廣州蓄能水電廠B廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng) - 劉昕-

1、廣州蓄能水電廠B 廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng) 應(yīng)用實(shí)例 現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)文集5月出版! 自動(dòng)化博覽14文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B 文章編號(hào):1003-0492(200201-0014-03 中圖分類號(hào):TP277廣州蓄能水電廠B 廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)SCADA System in Guangzhou Pumped Storage Power Station Plant B(廣州蓄能水電廠,廣州 從化 510950 劉 昕摘要:對(duì)廣州蓄能水電廠B 廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的構(gòu)成與配置,PROKON-LSX 計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的技術(shù)特性、主要功能及特點(diǎn)進(jìn)行介紹、分析與討論。文中對(duì)該監(jiān)控系統(tǒng)中的一些設(shè)計(jì)亮點(diǎn)進(jìn)行了闡述,從實(shí)際應(yīng)用角度對(duì)該系統(tǒng)

2、作出了評(píng)價(jià)。 關(guān)鍵詞:水電廠;監(jiān)控系統(tǒng);自動(dòng)化;遠(yuǎn)程測(cè)控終端Abstract: Introduction, analysis and discussion of the structure and configuration of SCADA system, the technical characteristics of PROKON-LSX system, and the main functions and features of the SCADA system in Guangzhou Pumped Storage Power Station Plant B. The highlig

3、hts of the system design are described in this paper, and the system is evaluated on the view of practical application.Key words: hydraulic power plant ;SCADA ;automation ;RTU1 引言廣州蓄能水電廠是我國(guó)第一座高水頭、世界上裝機(jī)容量最大的抽水蓄能電廠。電廠一、二期工程(即A 、B 廠總裝機(jī)容量240萬(wàn)千瓦,安裝了8臺(tái)30萬(wàn)千瓦可逆式水泵水輪機(jī)組。其中,B 廠4臺(tái)30萬(wàn)千瓦機(jī)組主要采用德國(guó)西門(mén)子-伏伊特聯(lián)合體進(jìn)口設(shè)備。機(jī)組轉(zhuǎn)

4、速500轉(zhuǎn)/分,設(shè)計(jì)水頭535米,電廠綜合效率為76%。電廠的運(yùn)行控制核心計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的作用尤為突出。本文重點(diǎn)對(duì)廣州蓄能水電廠B 廠(以下簡(jiǎn)稱廣蓄B 廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的構(gòu)成、配置及主要功能進(jìn)行介紹、分析與討論。2 系統(tǒng)的構(gòu)成與配置廣蓄B 廠的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)是以數(shù)據(jù)總線為通收稿日期:2001-09-04 作者簡(jiǎn)介:劉昕(1974-,男,陜西省寶雞市人,電氣助理工程師,大學(xué)本科學(xué)歷,1996年畢業(yè)于重慶大學(xué)電子信息工程學(xué)院,主要從事發(fā)電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的運(yùn)行維護(hù)、設(shè)備檢修和系統(tǒng)開(kāi)發(fā)工作。 信介質(zhì),能遠(yuǎn)程監(jiān)控、自動(dòng)運(yùn)行的智能型分層分布的開(kāi)放式控制系統(tǒng)。整個(gè)系統(tǒng)由調(diào)度層、中控室層和單元控制層組成,結(jié)

5、構(gòu)如圖1所示。圖1 廣蓄B 廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖調(diào)度層包括廣東省電力局中心調(diào)度所(以下簡(jiǎn)稱中調(diào)的EMS 能量管理系統(tǒng)及其與廣蓄B 廠中控室層相連接的通信設(shè)備和通信介質(zhì)。電廠監(jiān)控系統(tǒng)通過(guò)通信門(mén)向中調(diào)EMS 系統(tǒng)發(fā)送上行遙測(cè)、遙信量,并接受中調(diào)發(fā)出的遙控、遙調(diào)量。中控室層為采用多工作站結(jié)構(gòu)的雙總線型計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。主要包括8臺(tái)SUN Ultra 1 Model 140型工作站。它們分別是兩臺(tái)互為熱備用的主計(jì)算機(jī)(MC ,兩臺(tái)互為冷備用的數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器(DC ,一臺(tái)工程師站及三臺(tái)相互獨(dú)立的操作員工作站(OC 。各工作站除具有通用的功能外,還能完成各自特有的功能。在運(yùn)行過(guò)程中,它們均可通過(guò)網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程登錄到其

