水電廠自動(dòng)化系統(tǒng)開(kāi)發(fā)應(yīng)用與發(fā)展

水電廠自動(dòng)化系統(tǒng)開(kāi)發(fā)應(yīng)用與發(fā)展

摘要計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)是一個(gè)客戶(hù)化程度很高的自動(dòng)控制系統(tǒng)。本文敘述了計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)過(guò)程、開(kāi)發(fā)內(nèi)容、功能以及相關(guān)子系統(tǒng)的組成；介紹了監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展過(guò)程；并對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的技術(shù)問(wèn)題和應(yīng)采取的技術(shù)措施進(jìn)行了探討。簡(jiǎn)述了水電廠"無(wú)人值班"或"少人值守"的技術(shù)條件。

關(guān)鍵詞水電廠自動(dòng)化；開(kāi)發(fā)；發(fā)展；技術(shù)問(wèn)題；技術(shù)措施；技術(shù)條件

引言

隨著水電廠"無(wú)人值班"或"少人值守"工作的開(kāi)展，以"廠網(wǎng)分開(kāi)、競(jìng)價(jià)上網(wǎng)"為基礎(chǔ)的電力體制改革的深入進(jìn)行。對(duì)水電廠的生產(chǎn)運(yùn)行和管理提出了新的要求，也對(duì)水電廠自動(dòng)化技術(shù)提出了更高的要求。計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)應(yīng)用是水電廠實(shí)現(xiàn)"無(wú)人值班"或"少人值守"的必備條件。計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展，給水電廠自動(dòng)化系統(tǒng)無(wú)論在結(jié)構(gòu)上還是在功能上，都提供了一個(gè)廣闊的發(fā)展舞臺(tái)。水電廠自動(dòng)化工作也必須適應(yīng)新的形勢(shì)需要，有新的發(fā)展。如今的水電廠自動(dòng)化系統(tǒng)應(yīng)該成為一個(gè)集計(jì)算機(jī)、控制、通信、網(wǎng)絡(luò)及電力電子為一體的綜合系統(tǒng)。不僅可以完成對(duì)單個(gè)電廠，還可以進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)對(duì)梯級(jí)流域、甚至跨流域的水電廠群的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行和安全監(jiān)控。本文就如何開(kāi)發(fā)水電廠自動(dòng)化系統(tǒng)及自動(dòng)化系統(tǒng)開(kāi)發(fā)方面的技術(shù)問(wèn)題作一點(diǎn)探討。

1、自動(dòng)化系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的組織過(guò)程

、用戶(hù)參與開(kāi)發(fā)過(guò)程

計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)不同于一般的機(jī)電產(chǎn)品，用戶(hù)參與其開(kāi)發(fā)過(guò)程，對(duì)于系統(tǒng)發(fā)揮其監(jiān)控功能十分必要。這是因?yàn)椋?/p>

＃由于計(jì)算機(jī)硬件的可擴(kuò)展性和軟件的靈活性，使監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、規(guī)模、功能、性能等不可能統(tǒng)一，市場(chǎng)上沒(méi)有固定的系統(tǒng)可供購(gòu)買(mǎi)。

＃用戶(hù)的要求差異性很大。電廠規(guī)模、重要性、設(shè)備狀況不同，對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)的要求就不同。電廠的管理模式和生產(chǎn)技術(shù)人員參與開(kāi)發(fā)是將用戶(hù)的意圖、習(xí)慣和對(duì)自動(dòng)化的理解融合到產(chǎn)品中去的最好方式。

＃參與開(kāi)發(fā)能使用戶(hù)最快地掌握系統(tǒng)開(kāi)發(fā)技術(shù)，有利于用戶(hù)對(duì)系統(tǒng)的升級(jí)、改進(jìn)、完善及維護(hù)，更好地使用系統(tǒng)各項(xiàng)功能。

監(jiān)控系統(tǒng)從設(shè)計(jì)到投運(yùn)一般要經(jīng)過(guò)如下過(guò)程：設(shè)計(jì)招標(biāo)、合同談判、成立聯(lián)合設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)組、用戶(hù)數(shù)據(jù)文件收集、開(kāi)發(fā)商設(shè)備采購(gòu)、系統(tǒng)集成與軟件開(kāi)發(fā)、出廠驗(yàn)收、現(xiàn)場(chǎng)安裝調(diào)試、工廠試驗(yàn)及投運(yùn)等。用戶(hù)應(yīng)全過(guò)程參與，但真正參與開(kāi)發(fā)是在合同談判結(jié)束和各項(xiàng)技術(shù)條件確定后開(kāi)始的，包括用戶(hù)數(shù)據(jù)文件準(zhǔn)備、系統(tǒng)集成與開(kāi)發(fā)。

