H9000V4.0系统在清水塘水电站的应用

宋乃兴，谷东永，牛晓光，毛 琦，周永滨，张本德

（中国水利水电科学研究院中水科技公司，北京100038）

H9000V4.0系统在清水塘水电站的应用

宋乃兴，谷东永，牛晓光，毛 琦，周永滨，张本德

（中国水利水电科学研究院中水科技公司，北京100038）

主要介绍了湖南清水塘水电站计算机监控系统的设计原则、软件特点，并着重描述了该项目计算机监控系统的总体结构及主要功能实现。

清水塘水电站；总体结构；功能实现

0 引言

清水塘水电站是沅水干流梯级开发中湖南省境内第6级电站，是一个以发电为主，兼有、灌溉、通航等综合利用的水电枢纽工程。该电站设4台灯泡贯流式水轮发电机组，每台机组的额定容量为32MW；主变压器设2台，每台容量为75000kVA；近区变1台，容量为2000kVA；11kV近区线路4回；厂变2台，每台容量为1250kVA；110kV出线2回。

1 监控系统设计原则

考虑到清水塘水电站的特点、地理位置及运行条件等，监控系统应满足安全、可靠、经济、实用的原则，能提高电站劳动生产率，减人增效，提高运行管理水平，减少维护工作量，按“无人值班”（少人值守）的原则进行总体设计。

监控系统采用全计算机监控的方式，其功能和设备均按全计算机监控方式进行设计和配置。

监控系统高度可靠，与电厂安全运行密切相关的设备采用双重化设置，监控系统本身的局部故障不应影响现场设备的正常运行。

监控系统采用符合国际开放系统标准的分层分布以太环网络结构，各单元采用标准模件，既便于功能和硬件的更新和扩展，又能方便日常运行的维护。软件模块化、结构化，使系统更能适应功能的增加和规模的扩充。

系统主要硬件设备采用进口原装设备。

系统实时性好，抗干扰能力强。

人机界面采用中文、功能强、操作方便、简洁、灵活，便于二次开发。

具有本电站和上级调度中心、高频开关电源（直流）系统、泄洪闸门控制系统和其它系统之间的通讯接口。

与泄洪闸门控制系统、调速器、励磁系统、微机保护装置以及厂用供排水、气、油系统控制单元之间的通信规约转换均由计算机监控系统完成。

具有反映机组振动、机组内烟雾的监测能力系统留有局域网接口，实现厂区局域网用户数据共享。

2 监控系统总体结构

整个清水塘电站计算机监控系统分为二级：主控级（电站级）和现地控制级，主控级和现地控制级经快速以太环网相连，现地控制级采用PLC直接上网的方式。计算机监控系统结构图如图1。

图1 清水塘水电站计算机监控系统结构图

电站控制级包括以下部分：

2台主机工作站，2台操作员工作站，1套工程师工作站，2套通信工作站，1台ON-CALL工作站，1套网络终端打印服务器，2套不间断电源，1套时钟同步系统，1套大屏幕投影系统。此配置均为双机冗余结构，以互为热备用方式工作，可同时工作，同时接受各种实时数据，更新数据库，数据库内容时刻保持一致；可互相监视，1台完成监视控制任务，另1台则进行正常监视。当监控工作站故障时，监视工作站自动升为监控工作站。

现地控制级包括以下部分：

4套机组LCU，1套开关站LCU，1套公用LCU。所有LCU均由可编程控制器组成，并且所有可编程控制器及控制电缆均采用热备冗余设计。电站层与现地层之间的数据通讯采用以太网通讯模式，该模式采用双网双机采集、控制方式，保证了在任何一条链路出现问题的情况下，另外一条链路可以正常采集、控制现地LCU的数据。其设计也能保证当它与主机系统脱离后仍然能在当地实现对有关设备的监视和控制功能。当其与主机恢复联系后又能自动地服从上位机系统的控制和管理。机组LCU、开关站LCU和公用LCU要求都配备进口可编程控制器（PLC）及相应进口智能I/O模块和12寸彩色液晶显示触摸屏，通过彩色液晶显示触摸屏，可实现当地人机接口。

3 监控系统主要功能的实现

对于电站来讲，安全可靠是电站的第一要务，H9000V4.0可以通过计算机监控系统对所需要操作的设备进行逻辑闭锁，并且提供较为全面的闭锁逻辑方式，可以完成较为复杂的逻辑闭锁功能。计算机监控系统的逻辑闭锁和LCU的逻辑闭锁共同组成了对现场设备闭锁的双保险，大大增强了对现场设备操作的安全性和可靠性，最大限度地保证了机组及相应设备的安全运行。

3.1 上位机功能实现

电站层双配置的构成，实现监视控制现地设备等功能，形成全站监控中心。

（1）实时数据的显示及查询：H9000计算机监控系统里面包括设备的画面，可以真实的发映出当前时间下的设备状态，监控系统也可以通过逻辑名或点号对数据库进行搜索，并可以快速准确的定位到需要查询的点，提高了运行人员的工作效率，也节省了很多时间。

（2）历史数据查询：H9000采用Oracle数据库对历史数据进行储存，还可以在人机界面上生成历史曲线，用于对某个时间段的数据进行查询、分析。

（3）报警功能：电站控制层单独配1套ON-CALL工作站，可以对全厂故障、事故点进行语音报警，也可以通过短信发送装置发至您的移动电话上，完全可以避免了很多重大事故的发生。