6、它任何一臺(tái)工作站讀取其中的信息。通信總線為采用西門(mén)子SINEC-H1現(xiàn)場(chǎng)總線的光纖網(wǎng)絡(luò)。應(yīng)用實(shí)例 廣州蓄能水電廠B 廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)自動(dòng)化博覽 “變頻調(diào)速技術(shù)講座培訓(xùn)班”10月在京舉辦!15單元控制層由10個(gè)采用可編程序控制器(PLC 的遠(yuǎn)程測(cè)控終端(RTU 和兩套事故追憶(SOE 裝置組成。根據(jù)其控制對(duì)象的不同,58號(hào)機(jī)組為RTU14,500kV 開(kāi)關(guān)站為RTU5,機(jī)組公用RTU6,全廠公用RTU7,上水庫(kù)RTU8,下水庫(kù)RTU9及模擬屏RTU10。兩套SOE 事故追憶裝置,一套位于開(kāi)關(guān)站,一套位于主廠房(四臺(tái)機(jī)組公用。所有RTU 均采用西門(mén)子PLC 系列產(chǎn)品SIMATIC S5。在10個(gè)R

7、TU 中,除上、下水庫(kù)外,均采用SIMATIC S5-155H ,CPU948R 雙重化結(jié)構(gòu)配置。上、下水庫(kù)RTU 采用SIMATIC S5-155U ,CPU948非雙重化配置。兩套SOE 事故追憶裝置也由S5-155U 組成,采用OSC-E490為事件實(shí)時(shí)記錄模塊,實(shí)現(xiàn)分辨率為1ms 的控制信號(hào)的事件記錄及計(jì)算。3 PROKON-LSX 技術(shù)特性廣蓄B 廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)采用西門(mén)子公司專門(mén)為水電廠設(shè)計(jì)的PROKON-LSX 系統(tǒng)。它是基于UNIX 操作系統(tǒng)的分布式進(jìn)程控制系統(tǒng),支持包括OSI 和TCP/IP 通信協(xié)議、SQL 數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)、C 語(yǔ)言編程、DYNAVIS-X 及Motif 圖形用

8、戶接口等一系列標(biāo)準(zhǔn),是符合現(xiàn)代開(kāi)放式系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)的可擴(kuò)充分布式體系結(jié)構(gòu)。ORACLE 數(shù)據(jù)庫(kù)通過(guò)使用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的查詢語(yǔ)言SQL 能靈活的對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢和檢索。另外,先進(jìn)的圖形顯示技術(shù)通過(guò)圖形用戶接口(GUI 提供現(xiàn)代的全圖形窗口式工作環(huán)境,運(yùn)行在分布式環(huán)境下的單顯示器或雙顯示器工作站上。GUI 采用的標(biāo)準(zhǔn)是DYNAVIS-X 、X-WINDOWS/Motif ,其監(jiān)控畫(huà)面的內(nèi)部結(jié)構(gòu)可分若干級(jí),每級(jí)下面又可分多層。在SUN Ultra 1 Model 140工作站支持下調(diào)用畫(huà)面的響應(yīng)時(shí)間在1s 以內(nèi),工作站支持雙以太網(wǎng)。由于廣蓄B 廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)各工作站采用分布式體系結(jié)構(gòu),將各種監(jiān)視功能合理的分配到

9、各工作站,因而不像集中式系統(tǒng)對(duì)主機(jī)的性能有太高的要求,由此使主機(jī)的CPU 負(fù)載率得以降低,整個(gè)系統(tǒng)達(dá)到合理而可靠的狀態(tài)。 采用PROKON-LSX 系統(tǒng)的中控室層與單元控制層RTU 的通信是通過(guò)SIMATIC S5與PROKON-LSX 之間的標(biāo)準(zhǔn)通信接口LSX-CI 來(lái)完成的。該接口采用Client/Server 通信模式,并通過(guò)接口管理模塊實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換的監(jiān)視和管理。PROKON-LSX 與中調(diào)層的通信是通過(guò)通信接口Link Server 來(lái)實(shí)現(xiàn)的。通過(guò)兩臺(tái)主計(jì)算機(jī)的4個(gè)串行口與中調(diào)相連接,采用VAN-COMM 通訊協(xié)議,每臺(tái)主計(jì)算機(jī)都通過(guò)一個(gè)同步調(diào)制解調(diào)器和一個(gè)異步調(diào)制解調(diào)器分別與中調(diào)的主