、用戶(hù)數(shù)據(jù)文件的準(zhǔn)備

監(jiān)控系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的最大工作量在于系統(tǒng)的客戶(hù)化，而客戶(hù)化的好壞起決于用戶(hù)數(shù)據(jù)是否充分和準(zhǔn)確，因此用戶(hù)在同廠家開(kāi)發(fā)之前應(yīng)組織專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的收集和準(zhǔn)備工作，生產(chǎn)技術(shù)人員應(yīng)包括運(yùn)行人員、計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)人員、自動(dòng)化技術(shù)人員。

由運(yùn)行人員準(zhǔn)備的資料有：工作站監(jiān)控畫(huà)面、運(yùn)行報(bào)表、歷史記錄點(diǎn)定義、事件記錄報(bào)表、操作鍵盤(pán)定義、語(yǔ)音報(bào)警語(yǔ)句、電話(huà)及ON-CALL傳呼定義、統(tǒng)計(jì)計(jì)算格式等等。

由計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)人員準(zhǔn)備的資料有：計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、MIS系統(tǒng)操作系統(tǒng)平臺(tái)、MIS系統(tǒng)和自動(dòng)化接口軟件、網(wǎng)橋、防火墻等。

由自動(dòng)化技術(shù)人員準(zhǔn)備的數(shù)據(jù)資料有：數(shù)據(jù)庫(kù)定義表、各項(xiàng)操作流程及防誤閉鎖條件、各LCU的I/O定義表、LCU順控及自動(dòng)倒換流程、AGC、AVC控制參數(shù)和邊界條件、對(duì)外通信數(shù)據(jù)清單等。

數(shù)據(jù)文件準(zhǔn)備工作一般約需3個(gè)月時(shí)間，對(duì)于尚未投產(chǎn)的新電廠，由于設(shè)備還未到位，其運(yùn)行狀況不明，圖紙資料不齊全，數(shù)據(jù)文件準(zhǔn)備工作可能需要幾年的時(shí)間。

、雙方聯(lián)合設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)組聯(lián)絡(luò)會(huì)議

聯(lián)合設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)組一般應(yīng)有雙方技術(shù)人員和商務(wù)人員參加。首次聯(lián)絡(luò)會(huì)會(huì)議的主要內(nèi)容一般為：

＃用戶(hù)通報(bào)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)準(zhǔn)備情況，并提交有關(guān)資料；

＃開(kāi)發(fā)商通報(bào)設(shè)備采購(gòu)情況，并就設(shè)備變更和系統(tǒng)集成方案征求用戶(hù)意見(jiàn)；

＃雙方對(duì)合同的理解和技術(shù)澄清；

＃確定開(kāi)發(fā)的組織方式和開(kāi)發(fā)的時(shí)間；

＃在隨后的開(kāi)發(fā)過(guò)程中根據(jù)合同要求和實(shí)際技術(shù)難度，可能還應(yīng)召開(kāi)1～3次聯(lián)合設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)組聯(lián)絡(luò)會(huì)。

、系統(tǒng)的集成與軟件開(kāi)發(fā)

＃硬件系統(tǒng)的集成，一方面是檢驗(yàn)合同文件所規(guī)定的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、硬件設(shè)備的可行性，另一方面也是為軟件開(kāi)發(fā)搭建平臺(tái)，這項(xiàng)工作應(yīng)由開(kāi)發(fā)商根據(jù)簡(jiǎn)化了的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進(jìn)行。

＃用戶(hù)應(yīng)成立廠開(kāi)發(fā)工作組，一般為5～15人組成，并指定工作組負(fù)責(zé)人。用戶(hù)工作組成員應(yīng)包括：自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)人員、計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)人員和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)豐富且具備一定計(jì)算機(jī)知識(shí)的運(yùn)行人員。開(kāi)發(fā)商應(yīng)提供應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)平臺(tái)，并提供必要的培訓(xùn)。

