农村水电厂计算机监控系统应用

    一、概述 
    我国水电厂计算机监控技术的应用起源于八十年代，由于采用水电厂计算机监控技术,提高了水电厂运行管理水平和设备安全运行水平，使实现水电厂无人值班成为可能，还提高了水电厂的经济效益。 
    90年代中期小型计算机在大、中型水电厂监控系统方面的广泛应用,使国内一些厂家开始考虑将其技术移植到微机上,以应用于小型水电厂。所以现在监控系统的上位机控制方式上,还明显的保留有大、中型水电厂监控系统的痕迹。经过移植、试点，农村水电厂也已广泛推广应用。
农村水电厂监控系统〔以下简称监控系统〕经历了常规电磁式设备,分离元件设备（70年代）,CMOS四合一集控台设备（80年代）,集中式微机监控系统和分层分布式微机监控系统几个阶段,集中式微机监控系统和分层分布式微机监控系统又统称为计算机监控系统设备。 
    二、监控系统简介 
    1、监控系统的组成 
    监控系统大都由主站级和现地控制单元级组成，它们之间依靠不同的通信介质及相关网络设备加以联接。主站级配有一台或多台计算机，辅以打印机、不间断电源（UPS）、调制解调器（MODEM）、卫星同步对时装置（GPS），其可替代人工值班。机组现地控制单元级则由PLC、常规仪表、常规控制开关、同期装置、温巡、转速信号装置、剪断销信号装置等组成,全站电量采集由集中数据采集装置完成.在信息量较大的水电厂，有的还装有一体化工控机或带触摸屏的数字处理单元。现地控制单元级主要完成对水轮发电机组的自动监视、控制和调节。 
    2、监控系统的功能划分 
    主站级计算机的主要功能是完成对全厂主设备的实时监视、控制、调节、运行记录，兼有与上级调度的通信管理。 
    现地控制单元级的主要功能是可按照主站级的指令，完成对水电站的设备实施具体的操作，也可在主站级或网络无法正常工作的情况下，在现地独立完成对设备的操作。这些操作可以是自动的也可以是手动的。 
    通信为分为内部通信和外部通信。内部通信为主站级工作站、服务器及现地级LCU、调速器、励磁装置、保护及自动装置等相互之间的通信。外部通信为水电厂计算机监控系统与上级调度、水情测报系统、水库调度及闸门监控系统、船闸控制、视频监控和大坝监测系统等的通信。 
    3、监控系统与水电厂自动化的关系 
    国外水电厂在20年代就已采用自动化控制模式，40年代采用在中控室和机旁两级值班，到50年代后期，就已开始实现无人值班。所以说，水电厂自动化控制不是现在才有的，也不是一定要采用计算机才能实现。只要设计合理，常规设备一样可以达到自动化控制的目的。 
    监控系统只是水电厂自动化的一个组成部分，计算机监控功能的发挥取决于水电厂自动化相关设备的配置是否完善。农村水电厂计算机监控技术推广缓慢的主要原因，是水电厂辅机自动化和水电厂自动化元件产品不配套。 
    4、监控系统的基本配置 
    监控系统的设备范围为计算机及其相关设备，由PLC或集中采集装置、常规仪表、常规控制开关、同期装置、温巡、转速信号装置、剪断销信号装置（此两种设备大多数由主机厂家配套）等组屏的LCU设备，网络设备。 
    主站级计算机的配置依赖于市场的流行趋势和用户的资金投入。客观的说，市场上流行的工业控制机或品牌机，按标准配置都可满足监控系统的需要。所要变化的是主板插槽的多少，以满足网卡和通信卡数量的需要。在采用集中式结构的系统中，主板插槽数量需要很多，以满足开入开出等功能板的装配需求，只有工业控制机才能满足要求。 
    现在计算机硬盘容量都很大，可方便大容量信息的存储，配上刻录光驱，可方便大容量存盘。其相关设备如打印机仅在设备调试时使用一下，平常运行时使用频率很小，设备档次高低并不重要，在无人值班的情况下，更是用途不大；电厂配一台普通打印机即可满足要求。 
