大源渡水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)改造淺析

1、1原計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)簡(jiǎn)介及其存在的問題1.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)大源渡水電站原計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)采用奧地利集團(tuán)公司世紀(jì)年代產(chǎn)品。整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)采用分層分布式結(jié)構(gòu)，由負(fù)責(zé)完成全廠集中監(jiān)控任務(wù)的電站級(jí)控制層和負(fù)責(zé)完成號(hào)機(jī)組、開關(guān)設(shè)備、公用設(shè)備、模擬屏驅(qū)動(dòng)及調(diào)度通信等監(jiān)控任務(wù)的現(xiàn)地控制單元層以及網(wǎng)絡(luò)設(shè)備組成。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖所示。圖（）電站控制層包括上位機(jī)、工程師工作站、調(diào)度通信工作站、打印機(jī)、模擬屏、電力專用不間斷電源、同步時(shí)鐘等。）上位機(jī)采用冗余配置，兼做操作員工作站和服務(wù)器。操作系統(tǒng)為，軟件為公司開發(fā)的。上位機(jī)冗余切換板與操作員工作站用光纖串行連接，其主要功能是監(jiān)視工作站的運(yùn)行情況，并使工作站與時(shí)鐘同步。）工程師工

2、作站操作系統(tǒng)為，主要用于上位機(jī)與非系統(tǒng)之間的通信，對(duì)上位機(jī)進(jìn)行日常維護(hù)。）調(diào)度通信工作站操作系統(tǒng)為，網(wǎng)關(guān)軟件為公司開發(fā)的。其串口接至的串行通信處理板，采集令牌環(huán)網(wǎng)上的信息，完成與地調(diào)的數(shù)據(jù)通信。）模擬屏在中控室模擬屏上可實(shí)現(xiàn)號(hào)機(jī)組的并網(wǎng)和停機(jī)操作，以及電站相關(guān)開關(guān)的手動(dòng)合閘、分閘操作。）電力專用不間斷電源經(jīng)過改造的兩臺(tái)電力專用不間斷電源（容量分別為）給電站級(jí)控制層的上位機(jī)、工程師站、調(diào)度通信工作站、打印機(jī)等提供穩(wěn)定可靠的交流電源。）同步時(shí)鐘整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)的同步時(shí)鐘來自。上位機(jī)站通過串口與時(shí)鐘同步；現(xiàn)地控制單元層的與時(shí)鐘相連，它是現(xiàn)地控制單元層的，其它各通過令牌環(huán)網(wǎng)保持時(shí)鐘同步。（）現(xiàn)地控制單元層

3、包括號(hào)機(jī)組的現(xiàn)地控制單元（），開關(guān)站設(shè)備的監(jiān)控（、），發(fā)電機(jī)配電裝置的監(jiān)控（、），近區(qū)配電裝置的監(jiān)控，電站公用大源渡水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)改造淺析鄧朝君（湖南省大源渡航電樞紐管理處，湖南衡陽(yáng)）摘要：介紹了大源渡水電站原計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、配置以及存在的主要問題；對(duì)電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的改造進(jìn)行了分析和總結(jié)，并指出該系統(tǒng)目前仍然存在的問題及處理對(duì)策。關(guān)鍵詞：大源渡水電站；計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)；改造處理對(duì)策中圖分類號(hào)：TP273+.5文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B文章編號(hào)：1672-5387（2010）01-0018- 04收稿日期：2009-10-29作者簡(jiǎn)介：鄧朝君（），工程師，從事水電站電氣設(shè)備維護(hù)工作。第卷第期水