開(kāi)發(fā)過(guò)程中用戶(hù)工作組可獨(dú)立完成的開(kāi)發(fā)任務(wù)有：

＃監(jiān)控畫(huà)面的編輯；

＃運(yùn)行報(bào)表的編輯；

＃實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)原文件的編輯；

＃歷史數(shù)據(jù)庫(kù)原文件的編輯；

＃各LCU控制流程的編輯；

＃對(duì)外通信數(shù)據(jù)模塊原文件的編輯，等等。

用戶(hù)工作組可協(xié)助開(kāi)發(fā)商完成的開(kāi)發(fā)任務(wù)有：

＃AGC、AVC控制流程；

＃事件及報(bào)警記錄的定義；

＃語(yǔ)音、電話(huà)報(bào)警和ON-CALL信息的定義；

＃主站操作流程及防誤操作閉鎖流程；

＃歷史數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)、計(jì)算等等。

現(xiàn)場(chǎng)用戶(hù)工作組應(yīng)定期反饋開(kāi)發(fā)進(jìn)度，全過(guò)程監(jiān)督項(xiàng)目的執(zhí)行，直到開(kāi)發(fā)工作結(jié)束，并一同參與出廠驗(yàn)收。

2、太平哨發(fā)電廠監(jiān)控系統(tǒng)開(kāi)發(fā)過(guò)程介紹

太平哨發(fā)電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)始于1997年，開(kāi)發(fā)的項(xiàng)目范圍為計(jì)算機(jī)主站、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、公用設(shè)備LCU。

該項(xiàng)目選定東北電科院自動(dòng)化所為合作伙伴，項(xiàng)目各階段的進(jìn)度

合作意向簽訂：1997年初

自動(dòng)化改造方案和施工期進(jìn)度方案：1997年

技術(shù)條件及合同擬定：1998年

技術(shù)方案和設(shè)備選型：1998年

現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)文件準(zhǔn)備：1998年2～4月

用戶(hù)工作組開(kāi)發(fā)：1998年5月～10月；1999年9月～12月。

第一臺(tái)LCU連入新主站網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行：1998年10月

系統(tǒng)聯(lián)調(diào)：1999年11月～12月

隨著試驗(yàn)的進(jìn)行，各項(xiàng)功能逐步投入使用。至1999年底，已能實(shí)現(xiàn)對(duì)四臺(tái)機(jī)組遙測(cè)、遙控和遙調(diào)。

在該項(xiàng)目中，用戶(hù)參與開(kāi)發(fā)主要分兩個(gè)階段，第一階段為數(shù)據(jù)文件準(zhǔn)備階段，共有20余人參與，歷時(shí)3個(gè)月；第二階段為開(kāi)發(fā)階段，共有15人參與，歷時(shí)6個(gè)月。

3、計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)問(wèn)題探討

監(jiān)控系統(tǒng)是一個(gè)客戶(hù)化程度很高的自動(dòng)控制系統(tǒng)，系統(tǒng)的實(shí)用性、先進(jìn)性、可靠性以及靈活性等取決于客戶(hù)的要求。在此就一些技術(shù)問(wèn)題進(jìn)行探討。

、監(jiān)控系統(tǒng)電源

電廠控制層應(yīng)設(shè)有直流和交流控制電源，監(jiān)控系統(tǒng)的LCU及外圍自動(dòng)化裝置宜采用交直流雙電源、互為備用、無(wú)擾切換的供電方式，電源裝置的電壓選擇應(yīng)保證正常情況下交流供電、直流備用，以減輕直流系統(tǒng)的負(fù)擔(dān)。運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，UPS在現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境下使用壽命很短，難以維護(hù)，不宜采用。

監(jiān)控系統(tǒng)主站設(shè)備的運(yùn)行環(huán)境要達(dá)到國(guó)家規(guī)定要求，采取交流＋UPS供電方式較好。

、監(jiān)控系統(tǒng)與勵(lì)磁、保護(hù)、調(diào)速器系統(tǒng)接口

LCU與上述自動(dòng)化裝置一般采用開(kāi)關(guān)量接口和通信兩種方式。對(duì)于DIO方式，由于交換的信號(hào)一一對(duì)應(yīng)，接線直觀，便于調(diào)試和故障查處。但接線較多，有些控制功能，例如有功和無(wú)功調(diào)節(jié)，必須在LCU內(nèi)編制復(fù)雜的PID調(diào)節(jié)程序，如PID參數(shù)不當(dāng)還可能造成調(diào)節(jié)性能不佳。現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用表明，這種方式對(duì)無(wú)功/電壓閉環(huán)調(diào)節(jié)尚能滿(mǎn)足要求，但對(duì)有功閉環(huán)調(diào)節(jié)，常常出現(xiàn)超調(diào)或調(diào)節(jié)不到位、或凋節(jié)時(shí)間延長(zhǎng)等現(xiàn)象。

