計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)2

1、二、現(xiàn)地控制單元!水電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)通?？梢苑殖蓛纱蟛糠?，一是對(duì)全廠設(shè)備進(jìn)行集中控制的部分，稱之為廠級(jí)或廠站級(jí)監(jiān)控系統(tǒng)；另一部分是位于水輪發(fā)電機(jī)層、開(kāi)關(guān)站等設(shè)備附近的控制部分，稱為現(xiàn)地控制系統(tǒng)?，F(xiàn)地控制系統(tǒng)的主要組成部分就是現(xiàn)地控制單元LCU（Local Control Unit），在早期曾采用過(guò)與電網(wǎng)調(diào)度遠(yuǎn)程終端RTU（Remote Terminal Unit）同樣的名稱， 考慮到LCU的含義更確切，自1991年“現(xiàn)地控制單元學(xué)術(shù)會(huì)議“之后，基本上統(tǒng)一稱之為L(zhǎng)CU。 !一般布置在電站生產(chǎn)設(shè)備附近，就地對(duì)被控對(duì)象的運(yùn)行工況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)視和控制，電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的較底層控制部分。 對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)

2、行采集和預(yù)處理，對(duì)各種控制調(diào)節(jié)命令發(fā)出和完成閉環(huán)控制，對(duì)整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)中很重要、對(duì)可靠性要求很高的控制設(shè)備。 !在水電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)中LCU直接與電廠的生產(chǎn)過(guò)程接口，是系統(tǒng)中最具面向?qū)ο蠓植继卣鞯目刂圃O(shè)備?，F(xiàn)地控制單元的控制對(duì)象主要包括以下幾個(gè)部分： !（1）電廠發(fā)電設(shè)備，主要有水輪機(jī)、發(fā)電機(jī)、輔機(jī)、變壓器等； !（2）開(kāi)關(guān)站，主要有母線、斷路器、隔離開(kāi)關(guān)、接地刀閘等； !（3）公用設(shè)備，主要有廠用電系統(tǒng)、油系統(tǒng)、水系統(tǒng)、直流系統(tǒng)等； !（ 4 ） 閘 門(mén) ， 主 要 有 進(jìn) 水 口 閘 門(mén) 、 泄 洪 閘 門(mén) 等 。 !PLC:可以對(duì)電站開(kāi)關(guān)量或模擬量的能采集與控制!智能電參數(shù)測(cè)量?jī)x：可代替

3、交直流電量變送器!溫度巡檢儀：用于測(cè)量軸瓦、定子鐵芯、風(fēng)冷等溫度!微機(jī)準(zhǔn)同期裝置：完成發(fā)電機(jī)自動(dòng)同期并網(wǎng)!微機(jī)調(diào)速器：調(diào)節(jié)水輪發(fā)電機(jī)組在各種工況下運(yùn)行!微機(jī)保護(hù)裝置：完成機(jī)組、升壓站及公用設(shè)備的保護(hù)按監(jiān)控對(duì)象和監(jiān)控位置機(jī)組LCU開(kāi)關(guān)站LCU公用LCU結(jié)構(gòu)和配置單板機(jī)線性結(jié)構(gòu)LCU可編程器控制（PLC）為基礎(chǔ)的LCU智能現(xiàn)地控制器!1、單板機(jī)線性LCU多為水電廠自動(dòng)化初期的產(chǎn)品，目前已基本不再在新系統(tǒng)中采用。 !下面僅討論處于主流地位的PLC和智能現(xiàn)地控制器 2、以可編程控制器（PLC）為基礎(chǔ)的LCU!我國(guó)將PLC應(yīng)用于水電廠生產(chǎn)設(shè)備的監(jiān)控始于上世紀(jì)80年代，由于PLC一般按照工業(yè)使用環(huán)境的標(biāo)準(zhǔn)

4、進(jìn)行設(shè)計(jì)，可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、編程簡(jiǎn)單實(shí)用、接插性能好很快被電站用戶和系統(tǒng)集成商接受，得到了較好的應(yīng)用。目前在我國(guó)水電廠使用較廣泛的PLC有：GE Fanuc公司的GE Fanuc 90系列，德國(guó)Siemens公司的S5、S7系列，法國(guó)Schneider公司的Modicon Premium、Atrium 和Quantum，美國(guó)Rockwell公司 PLC5、Control Logix，日本OMRON公司的SU-5、SU-6、SU-8，日本MITSUBISHI公司的FX2系列等。由于各種PLC的設(shè)計(jì)原理差異較大，產(chǎn)品的功能、性能以及可以構(gòu)成現(xiàn)地系統(tǒng)的規(guī)模有很大的不同。一般來(lái)說(shuō)，根據(jù)不同電站在