4、電站機(jī)電技術(shù)年月18供排水系統(tǒng)、空壓機(jī)氣系統(tǒng)、直流系統(tǒng)以及廠用系統(tǒng)等設(shè)備的監(jiān)控，全廠通信控制（主要完成、與上位機(jī)及其它的通信），模擬屏驅(qū)動(dòng)及本站與調(diào)度的遠(yuǎn)動(dòng)通信。）號(hào)機(jī)組的現(xiàn)地控制單元（）由主功能組和子功能組（順控模塊、安全模塊）組成，主要完成水輪發(fā)電機(jī)組及其輔助設(shè)備的監(jiān)控。和（順控模塊、安全模塊）通過總線相連；現(xiàn)地觸摸屏以串口與的串行通信板模塊相連；機(jī)組現(xiàn)地各控制單元通過的令牌環(huán)網(wǎng)控制器連在令牌環(huán)網(wǎng)上。）開關(guān)站配電裝置控制單元（、）電站開關(guān)配電裝置的監(jiān)控由兩個(gè)子功能組（配置不完全相同）組成。）發(fā)電機(jī)配電裝置的監(jiān)控（、）由配置完全相同的兩個(gè)子功能組組成，其中（）負(fù)責(zé)、號(hào)機(jī)組配電設(shè)備的監(jiān)控，（）

5、負(fù)責(zé)、號(hào)機(jī)組配電設(shè)備的監(jiān)控。）近區(qū)配電裝置的監(jiān)控由一個(gè)子功能組組成。）公用控制電站公用控制由一個(gè)子功能組成。）全廠通信控制由配置完全相同的兩個(gè)主功能組組成。主要完成、與上位機(jī)及其它的通信，即、通過連在令牌環(huán)網(wǎng)上。雖然兩個(gè)的配置完全相同，但它們分別所連接的子功能組不同，所以本站并非真正意義上的冗余配置。）模擬屏驅(qū)動(dòng)及調(diào)度通信由一個(gè)主功能組成。其模擬量輸出板驅(qū)動(dòng)模擬屏的電測(cè)表計(jì)，數(shù)字量輸出板驅(qū)動(dòng)模擬屏上開關(guān)及刀閘的位置指示；串行通信處理板與調(diào)度通信工作站的串口相連，完成與衡陽(yáng)地調(diào)的遠(yuǎn)動(dòng)通信。（）網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)監(jiān)控系統(tǒng)主要有兩個(gè)獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)總線式以太網(wǎng)和令牌環(huán)網(wǎng)。）電站級(jí)控制層的上位機(jī)、工程師工作站、調(diào)度通

6、信工作站、打印機(jī)由同軸電纜構(gòu)成的總線式以太網(wǎng)。同時(shí)上位機(jī)還通過令牌環(huán)網(wǎng)網(wǎng)卡連在令牌環(huán)網(wǎng)上。）現(xiàn)地各控制單元通過各自的主功能組的令牌環(huán)網(wǎng)控制器連在以光纖為傳輸介質(zhì)的令牌環(huán)網(wǎng)上。其中號(hào)機(jī)組現(xiàn)地控制屏及中控室屏內(nèi)分別安裝令牌環(huán)網(wǎng)集線器（）。1.2存在的問題大源渡水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)自年月投運(yùn)以來，運(yùn)行情況總體較好。但近些年也逐漸暴露出了一些問題，主要如下。（）上位機(jī)站硬件配置低且經(jīng)常出現(xiàn)死機(jī)現(xiàn)象上位機(jī)工作站為，內(nèi)存，硬盤容量為，主板的插槽為插槽。主機(jī)連續(xù)運(yùn)行近十年，元器件均已老化，系統(tǒng)運(yùn)行速度慢，且兩工作站經(jīng)常出現(xiàn)死機(jī)現(xiàn)象。插槽的以太網(wǎng)卡及令牌環(huán)網(wǎng)網(wǎng)卡都已被淘汰，市面上幾乎找不到此類網(wǎng)卡。主機(jī)的操作