上述三種自動(dòng)化裝置宜采用通信方式，LCU直接將給定值傳送至電調(diào)和勵(lì)磁裝置，實(shí)現(xiàn)有功、無(wú)功的一次設(shè)定；LCU通過(guò)通信鏈路獲得各個(gè)自動(dòng)化裝置的內(nèi)部詳細(xì)狀態(tài)和微機(jī)保護(hù)的事故追憶采樣值數(shù)據(jù)包。

盡管監(jiān)控系統(tǒng)與勵(lì)磁、保護(hù)、調(diào)速器裝置存在接口聯(lián)系，但各系統(tǒng)間應(yīng)保持相對(duì)獨(dú)立，并在通信上設(shè)置"互檢"和容錯(cuò)功能，一方故障不應(yīng)影響其它系統(tǒng)的正常運(yùn)行。上述裝置中直接作為控制和調(diào)節(jié)條件的信號(hào)不應(yīng)相互轉(zhuǎn)送利用，而應(yīng)通過(guò)高可靠的渠道直接從設(shè)備上采集。

、監(jiān)控系統(tǒng)與現(xiàn)地自動(dòng)控制回路和裝置的功能協(xié)調(diào)

機(jī)組或公共輔助設(shè)備，例如冷卻水系統(tǒng)、壓油泵、深井泵、空壓機(jī)等，一般設(shè)有現(xiàn)地自動(dòng)控制裝置。處理現(xiàn)地自動(dòng)化與監(jiān)控系統(tǒng)的關(guān)系時(shí)，應(yīng)遵循現(xiàn)地自動(dòng)化為主的原則，監(jiān)控系統(tǒng)則通過(guò)開(kāi)關(guān)量、模擬量的采集承擔(dān)監(jiān)視、后備控制的任務(wù)，一旦發(fā)生異常，則發(fā)出信號(hào)，并通過(guò)獨(dú)立的信號(hào)采集進(jìn)行緊急控制。

直流電源裝置也應(yīng)視為現(xiàn)地自動(dòng)裝置，監(jiān)控系統(tǒng)只對(duì)直流系統(tǒng)和電源裝置的工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視，不參與控制。無(wú)需建立網(wǎng)絡(luò)或串行通信聯(lián)系。

、事件記錄與故障錄波的考慮

事件記錄與故障錄波裝置都是運(yùn)行和事故分析的手段。事件記錄一般集成在計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)中，但由于采樣速度、內(nèi)存等限制往往不能提供足以用來(lái)分析事故的波形；故障錄波一般用在開(kāi)關(guān)站，作為線路故障數(shù)據(jù)的采集和分析工具。

機(jī)組不必配置故障錄波器，因?yàn)榕渲霉收箱洸ㄆ鲿?huì)導(dǎo)致信號(hào)的重復(fù)采集，使二次回路和電纜布置復(fù)雜化，而且不可能收集太全的信號(hào)。將事故記錄與故障錄波功能分別由監(jiān)控系統(tǒng)和具有快速交流采樣功能的微機(jī)保護(hù)裝置、微機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器、微機(jī)調(diào)速器等分擔(dān)較為合理。這就要求微機(jī)保護(hù)裝置、微機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器、微機(jī)調(diào)速器具有判別故障、存儲(chǔ)、對(duì)時(shí)等功能。

、信號(hào)返回屏的考慮

信號(hào)返回屏是電廠實(shí)現(xiàn)集中監(jiān)視和控制的重要人機(jī)交流界面，由于顯示直觀、清晰可靠，畫(huà)面和各儀表、元件位置固定，對(duì)運(yùn)行值班十分方便，尤其是事故情況下，運(yùn)行人員對(duì)全廠的狀況一目廠然，其作用是計(jì)算機(jī)屏幕不可替代的。信號(hào)返回屏宜考慮采用一些指針儀表，以反映系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)過(guò)程。