    由于计算机及其外设大都是交流电输入，为了解决在交流电源消失时能有效地保存数据，主要采用配置不间断电源（UPS）来解决，而这并不一定是好的方法。它会使布线复杂，主站级设备布置凌乱，既不利于设备的维护，也不美观。实际只需在水电厂现有直流系统上安装一台好的逆变设备就可以很好的解决，还可以节省投资，降低维护成本。 
    调制解调器（MODEM）。调制是将系统的数字信号转化为模拟量信号的过程；而解调则是将模拟信号再还原为数字信号的逆过程，因此，在计算机监控系统与其他系统两端计算机上加装调制解调器之后使数字信号可以长距离传输。 
    卫星同步对时装置（GPS）。为使水电厂计算机监控系统和智能设备的时钟与标准时间同步，一般在电厂主站级配置有卫星同步对时装置（GPS，。由卫星同步对时装置（GPS）输出的时钟同步信号使水电厂主站级计算机和现地级智能设备的时钟与标准时间同步。同步时钟脉冲可以送至电站控制级计算机和各现地控制单元，使整个系统与标准时间同步。同步时钟信号也可以不经主站级网络直接送至各现地控制单元，实现硬对时。 
    水电厂的顺控主要由LCU的PLC来完成，其配置档次的高低取决于PLC的选型，在LCU屏里其它设备都是配套设备和继电保护及其自动装置，所以PLC也是决定监控系统价格的主要设备之一。目前在监控系统中广泛采用的PLC有GE的9030、VersaMax；施耐德的Quantum系列；AB的SLC-500、MicroLojix1200和1500;欧姆龙的CPM1A、CPM2A。 
    5、监控系统的结构： 
    实际上大家谈的监控系统结构只是计算机网络的结构形式，而并非监控系统的结构，监控系统的结构应该按现地级设备的相对物理位置划分较为合理，而不应以网络的设备分布划分。不管是集中式、分层分布式还是分散式分布式，都可适用于农村水电厂。 
    6、常规监控与计算机监控系统的区别 
    常规监控系统是以人为作为核心进行信息处理的，不可避免的会出现一些失误，其准确率和可靠性自然不高，而且因人而异。常规测量仪表的取值误差较大，既有测量的误差，还有人为观察误差；中央信号装置不能准确的告知和记录事故发生的时间和顺序。与之相比计算机监控系统则具有如下一些更加优越的基本特点：数据采集处理、运行监视（状态变化、故障报警等）、事件顺序记录、事故追忆、远动、安全操作闭锁、自诊断自恢复功能、实时控制和调节（AGC、AVC等）。 
    三、监控系统的选型 
    在监控系统设备选型时，要遵循：实用、可靠、经济的原则。新建水电厂都要按无人值班（少人值守）进行设计和建设，无人值班（少人值守）还要与简化厂房设计配合，才能真正达到技术先进、经济合理的目的。 
    基于监控系统大部份是集成设备（OEM）这一特点，在设备的选型上必然存在多样性问题，同样的价格会有几十种不同的配置。在网络结构上、PLC的厂家及型号选择上，监控系统设备的集成方式没有统一的标准可遵循。各设备生产厂家也不可能对所有的IT设备和专用智能设备的技术性能都十分熟悉，所以目前的监控系统设备的配置并不十分合理，而这些用户是很难了解的。 
    要想发现存在的问题，必须要有完备的设备订货合同和详细的技术协议。 
    1、提出合理的方案 
    一般来说目前各厂家所生产监控系统都能基本满足农村水电厂的技术要求。因研发能力的不同，在智能设备的性能、软件开发和通信网络的技术指标上各厂家之间存在较大差异，有的差异可能会影响到水电厂的正常运行。所以在设备定货前一定要根据水电厂的规模和经济能力拿出合理的技术方案。在技术方案里要对主站级的设备配置、网络的结构和网络设备的选型、智能设备的选型和功能要求、PLC设备生产厂家和设备型号的确定（包括模块的类型和数量）加以明确。除要有技术招标文件外，还需有详细的系统网络图和设备清册。 