10、控系統(tǒng)和備用系統(tǒng)相連接。由于PROKON-LSX 是運(yùn)行在SUN 的UNIX 工作站上的監(jiān)控系統(tǒng),而它本身并不支持VAN-COMM 協(xié)議,需另外增加兩臺(tái)符合工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的PC 機(jī)作為PROKON-LSX 與中調(diào)通信的接口。這樣,支持VAN-COMM 協(xié)議的兩臺(tái)PC 機(jī)就成為PROKON-LSX 系統(tǒng)主計(jì)算機(jī)與中調(diào)之間的通信橋梁。整個(gè)Link Server 采用超時(shí)檢測(cè)來(lái)確定各部分之間的連接是否正常。4 系統(tǒng)主要功能及特點(diǎn)(1 中控室層自動(dòng)周期性地采集單元控制層各RTU 和調(diào)度層的有關(guān)過(guò)程參數(shù),并采用循環(huán)采樣與門(mén)檻采樣相結(jié)合的方式壓縮數(shù)據(jù)傳送量,提高系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性。(2 中控室層將采集到的所有數(shù)據(jù)進(jìn)行

11、處理,并進(jìn)行多級(jí)報(bào)警、梯度監(jiān)視和趨勢(shì)分析。除完成一般性的過(guò)程控制與監(jiān)視任務(wù),還對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行狀況進(jìn)行異常監(jiān)視。對(duì)全廠機(jī)組及其它控制對(duì)象進(jìn)行控制與調(diào)節(jié),特別是機(jī)組工況轉(zhuǎn)換控制、自動(dòng)發(fā)電控制、自動(dòng)電壓控制、抽水聯(lián)合控制、頻率控制、水庫(kù)水位管理及地下廠房水位升高事故處理。同時(shí)提供壓縮報(bào)警和語(yǔ)音報(bào)警,形成各類記錄報(bào)表,統(tǒng)計(jì)資料。累積電廠運(yùn)行數(shù)據(jù),為提高電廠運(yùn)行維護(hù)水平提供技術(shù)管理的依據(jù)。中控室層還具有GPS 時(shí)鐘同步控制、系統(tǒng)診斷、容錯(cuò)及軟件開(kāi)發(fā)等功能。(3 單元控制層的各RTU 是控制對(duì)象與監(jiān)控系統(tǒng)上位機(jī)之間的重要橋梁。肩負(fù)著接收上位機(jī)下達(dá)的命令、數(shù)據(jù)采集、機(jī)組開(kāi)停機(jī)順序控制、就地監(jiān)視機(jī)組參數(shù)、故障檢測(cè)

12、及報(bào)警、內(nèi)部閉鎖、打時(shí)標(biāo)及自動(dòng)控制并向上位機(jī)傳送信息的重任。(4 單元控制層的RTU 軟件采用面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)方法,該程序由組織塊、程序塊、功能塊、數(shù)據(jù)塊和順控塊等組成。系統(tǒng)將一些常用功能編制成標(biāo)準(zhǔn)功能塊,在實(shí)際應(yīng)用中反復(fù)調(diào)用,使整個(gè)RTU 的軟件結(jié)構(gòu)清晰、可讀性強(qiáng)。功能性分塊的編程理念使RTU 程序組織更加合理,控制方式更加靈活,更趨集成化。(5 單元控制層的各RTU 的通信功能及通信設(shè)計(jì)使該層結(jié)構(gòu)清晰,層次分明。簡(jiǎn)化了不少冗余的硬件連接及接口,提高了通信效率,降低了信號(hào)接入的成本,并在可靠的通信方式支持下發(fā)揮了各控制對(duì)象組團(tuán)的“小系統(tǒng)”優(yōu)勢(shì),使各個(gè)小系統(tǒng)既內(nèi)部管理、操控得當(dāng),又與RTU

13、保持了密切的信號(hào)交流,并處廣州蓄能水電廠B 廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng) 應(yīng)用實(shí)例 現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)文集5月出版! 自動(dòng)化博覽16在RTU 的完全監(jiān)管之下,既擴(kuò)大了監(jiān)控面、監(jiān)控點(diǎn)及信息量,又不致加重RTU 的處理負(fù)擔(dān),提高了RTU 的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行效率。(6 針對(duì)各種控制對(duì)象組團(tuán)的不同情況,基于SIMATIC S5的RTU 提供了多種通信解決方案。如通過(guò)Profibus 雙端口通信,并以硬件連接作后備,通過(guò)Profibus 單端口通信,通過(guò)串口連接RS485/RS232通信及通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線SINEC-H1、SINEC-L2通信等,各種方案針對(duì)不同的控制對(duì)象,因此,適應(yīng)性強(qiáng)、效果好。在廣蓄B 廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)從建設(shè)調(diào)試