5、安全性能（包括可靠性、可維護(hù)性等）、應(yīng)用功能、控制規(guī)模、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)等方面的實(shí)際需求進(jìn)行選擇，還是可以找到合適的PLC的。目前我國(guó)很大一部分電站的自動(dòng)化系統(tǒng)都是采用PLC構(gòu)成現(xiàn)地控制部分的，通過(guò)合理的配置和搭配，它們基本上都能在 系統(tǒng)中擔(dān)負(fù)起相應(yīng)責(zé)任，完成相應(yīng)的功能。 !在水電自動(dòng)化這一有著特殊要求的行業(yè)應(yīng)用中不可避免地也會(huì)有一些PLC作為一種通用的自動(dòng)化裝置，并非是為水電廠自動(dòng)化而專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的，不適合的地方，現(xiàn)列出以下幾點(diǎn)：（1） PLC以“掃描”的方式工作，不能滿足事件分辨率和系統(tǒng)時(shí)鐘同步的要求。水電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)都是多機(jī)系統(tǒng)，為了保證事件分辨率除了PLC本身應(yīng)具有一定的事件響應(yīng)能力和高精度時(shí)

6、鐘外，還要求整個(gè)系統(tǒng)內(nèi)各部分主要設(shè)備之間的時(shí)鐘綜合精度也必須保證在毫秒級(jí)以內(nèi)。而以PLC為基礎(chǔ)的現(xiàn)地控制裝置如果不采取特殊措施，就無(wú)法保證水電廠安全運(yùn)行對(duì)事件分辨率和系統(tǒng)時(shí)鐘同步的要求。!（2） 通用型PLC的起源主要針對(duì)機(jī)械加工行業(yè)，以后逐步擴(kuò)展到各行各業(yè)。現(xiàn)在的PLC雖然具有較強(qiáng)的自診斷功能，但對(duì)于輸入、輸出部分，它只自診斷到模件級(jí)。這對(duì)于我國(guó)電力生產(chǎn)這樣一個(gè)強(qiáng)調(diào)“安全第一”的行業(yè)來(lái)說(shuō)，有一定的欠缺，往往需要另加特殊的安全措施。!（3） 通用型PLC一般都具有一定的浪涌抑制能力，基本上可以適合大部分行業(yè)應(yīng)用。但對(duì)于水電廠自動(dòng)化系統(tǒng)來(lái)講，由于設(shè)備工作環(huán)境的特殊性，通用型PLC的浪涌抑制能力與

7、技術(shù)規(guī)范所要求的三級(jí)浪涌抑制能力還有一些差距。3、智能現(xiàn)地控制器!在我國(guó)水電廠自動(dòng)化系統(tǒng)中應(yīng)用較多的另一類(lèi)現(xiàn)地控制單元應(yīng)該就是智能現(xiàn)地控制器，如ABB公司AC450，南瑞集團(tuán)的SJ-600系列，Elin公司的SAT1703等。!其中AC450是ABB公司生產(chǎn)的適用于工業(yè)環(huán)境的Advant Controller系列現(xiàn)地控制單元中的一種，主要應(yīng)用于其它行業(yè)的DCS中。它包括了以Motorola 68040為主處理器的CPU模件和I/O、MasterBus等多種可選的模件，支持集中的I/O和分布式I/O，可根據(jù)不同的應(yīng)用需求采用不同的模件來(lái)構(gòu)成適用的現(xiàn)地子系統(tǒng)。!SAT1703是奧地利Elin公司生

8、產(chǎn)的多處理器系統(tǒng)，它包括3個(gè)裝有不同接口處理器的子系統(tǒng)AK1703、AME1703和AM1703。每個(gè)子系統(tǒng)由主處理器、接口模板（模塊）、通信模塊等構(gòu)成，能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)處理、控制和通信功能，在LCU內(nèi)部采用SMI（Serial Module Interconnector）進(jìn)行通信。SAT1703現(xiàn)地控制單元采用OS/2操作系統(tǒng)，運(yùn)行的控制軟件為T(mén)oolBox。!SJ-600系列是國(guó)電自動(dòng)化研究院上世紀(jì)九十年代末為在惡劣工業(yè)環(huán)境下運(yùn)行而生產(chǎn)的國(guó)產(chǎn)智能分布式現(xiàn)地控制單元，由主控模件、智能I/O模件、電源模件以及連接各模件與主控模件的現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)組成。已在全國(guó)數(shù)十個(gè)大中型水電廠可靠地運(yùn)行。SJ-600具有