、工業(yè)電視、消防報(bào)警、保安、故障錄波器及MIS的接入

鑒于監(jiān)控系統(tǒng)在電廠運(yùn)行控制中的突出地位，其接入系統(tǒng)越少越好，信息交換量不大時(shí)，為了保證各個(gè)系統(tǒng)的安全運(yùn)行，能采用I/O接入的決不采用通信連接。

對(duì)工業(yè)電視，由于圖像信號(hào)數(shù)據(jù)量大，占用網(wǎng)絡(luò)資源多，不應(yīng)通過(guò)監(jiān)控網(wǎng)傳送，而應(yīng)自成網(wǎng)絡(luò)，在控制室設(shè)置工業(yè)電視專(zhuān)用CRT。但如果工業(yè)電視要實(shí)現(xiàn)圖像自動(dòng)聯(lián)控切換功能，仍應(yīng)以通信方式接入監(jiān)控系統(tǒng)，通信鏈路上僅從監(jiān)控系統(tǒng)單向傳送用于圖像自動(dòng)聯(lián)控切換的信息。而工業(yè)電視與電廠管理信息系統(tǒng)應(yīng)聯(lián)網(wǎng)，以便授權(quán)用戶(hù)進(jìn)行圖像訪問(wèn)。

消防報(bào)警對(duì)運(yùn)行監(jiān)視十分重要，其數(shù)據(jù)量不大，因此接入監(jiān)控系統(tǒng)比較合理。消防報(bào)警火情信號(hào)和保安監(jiān)視信號(hào)可轉(zhuǎn)送給工業(yè)電視系統(tǒng)，進(jìn)行圖像自動(dòng)聯(lián)控切換。

故障錄波器為大容量數(shù)據(jù)采集和記錄分析設(shè)備，數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)作用不強(qiáng)，離線分析的成分較多，應(yīng)各自自成系統(tǒng)，并建立各自的中心分析站。從運(yùn)行管理模式看，電廠實(shí)現(xiàn)"無(wú)人值班"或"少人值守"后，控制室運(yùn)行人員很少，而這兩個(gè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)分析工作十分費(fèi)時(shí)，專(zhuān)業(yè)性很強(qiáng)，不適合運(yùn)行值班人員操作；如果兩系統(tǒng)與MIS系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)，監(jiān)控系統(tǒng)僅通過(guò)I/O對(duì)其故障和動(dòng)作等情況進(jìn)行監(jiān)視。專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員通過(guò)MIS即可訪問(wèn)兩系統(tǒng)，完成數(shù)據(jù)分析和遠(yuǎn)程管理功能。

為實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)發(fā)電與電廠管理相結(jié)合，MIS應(yīng)與監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)。由于MIS用戶(hù)多，MIS上數(shù)據(jù)多種多樣，為安全起見(jiàn)，兩網(wǎng)之間除采取防火墻等隔離措施外，還應(yīng)采用單向數(shù)據(jù)流，控制室設(shè)置專(zhuān)用MIS終端。

4、自動(dòng)化系統(tǒng)的發(fā)展

水電廠自動(dòng)化系統(tǒng)由I/O設(shè)備(傳感器和執(zhí)行器)、控制硬件、控制軟件、人機(jī)接口及與信息系統(tǒng)的連接等組成。而水電廠的自動(dòng)化是從80年代初單個(gè)功能裝置研制開(kāi)始的，計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展過(guò)程以及典型系統(tǒng)的應(yīng)用如表1所示：

表1計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)展過(guò)程表

、功能分布式的星型分層監(jiān)控系統(tǒng)

以單功能微機(jī)裝置集成系統(tǒng)，每個(gè)微機(jī)裝置具有特定的功能，但每個(gè)微機(jī)裝置都具有不同功能，如有的微機(jī)裝置專(zhuān)門(mén)采集開(kāi)關(guān)量，有的微機(jī)裝置專(zhuān)采集模擬量，有的微機(jī)裝置專(zhuān)門(mén)進(jìn)行控制操作。該系統(tǒng)在分布的方式上進(jìn)行了一些有益的嘗試，但從模式上看不算是很成熟的系統(tǒng)。

、以設(shè)備單元分布的星型分層監(jiān)控系統(tǒng)