7、系統(tǒng)為低版本的，其對(duì)硬件的兼容性差，一旦要更換主機(jī)的任何元件或外圍設(shè)備，都十分麻煩。上位機(jī)軟件本身也有不完善的地方，其經(jīng)常出現(xiàn)實(shí)時(shí)事件丟失；組態(tài)軟件報(bào)表的開發(fā)復(fù)雜，普通用戶無法根據(jù)本電站的實(shí)際情況進(jìn)行再開發(fā)。（）調(diào)度通信工作站運(yùn)行不穩(wěn)定與衡陽(yáng)地調(diào)進(jìn)行遠(yuǎn)動(dòng)通信的網(wǎng)關(guān)工作站一直存在故障，運(yùn)行不穩(wěn)定，經(jīng)常出現(xiàn)死機(jī)或數(shù)據(jù)無法刷新。雖然公司技術(shù)人員進(jìn)行多次了處理，但問題均未徹底解決。（）備件問題隨著計(jì)算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，本站監(jiān)控系統(tǒng)所使用的部分產(chǎn)品已被市場(chǎng)淘汰。令牌環(huán)網(wǎng)的控制器、集線器以及下位機(jī)模塊、的功能模塊廠家已停止生產(chǎn)。這樣在備件缺乏的情況下會(huì)直接影響到電站的安全運(yùn)行。2具體改造內(nèi)容根據(jù)本電站的

8、實(shí)際情況及綜合考慮，大源渡電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)采用部分改造的方案。電站級(jí)控制層設(shè)備除模擬屏、電力專用不間斷電源外，鄧朝君：大源渡水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)改造淺析第期19其它設(shè)備均升級(jí)改造；現(xiàn)地控制單元層只進(jìn)行局部升級(jí)改造，屏柜的面數(shù)、外部端子連線、連接電纜均不變化；系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)改為工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)，傳輸介質(zhì)仍利用原監(jiān)控系統(tǒng)的光纜。改造后的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖所示。圖2.1電站控制層改造（）上位機(jī)站采用冗余配置，互為熱備用，兼做操作員工作站和服務(wù)器。其主機(jī)為高性能、多任務(wù)、多用戶型工作站。安裝的操作系統(tǒng)為，監(jiān)控軟件為公司的升級(jí)產(chǎn)品。此次改造進(jìn)一步完善了電站號(hào)機(jī)組的聯(lián)合控制功能自動(dòng)發(fā)電控制（）和自動(dòng)電壓控制（）。上位機(jī)

9、站的成組控制畫面僅是運(yùn)行人員的操作畫面，聯(lián)合控制程序安裝在工程師站。（）工程師站采用高性能、多任務(wù)、多用戶型工作站。除主要完成電站上、下位機(jī)的日常維護(hù)工作外，同時(shí)還兼作電站號(hào)機(jī)組的聯(lián)合控制服務(wù)器。（）同步的網(wǎng)絡(luò)時(shí)鐘服務(wù)器由衛(wèi)星同步接收器、帶電源和網(wǎng)卡的單板計(jì)算機(jī)組成。單板計(jì)算機(jī)通過中控室內(nèi)的交換機(jī)連在以太環(huán)網(wǎng)上，向整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)提供高精度的時(shí)鐘。（）網(wǎng)絡(luò)打印機(jī)通過中控室內(nèi)的交換機(jī)連在以太環(huán)網(wǎng)上，負(fù)責(zé)定時(shí)、召喚打印，以及手動(dòng)打印上位機(jī)屏幕或工程師站所選定的內(nèi)容。2.2現(xiàn)地控制單元層改造（）號(hào)機(jī)組現(xiàn)地控制單元（）將機(jī)組的機(jī)架升級(jí)為機(jī)架，升級(jí)內(nèi)部的模塊，保留原的模塊；機(jī)組順控和安全的模塊均保留不變。（