（4）时钟同步：清水塘项目配备了1套GPS时钟，可实现全厂计算机监控系统及其它监视设备时间一致功能。

3.2 下位机功能实现

现地单元层包括6套LCU，均采用施耐德PLC双机冗余配置，下位机是连接上位机和现地具体设备的枢纽，上位机功能的实现完全靠下位机的稳定运行。

（1）CPU切换功能：主、备用CPU在运行的过程中，均采集各自相关网络模块的状态，并互相交换网络模块的状态信息，当主用CPU相关的网络模块全部损坏之后，备用CPU会自动切换为主用CPU。

（2）数据采集及控制：各单元层配置全厂自动化元件的I/O模块，LCU完成对监控对象的数据采集及数据预处理，负责向网络传送数据信息，并自动服从上位机的命令和管理。同时各LCU也具有控制、调节操作和监视功能，配备12英寸触摸屏，当与上位机系统脱机时，具有必要的监视和控制功能。

（3）闭锁功能：LCU控制程序里可以做复杂的逻辑闭锁，与上位机闭锁形成双保险，保证了全厂安全闭环控制与调节，提高了全厂发电运行的可靠性。

（4）现地控制：实现触摸屏对机组以及辅助设备的控制和监视。针对每台LCU的信息实现实时监视，主要监视画面的丰富显示，主要设备控制命令实现完全控制。同时提供开机、停机、事故停机、紧急停机，事故复归按钮操作，避免上位机以及触摸屏通讯中断的情况下对机组可以进行控制。

（5）可扩展的通讯方式：在每台LCU我们都配置了串口通讯器（MOXA UC-7410）.通过这个通讯器我们实现与调速器系统、励磁系统、辅机系统以及保护系统、电量采集系统的通讯。同时根据设备与LCU的远近实现通讯程序的分配，避免通讯距离的过长造成信号的不稳定以及节省电缆的铺设。同时通过通讯机所有数据送到PLC中，通过PLC丰富的数据处理功能进行及时处理，避免信号的采集不及时以及减少上位机处理数据的功能，实现整个通讯系统稳定快速的运行。

3.3 网络结构实现

网络主干采用光纤组成100M工业以太网双环网结构，传输速率应为自适应式，采用TCP/IP协议，遵循IEEE802.3标准。在中控室配置2台模块化工业以太网交换机，每台提供2个100M光纤口，用于组网，提供22个10/100MRJ45口，用于和控制室服务器和操作员站连接。在每个现地LCU控制柜，配置2台模块化工业以太网交换机，每台提供2个100M光纤口，用于组网，提供6个10/100MRJ45口，用于与控制柜内PLC的以太网通讯模块连接。传输介质为光纤。

在LCU以下采用现场总线用以连接远程I/O及现地智能监测设备。现场总线采用开放、通用的协议；传输介质采用光纤。为了提高系统的可利用率，现场总线均采用双冗余结构。传输速率大于1Mb/s。

4 监控系统软件特点

4.1 上位机软件

按照监控系统的硬件配置，采用UNIX/WINDOWS操作软件，树形结构配置生成I/O测点库，并且可下载到装置，做到I/O测点只配置一次，上、下都能使用。具有共性的事件处理，综合量、二次量计算。做到一次定义，多次使用。

（1）IPM画面生成支持按对象的连接，使得画面可按对象复制，并且画面可独立于实时库进行前景连接检查。画面显示支持动画功能，用鼠标点出设备对象操作菜单。

（2）Dtool数据库采用事件驱动方式，当事件产生后，立刻处理和此事件有关的工作，例如判断是否为事故、故障，是否要启动追忆，推出事故处理指导，启动顺控流程等。

4.2 下位机软件

下位机软件均采用Windows XP为操作平台。PLC编程软件为Unity Pro 2.3，触摸屏为pro-face7.23版本。编程软件均汉化，简单易懂。具体特点有：I/O数据采集和处理、PID调节、控制闭锁和操作处理、顺序控制流程解释与执行、辅助设备控制通讯、网络通讯等。

5 结束语

清水塘水电站计算机监控系统配置先进，完全满足了用户“无人值班”（少人值守）的要求，实现了对全厂设备数据采集和监视控制。系统控制层均采用冗余开放的系统，大幅地提高了机组运行的安全性、可靠性。系统自投运以来，设备运转正常，系统运行良好，得到了客户的一致好评。

[1]杨春霞，李建辉，张捷，等.三峡右岸电站计算机监控系统配置及LCU功能实现[J].水电自动化与大坝监测，2007，（4）.

[2]邓鹏程，谌斐鸣，杨丹丹，等，三板溪电厂计算机监控系统设计及应用[J].水电站机电技术，2010，（3）.

[3]IEC 61131-3国际标准简介[Z].

[4]Unity Pro语言和程序结构参考手册[Z]，施耐德电气公司.

[5]GP用户手册[Z].上海天任电子有限公司.

TV736

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1672-5387（2011）03-0043-03

2011-04-11

宋乃兴（1984-），男，助理工程师，从事计算机监控系统开发、研制工作。