14、期到投產(chǎn)達(dá)標(biāo)的生產(chǎn)實(shí)踐中,這種基于“小系統(tǒng)”的RTU 通信設(shè)計(jì)方案表現(xiàn)出運(yùn)行穩(wěn)定、工作可靠、故障率極低的優(yōu)勢(shì),為監(jiān)控系統(tǒng)的可靠、穩(wěn)定運(yùn)行打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。(7 強(qiáng)大的自診斷功能及靈活的編程方式是單元控制層RTU 的另一特色?；陔p重化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的RTU 保證了其高可靠的運(yùn)行。各種硬件及軟件的故障診斷方法確保了RTU 的故障能夠迅速的定位,方便的分析及快速的解決和處理。通過(guò)RTU 編程器聯(lián)機(jī)故障診斷功能,使用中斷堆棧、塊堆棧及故障診斷數(shù)據(jù)塊(Error DB ,RTU 的故障就可迎刃而解。另外,利用便攜式編程器PG740或網(wǎng)絡(luò)編程器PG760,可方便地實(shí)現(xiàn)RTU 的軟件編制、修改及測(cè)試。值得一提的

15、是其網(wǎng)絡(luò)編程器PG760通過(guò)與計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)雙總線的方便掛接,利用工業(yè)以太網(wǎng)的遠(yuǎn)程通信,可方便的實(shí)現(xiàn)身處一地,訪問(wèn)全廠不同地點(diǎn)RTU 的便利。特別是對(duì)于離主廠房位置較遠(yuǎn)的RTU ,如開(kāi)關(guān)站RTU 及上、下水庫(kù)RTU ,這一功能更顯實(shí)用,避免了編程人員攜帶編程器遠(yuǎn)途奔波之苦,也提高了系統(tǒng)故障時(shí)的快速響應(yīng)能力。5 結(jié)語(yǔ)廣蓄B 廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)1998年開(kāi)始安裝調(diào)試至今的運(yùn)行期間也遇到了不少問(wèn)題。例如,RTU 采集信號(hào)信息量定義不足導(dǎo)致一些監(jiān)控對(duì)象的信息無(wú)法全面的顯示與監(jiān)控,有的監(jiān)控變量定義不合理,機(jī)組RTU 控制軟件存在某些編制缺陷等,但都在調(diào)試人員的努力下得到解決和進(jìn)一步完善。隨著電廠運(yùn)行日趨穩(wěn)

16、定和監(jiān)控系統(tǒng)的日益完善,該系統(tǒng)的絕大多數(shù)故障集中在一些就地傳感元件及執(zhí)行機(jī)構(gòu)上。從調(diào)度層到中控室層再到單元控制層,整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)的運(yùn)行日趨穩(wěn)定,出錯(cuò)率越來(lái)越低,可靠性、實(shí)用性大大提高,為整個(gè)廣蓄B 廠的安全穩(wěn)定運(yùn)行創(chuàng)造了一個(gè)良好的條件,同時(shí)也大大提高了電廠的各項(xiàng)運(yùn)行指標(biāo)和考核指標(biāo)。2001年6月,廣蓄B 廠正式實(shí)行中控室“無(wú)人值班”。2002年5月自動(dòng)化博覽現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)文集誠(chéng)征稿件、歡迎投稿!自動(dòng)化博覽在2002將繼續(xù)跟蹤自動(dòng)化行業(yè)的幾個(gè)熱點(diǎn),并作為每期專版主題,大力推廣、介紹相關(guān)技術(shù)知識(shí)及產(chǎn)品應(yīng)用,真正踐諾我刊的辦刊宗旨“面向工程、突出實(shí)用”。特別是:2002年5月我社將編輯出版自動(dòng)化博覽現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)文集,為此,編輯部向您特約這方面的優(yōu)質(zhì)文章,內(nèi)容可以是有關(guān)現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)、產(chǎn)品或應(yīng)用,只要貼近主題,我們