10、）全廠通信控制將配置完全相同的兩個(gè)機(jī)架升級(jí)為一套機(jī)架，升級(jí)內(nèi)部的模塊；原取消，其功能由機(jī)架內(nèi)新增加的模塊完成。（）模擬屏驅(qū)動(dòng)及調(diào)度通信將機(jī)架升級(jí)為機(jī)架，升級(jí)內(nèi)部的模塊，保留原的模塊。與調(diào)度的通信由的通信處理模塊完成，不單獨(dú)設(shè)置網(wǎng)關(guān)工作站。（）其它電站（、）、（、）、均為模塊，考慮到本站還儲(chǔ)備有相當(dāng)數(shù)量的模塊備件，所以此次不進(jìn)行改造。2.3系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)改造改造后的監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)采用傳輸速率為的高速光纖以太環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)，網(wǎng)絡(luò)通信介質(zhì)利用原系統(tǒng)多模光纖，遵循規(guī)約。電站控制層與現(xiàn)地控制單元層之間通信采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化開放系統(tǒng)規(guī)約。號(hào)機(jī)組現(xiàn)地控制單元（）各裝有一臺(tái)交換機(jī)，將連至以太環(huán)網(wǎng)上；中控室屏內(nèi)有兩臺(tái)交換機(jī)，分別

11、將上位機(jī)、工程師站、網(wǎng)絡(luò)打印機(jī)、同步的網(wǎng)絡(luò)時(shí)鐘服務(wù)器、連接至以太環(huán)網(wǎng)上。網(wǎng)絡(luò)設(shè)備為工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)，所有交換機(jī)之間采用光纜串接并形成環(huán)網(wǎng)。3目前監(jiān)控系統(tǒng)仍然存在的問題及處理對(duì)策通過部分升級(jí)改造，大源渡水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的性能和穩(wěn)定性大大增強(qiáng)。但是由于最初的設(shè)計(jì)原因，目前監(jiān)控系統(tǒng)仍然存在幾個(gè)問題，要特別引起運(yùn)行、維護(hù)人員的重視，以便在日常工作中做到心中有數(shù)，確保電站的安全、穩(wěn)定運(yùn)行。（）號(hào)機(jī)組僅由主功能組連上以太環(huán)網(wǎng)，當(dāng)?shù)耐ㄐ盘幚砟K故障時(shí)，機(jī)組負(fù)荷的調(diào)整和停機(jī)流程執(zhí)行問題。電站號(hào)機(jī)組現(xiàn)地僅由主功能組直接連在以太環(huán)網(wǎng)上，子功能組（順控和安全模塊）經(jīng)總線與通信。當(dāng)?shù)耐ㄐ盘幚砟K故障，其與上位機(jī)的

12、通信中斷，中控室上位機(jī)無法控制相應(yīng)的機(jī)組。 此時(shí)要檢查機(jī)組現(xiàn)地觸摸屏水電站機(jī)電技術(shù)第33卷20是否可用，若正常則在觸摸屏上實(shí)現(xiàn)機(jī)組負(fù)荷的調(diào)整和停機(jī)流程的執(zhí)行；若觸摸屏也不可用，應(yīng)該在現(xiàn)地電調(diào)屏上實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)組的控制。在以后的改造中可考慮將子功能組通過網(wǎng)卡直接連在以太環(huán)網(wǎng)上，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)組子功能組與上位機(jī)的直接通信，從根本上消除因機(jī)組主功能組通信故障，上位機(jī)無法控制機(jī)組的隱患。（）機(jī)組調(diào)速器為有功控制方式時(shí)，失去有功反饋值問題。電站臺(tái)機(jī)組采用擴(kuò)大單元接線，、號(hào)機(jī)組共段母線，、號(hào)機(jī)組共段母線。（）負(fù)責(zé)、號(hào)機(jī)組配電設(shè)備及相關(guān)量的監(jiān)控，（）負(fù)責(zé)、號(hào)機(jī)組配電設(shè)備及相關(guān)量的監(jiān)控。機(jī)組的實(shí)際有功值來自，其經(jīng)過總線

