultra5工作站，用于培训仿真，系统维护，兼具操作员工作站的全部功能，可作为操作员工作站的备用机。通信服务器采用1台ICA2000工控机，配有Modem用于与调度中心通信，同时还与GPS卫星时钟通信。

现地控制级LCU主要由数据采集单元（Modicon PLC）、液晶触摸屏、电量采集装置、温度巡检装置以及微机自动准同期装置组成。现地控制级LCU采用PLC直接上以太网的通讯方式，可实现高速通讯和资源共享。

（二）系统功能

1.数据采集与处理

信号类型分为模拟量、开关输入量、脉冲量、开关输出量，以及在此基础上产生的统计量。

2.控制和调节

对电站自动化设备，包括机组及其附属设备、油压装置、高低压空压机、渗漏排水泵、检修排水泵、高低压断路器等都通过顺控流程进行控制。对机组有功、无功进行PID闭环调节及AGC/AVC控制调节。

3.通信管理

与外部设备通信获取信息，如GPS时钟系统、继电保护系统、电量采集装置、温度巡检装置、微机调速器、微机励磁装置、微机直流装置、闸门监控系统、电力调度系统等。

4.画面显示

画面调用允许自动及召唤方式实现。整个画面显示清晰稳定、画面构图合理、刷新速度快且操作简单。

5.辅助运行管理

具有事故记录和追忆、操作票自动生成功能。支持运行日志、月报表、年报表。统计并记录机组、辅助设备开停次数，断路器合闸、跳闸次数以及累计运行时间，为电站管理层提供合理安排运行和检修计划的依据。

（三）系统软件

系统软件基于UNIX/RISC技术，是一个开放的分布式计算机监控软件，其人机接口采用X窗口系统，Motif用户界面，包括图形显示、报表和记录的显示打印、报警及信息显示、功能键盘管理、应用系统管理等功能。网络通信使用TCP/IP网络协议，并采用Client/Server模型。其数据库是一个基于开放式网络系统的面向实施监控的监控对象的分布式数据库管理系统，可进行数据库加载、运行处理、备份及数据存取处理，各节点数据库的数据可通过网络共享。软件系统还配有AGC/AVC、交互式图形编辑、报表编辑等模块。

四、闸门计算机监控系统

（一）系统结构

闸门计算机监控系统主要由闸门监控主机、现地PLC站等组成，监控主机布置在溢洪道右岸桥头堡3层的信息管理中心内。监控主机采用研华IPC工控机，配置21吋显示器、网络打印机等。溢洪道6孔工作闸门、泄洪洞和输水洞各1孔工作闸门均配置一套现地PLC站，现地PLC站均布置在各自启闭机旁。现地PLC站除配置ModiconPLC模块外，还设有触摸屏、闸门开度以及其他测控仪表等。闸门监控主机通过以太网与电站计算机监控系统主控级计算机连接；通过以太网口与现地共8套PLC连接。闸门监控主机可以接受远程计算机的指令，并通过网络上送监控数据。闸门计算机监控系统结构如图2所示。

图2 闸门计算机监控系统结构框图

（二）系统功能

1.手动操作功能

通过设在闸门启闭机附近的现地PLC站内的常规设备对闸门进行开启、关闭及停止操作。现地PLC站上设有手动/现地自动/远程自动选择开关，手动操作具有最高优先权。

2.现地自动控制功能

通过现地PLC站内的PLC对闸门进行单门开启、关闭和停止操作，以及按人工设定单门开高对闸门进行自动控制。

3.远方控制功能

闸门监控主机接受远方调度指令，按人工设定闸门开高或按水情测报给定泄洪流量，自动分配单门和合分组流量，对闸门进行自动控制，实现总流量闭环控制。

4.液压系统控制功能

包括对油压装置油泵、比例阀组进行自动控制，以及根据需要对油缸和闸门进行纠偏控制和持住控制等。

5.实时监控功能

对泄洪流量、闸门开度值、闸门上下限位置、液压系统的运行状态进行实时监视，自动打印运行报表、操作记录、故障报表等。

6.监测报警功能

包括主机自检、PLC故障检测、闸门开度仪故障检测、液压启闭系统设备故障检测、闸门卡阻及越限、闸门下滑及油缸超差的检测与报警等。

为确保闸门操作安全和可靠，闸门的3种控制方式的优先权从高向低按手动操作，现地自动控制,远方自动控制排序，各级之间互相闭锁。

（三）系统软件

系统软件基于Windows95/NT操作平台，具有闸门运行过程中的信息采集与处理、实时控制与调节、安全运行监视、故障诊断与报警、记录和报表、屏幕显示、操作指导等功能。具有单门泄洪量和总泄洪量统计功能，以及根据水情测报系统数据，设定下泄总流量及对闸门进行自动控制等功能。

此外，系统软件建立严格的用户权限管理体系，即针对不同的用户分配不同的权限，特别是对重要的操作，如闸门的控制，只有权限较高的用户才能使用，确保系统具有较高的安全性。

五、结语

燕山水库工程计算机监控系统各部分运行情况表明该系统具有技术先进、可靠性高、稳定性好等特点，能满足本工程对设产设备全面监视和控制的要求，显著提高了工程运行的自动化水平和现代化管理水平，方便了运行维护人员的工作，减轻了劳动强度，降低了生产成本，最大限度的保证了工程安全、优质、高效生产，在防洪、发电、供水等综合效益方面必将发挥重要作用。