9、以下主要特點(diǎn)：!（1） 其中，主控模件采用符合IEEE1996.1的嵌入式模塊標(biāo)準(zhǔn)PC104，具有可靠性高、現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn)。使用低功耗嵌入式CPU，可選CPU型號(hào)從486至Pentium系列。!（2） 32位智能I/O模件。所有模件采用32位嵌入式CPU，該CPU專(zhuān)門(mén)為嵌入式控制而設(shè)計(jì)，軟件上采用板級(jí)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)和統(tǒng)一的程序代碼，只是按模件的不同而運(yùn)行相應(yīng)的任務(wù)。采用了大規(guī)?？删幊踢壿嬓酒‥PLD）及Flash存儲(chǔ)器，簡(jiǎn)化了系統(tǒng)設(shè)計(jì)，提高了可靠性。智能化的I/O模件除了可獨(dú)立完成數(shù)據(jù)采集和預(yù)處理，還具備很強(qiáng)的自診斷功能，提供了可靠的控制安全性和方便的故障定位能力。!（3） 具有現(xiàn)場(chǎng)總

10、線網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)采用兩層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，第一層是廠級(jí)控制網(wǎng)，連接LCU和廠級(jí)計(jì)算機(jī)，構(gòu)成分布式計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)；第二層是I/O總線網(wǎng)絡(luò)，連接主控模件和智能I/O模件（現(xiàn)地或遠(yuǎn)程），構(gòu)成分布式現(xiàn)地控制子系統(tǒng)。所有I/O模件均配備兩個(gè)現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)接口，這些模件都可以分散布置，形成高可靠性的分布式冗余系統(tǒng)。!（4） LCU直接連接高速網(wǎng)。網(wǎng)絡(luò)已成為計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)中的重要部分，它涉及到電站控制策略和運(yùn)行方式。以前現(xiàn)地控制器多是使用專(zhuān)用網(wǎng)絡(luò)與上位機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行連接，而不是符合開(kāi)放性標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)。如AC450采用MB300網(wǎng)絡(luò)與上位機(jī)系統(tǒng)連接，而與采用TCP/IP協(xié)議的系統(tǒng)連接只能通過(guò)專(zhuān)用模件以VIP的方式進(jìn)行受

11、限制的數(shù)據(jù)傳輸!。!（5） 提供了直接的GPS同步時(shí)鐘接口，無(wú)需編程和設(shè)置。GPS對(duì)時(shí)可直達(dá)模件級(jí)，滿足了對(duì)時(shí)鐘有特殊要求的場(chǎng)合，如SOE等!。!（6） 提供基于IEC61131-3標(biāo)準(zhǔn)的控制語(yǔ)言，在保留了梯形圖、結(jié)構(gòu)文本、指令表等編程語(yǔ)言的基礎(chǔ)上，開(kāi)發(fā)了采用“所見(jiàn)即所得”技術(shù)設(shè)計(jì)的可視化流程圖編程語(yǔ)言。支持控制流程的在線調(diào)試和回放，非常適合復(fù)雜的控制流程的生成和維護(hù)。!（7） 針對(duì)水電廠自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)應(yīng)用開(kāi)發(fā)的專(zhuān)用功能模塊。!最初，由于美國(guó)汽車(chē)工業(yè)的需要而產(chǎn)生了可以說(shuō)是原始的PLC。雖然PLC問(wèn)世時(shí)間不算太長(zhǎng)，但是隨著微處理器的出現(xiàn)，大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路制造技術(shù)和數(shù)據(jù)通訊技術(shù)的迅速發(fā)展，PL

12、C的應(yīng)用和技術(shù)也得到了飛速的發(fā)展，其發(fā)展過(guò)程大致可分三個(gè)階段：!（1） 早期的PLC（60年代末-70年代中期）： 早期的PLC一般稱為可編程邏輯控制器!（2） 中期的PLC（70年代中期-80年代中，后期）： 在70年代開(kāi)始采用微處理器作為PLC的中央處理單元（CPU）。 這樣，使PLC得功能大大增強(qiáng)。在軟件方面，在原有的邏輯運(yùn)算、定時(shí)、計(jì)數(shù)等功能的基礎(chǔ)上增加了算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)通訊、自診斷等功能。在硬件方面，開(kāi)發(fā)了模擬量模塊、遠(yuǎn)程I/O模塊以及各種特殊功能模塊，使PLC的應(yīng)用范圍得以迅速擴(kuò)大到需要自動(dòng)控制的很多行業(yè)。!（3） 近期的PLC（80年代中、后期至今） 進(jìn)入80年代中、后期，由于微處理器硬件制造技術(shù)迅速發(fā)展，同時(shí)市場(chǎng)價(jià)格大幅度下降，使得各PLC生產(chǎn)廠家可以采用更高檔次的微處理器。為了進(jìn)一步提高PLC的處理速度，很多制造廠商還研制開(kāi)發(fā)了專(zhuān)用邏輯處理芯片。后來(lái)PLC還融入了Ethernet、Web Server等技術(shù)，提供了功能豐富的配套軟件，使廣大用戶使用起來(lái)更加得心應(yīng)手。!上世紀(jì)80年代至90年代中期，是PLC發(fā)展最快的時(shí)期，年增