為了檢修維護(hù)的方便，以發(fā)電機(jī)組為單元，將數(shù)據(jù)采集與控制集成到一臺(tái)微機(jī)或PLC裝置中，構(gòu)成了現(xiàn)地控制單元LCU。LCU無(wú)法直接接入以太網(wǎng)，而計(jì)算機(jī)非常昂貴，不能使每臺(tái)LCU都配備CPU接入以太網(wǎng)，只能將微機(jī)作為前置機(jī)。這時(shí)的系統(tǒng)采用專(zhuān)門(mén)的計(jì)算機(jī)，在應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)上已跨出了一大步，但相應(yīng)的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)還不完善，尚不能形成理想的開(kāi)放系統(tǒng)環(huán)境。

、基于開(kāi)放系統(tǒng)的分布式監(jiān)控系統(tǒng)

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)應(yīng)用軟件越來(lái)越復(fù)雜和龐大，軟件開(kāi)發(fā)的投入也越來(lái)越大，如何使這些巨大的資源不僅在這一家公司制造的計(jì)算機(jī)上運(yùn)行，而且也能在另一家公司制造的計(jì)算機(jī)上運(yùn)行，這就形成了一系列的開(kāi)放系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)：TCP/IP、POSIX、SQL、ODBC、JDBC、OPC等?；陂_(kāi)放系統(tǒng)的分布式計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)具有通用性和可移植性，監(jiān)控系統(tǒng)的軟件可以安裝在任何具有開(kāi)放系統(tǒng)特點(diǎn)的計(jì)算機(jī)上。開(kāi)放系統(tǒng)為水電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展提供了強(qiáng)大的歷史舞臺(tái)。

、基于對(duì)象技術(shù)的分布式監(jiān)控系統(tǒng)

計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)發(fā)展迅速，給軟件開(kāi)發(fā)提供了廣闊的平臺(tái)。軟件技術(shù)發(fā)展到現(xiàn)在除了遵循開(kāi)放系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)以外，還應(yīng)遵循面向?qū)ο蠹夹g(shù)的標(biāo)準(zhǔn)，如：SUN公司的JavaRMI、Microsoft公司的COM/DCOM。水電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)由于面向?qū)ο蟮膹?fù)雜性和多樣性，基于面向?qū)ο蟮募夹g(shù)應(yīng)用將水電廠運(yùn)行設(shè)備如發(fā)電機(jī)組、主變、開(kāi)關(guān)等抽象為對(duì)象。從系統(tǒng)設(shè)計(jì)、編程語(yǔ)言選擇到用戶(hù)界面等一系列過(guò)程都依據(jù)面向?qū)ο蟮睦砟?、原則和技術(shù)，這樣工作的結(jié)果將給用戶(hù)帶來(lái)使用和維護(hù)上的極大方便。

5、水電廠自動(dòng)化系統(tǒng)的技術(shù)措施

水電廠自動(dòng)化系統(tǒng)必須具備完備的硬件結(jié)構(gòu)，開(kāi)放的軟件平臺(tái)和強(qiáng)大的應(yīng)用系統(tǒng)。

、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

目前監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)基本上以面向網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，系統(tǒng)級(jí)設(shè)備大多采用Ethernet或FDDI等通用網(wǎng)絡(luò)設(shè)備連接高性能的微機(jī)、工作站和服務(wù)器，在被控設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)則較多地采用PLC或智能現(xiàn)地控制單元，再通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線與基礎(chǔ)層的智能I/O設(shè)備、智能儀表、遠(yuǎn)程I/O等相聯(lián)接，構(gòu)成現(xiàn)地控制子系統(tǒng)，與廠級(jí)系統(tǒng)結(jié)合形成整個(gè)控制系統(tǒng)。

隨著安全生產(chǎn)、經(jīng)濟(jì)管理及電力市場(chǎng)等功能的擴(kuò)展，對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的能力也提出了更高的要求，在系統(tǒng)級(jí)設(shè)備中64位的工作站、服務(wù)器的選用已是絕大多數(shù)系統(tǒng)的必然選擇，Intel公司的64位TitaniumCPU和微軟公司64位Windows操作系統(tǒng)也即將推出，它將帶給基于PC和Windows平臺(tái)的監(jiān)控系統(tǒng)用戶(hù)以巨大的尋址空間和遠(yuǎn)遠(yuǎn)勝于32位PC的強(qiáng)大運(yùn)算處理能力。高速交換式以太網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展克服了以往低速以太網(wǎng)在實(shí)時(shí)應(yīng)用上的不足，其更具開(kāi)放性的標(biāo)準(zhǔn)，眾多生產(chǎn)廠商的支持，使其無(wú)論是在設(shè)備的選購(gòu)，產(chǎn)品的更換、產(chǎn)品的價(jià)格、硬軟件的可移植性等諸多方面都比FDDI等其它網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品有著明顯的甚至是無(wú)法替代的優(yōu)勢(shì)。