    2、监控系统网络图的基本要求 
    目前在投标时提供的监控系统网络图大都是示意图，并不能真实的反映智能设备之间联接关系，也无法反映相互之间的通信方式，这就给将来设备验收带来不便，同一张监控系统网络示意图可以有很多种不同的集成结果。 
    首先，设计院应拿出计算机监控系统网络图，其次厂家则应根据设计院的网络图做出几种能反映设备之间联接关系和反映系统设备相互之间的通信方式的监控系统网络图，并根据网络图做出详细的设备清单，这样就将技术方案加以确定。业主对几种方案可按经济、可靠、实用的原则和自己的需求选择其中一种。 
    3、监控系统设备清册的基本要求 
    监控系统设备清册是确定技术指标和设备价格的关键。技术方案一经选定，根据监控系统网络图就能列出详细的设备清单。目前系统生产厂家提供的设备清册只标设备名称、没有型号,技术参数以及设备生产厂家，不具备唯一性。
对于监控系统设备清册的具体要求是要将监控系统所用设备的名称、型号、技术参数、设备生产厂家和使用数量按不同的安装单位分门别类的详细列出，在投标时还应提供设备单价和总价。设备验收时则按设备清册逐一对照，既可避免意见分歧，也可保证监控系统的产品质量。 
    4、监控系统厂家的选择 
    衡量的标准应以在技术水平上有多少产品是自主研发的，具不具备应用软件的自主开发能力（不含组态应用软件的开发能力），而不是只看集成厂家生产了多少监控系统。 
    目前国内还没有专门的水电厂监控应用软件销售，国内只有少数几家具有水电厂监控应用软件自主研发能力，大多数厂家只能在iFX或组态王等组态软件上进行二次开发，在使用中感觉软件的适应性不是很好，可维护性较差。 
    在选择水电厂计算机监控系统生产厂家时,不能只看注册资金和厂家业绩。主要看其是否具有自主研发能力、设备生产加工能力及售后服务体系。IT产品更新很快,计算机产品更新更快,没有好的售后服务做为基础,水电厂计算机监控系统将无法长期稳定运行，只能是一个高科技的摆设。 
    5、监控系统IT主设备配置 
    据德国西门子公司提供的资料，双机系统的价格比单机系统高30％左右，但可用率只提高0．08％。国外大部分新投产的水电厂也未用双机系统。 
    在主站级计算机的配置上要以满足系统功能和网络需求为基本原则，现在市场上的主流机型都能适合农村水电厂监控系统。单机能完成任务的不要设多机，径流式小容量电厂可以考虑取消主站级。 
    PLC有大中小型和高中低档之分，因为PLC在水电厂主要实现的是逻辑控制功能，所以不管选那个厂家的PLC都行，主要看你的经济实力、运行维护人员的技术水平及操作习惯。现地控制单元级的PLC配置原则上不需配置模拟量模块，因为模拟量模块价格很贵，机组所需的模拟量可以通过其他方式采集。 
    农村水电厂和大、中型水电厂相比，在电力系统中地位并不十分重要，特别是经过农村水电电气化建设和新一轮水电建设高潮，农村水电电网的装机容量大增，系统对单个农村水电厂的依赖性大大降低，电厂的可靠性和稳定性对系统的影响也相对较小。因此农村水电厂自动化设备的功能和配置是完全可以简化的，只要能满足电厂安全运行要求即可。 
    在欧美发达国家小水电大都采用“手动开机，自动停机”，配置简单实用的自动化模式，由于设备的减少，副厂房设计的都很小，也有不设副厂房的。主厂房一般都不装修，简洁、实用。平时电厂无需人值班，开机时管理人员开车到电厂，完成开机任务后即离开。当电厂发生事故时，自动化设备自动完成停机程序，然后向管理人员发出事故报警信号，通知其到电厂处理事故。 
    在现实设计选型中出现监控系统设备的大型化、复杂化，已是当今很突出很普遍的现象。所以我们需要对监控系统的基本技术有所了解，避免在设计选型上照抄、照搬，特别是要加强设备的验收和投运试验工作。