13、，傳輸?shù)?，再由以太環(huán)網(wǎng)送至各機(jī)組現(xiàn)地，電調(diào)采集此值作為調(diào)整有功的反饋值。當(dāng)故障或者是以太環(huán)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)故障時(shí)，機(jī)組調(diào)速器系統(tǒng)因失去有功反饋值，其閉環(huán)控制變成開環(huán)控制，致使機(jī)組負(fù)荷一直往上升，從而出現(xiàn)機(jī)組過負(fù)荷甚至于出現(xiàn)事故。電站在改造的過程中就曾出現(xiàn)過號(hào)機(jī)因失去有功反饋值，負(fù)荷直線上升達(dá)到的現(xiàn)象（機(jī)組額定出力為），由于當(dāng)時(shí)現(xiàn)場(chǎng)工作人員處理得當(dāng)且迅速，避免了事故的發(fā)生。今后為避免此類危險(xiǎn)現(xiàn)象的再次發(fā)生，機(jī)組在調(diào)速器有功控制方式運(yùn)行，處理或以太環(huán)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)故障時(shí)，首先要將相應(yīng)的運(yùn)行機(jī)組調(diào)速器控制方式切換為“開度”控制，使調(diào)速器直接控制機(jī)組。為徹底解決機(jī)組有功反饋值問題，可在每臺(tái)機(jī)組現(xiàn)地控制屏內(nèi)增加一功率變送

14、器，通過電纜將來自的機(jī)組實(shí)際有功值直接接至功率變送器；現(xiàn)地模塊采集此值再送至電調(diào)。這樣電調(diào)的有功反饋值沒經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)傳輸，直接從機(jī)組采集，其可靠性增強(qiáng)，從根本上解決了機(jī)組調(diào)速器在有功控制方式時(shí)失去有功反饋值的問題。（）全廠通信控制無冗余配置問題。改造后的除主要完成、與上位機(jī)及其它的通信外，電站原的監(jiān)控功能也由新增加的模塊完成。在現(xiàn)地控制單元當(dāng)中，的通信處理任務(wù)重大。一旦出現(xiàn)故障，將影響它的子功能組、與上位機(jī)及其它的通信。改造前雖然是由兩個(gè)配置完全相同的機(jī)架組成，但兩個(gè)機(jī)架所連的子功能組并不相同，所以本電站的并非真正意義上的冗余配置。為確保通信的可靠性，在以后的改造中可考慮將與、通信處理的硬件、軟件

15、設(shè)置成冗余配置，二者互為熱備用，從根本上消除因故障從而影響、監(jiān)控的隱患。（）以太環(huán)網(wǎng)交換機(jī)及光電轉(zhuǎn)換器電源問題。由于最初設(shè)計(jì)原因，現(xiàn)地控制單元層的各模塊無冗余電源。改造后連接各至以太環(huán)網(wǎng)的交換機(jī)及光電轉(zhuǎn)換器沒有單獨(dú)的電源，一般與現(xiàn)地的機(jī)架共用同一電源。這樣，當(dāng)斷電處理現(xiàn)地某個(gè)的系統(tǒng)故障時(shí)，此的以太環(huán)網(wǎng)交換機(jī)及光電轉(zhuǎn)換器電源便中斷。本電站以太環(huán)網(wǎng)為雙向自愈型環(huán)網(wǎng)，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)上一臺(tái)交換機(jī)及光電轉(zhuǎn)換器電源中斷時(shí)，整個(gè)環(huán)網(wǎng)還可繼續(xù)工作；但當(dāng)同時(shí)有兩臺(tái)交換機(jī)及光電轉(zhuǎn)換器電源中斷時(shí)，整個(gè)環(huán)網(wǎng)便中斷，不可工作了。為解決這一隱患，可考慮從電站直流系統(tǒng)備用負(fù)荷開關(guān)處分別引單獨(dú)的電源至各現(xiàn)地屏柜內(nèi)，供給各交換機(jī)及光電轉(zhuǎn)