對(duì)于現(xiàn)地控制單元，智能控制器加上現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)應(yīng)是一個(gè)好的發(fā)展趨勢(shì)，根據(jù)IEC標(biāo)準(zhǔn)及現(xiàn)場(chǎng)總線基金會(huì)的定義：現(xiàn)場(chǎng)總線是連接智能設(shè)備和自動(dòng)化系統(tǒng)的數(shù)字式雙向傳輸、多分枝結(jié)構(gòu)的通信網(wǎng)絡(luò)。它具有如下技術(shù)特點(diǎn)：

＃系統(tǒng)開(kāi)放性；

?；タ刹僮餍耘c可用性；

?，F(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的智能化與功能自治性；

＃系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的高度分散性；

＃對(duì)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的適應(yīng)性。

機(jī)組容量變大、控制信息量增多，控制任務(wù)功能增加，控制負(fù)荷加重、網(wǎng)絡(luò)通信故障都會(huì)造成現(xiàn)地控制單元控制能力的降低。針對(duì)水電廠被控制對(duì)象分散的特點(diǎn)，采用現(xiàn)場(chǎng)總線將分散在現(xiàn)場(chǎng)的智能儀表、智能I/O、智能執(zhí)行機(jī)構(gòu)、智能變送器、智能控制器連接成一體。正好體現(xiàn)了分散控制的特點(diǎn)，提高了系統(tǒng)的自治性和可靠性，節(jié)省了大量信號(hào)電纜和控制電纜。所以說(shuō)，使用現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)較適應(yīng)分布式、開(kāi)放式的發(fā)展趨勢(shì)。當(dāng)然，現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)主要是要有分散在被控對(duì)象現(xiàn)場(chǎng)的智能傳感器、智能儀表、智能執(zhí)行機(jī)構(gòu)的支持，而目前在水電廠中這些還是大量的舊式裝備。只能逐步過(guò)渡，最后取代舊式的數(shù)字/模擬混合裝備和技術(shù)，形成全新的全數(shù)字式系統(tǒng)。

、軟件系統(tǒng)平臺(tái)

、支持軟件平臺(tái)和應(yīng)用軟件包向通用化、規(guī)范化發(fā)展

為適應(yīng)開(kāi)放化、標(biāo)準(zhǔn)化、網(wǎng)絡(luò)化、高速化和易用化的發(fā)展技術(shù)，計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)中的軟件支持平臺(tái)和應(yīng)用軟件包應(yīng)更趨向于通用化、開(kāi)放化和規(guī)范化。從電力行業(yè)高可靠性的要求出發(fā)，在大中型水電廠監(jiān)控系統(tǒng)中的UNIX操作系統(tǒng)等得到廣泛的應(yīng)用，中小型水電廠因較多采用PC構(gòu)架的計(jì)算機(jī)，所以較多地采用Windows操作系統(tǒng)。數(shù)據(jù)庫(kù)方面由于商用數(shù)據(jù)庫(kù)在電力生產(chǎn)控制的實(shí)時(shí)性上還難以充分滿(mǎn)足要求，專(zhuān)有的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)＋商用的歷史數(shù)據(jù)庫(kù)形式，這是目前較為普遍的結(jié)合方式。由于部分?jǐn)?shù)據(jù)庫(kù)的專(zhuān)用性帶來(lái)了數(shù)據(jù)變換的不便，在現(xiàn)今電力行業(yè)推進(jìn)信息化和數(shù)字化建設(shè)的大背景下它的不適應(yīng)性就凸現(xiàn)出來(lái)，較好的辦法是遵循統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)接口規(guī)范，使大家可在統(tǒng)一的"數(shù)字總線"上便捷地進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。

、Web、Java等新技術(shù)的應(yīng)用

Web及面向?qū)ο蟮腏ava等新技術(shù)將越來(lái)越多地引入計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。筆者了解到南瑞自控新近開(kāi)發(fā)的NC-2000監(jiān)控系統(tǒng)，全面采用了面向?qū)ο蟮拈_(kāi)發(fā)技術(shù)，人機(jī)界面采用跨平臺(tái)的Java來(lái)實(shí)現(xiàn)，它不僅給用戶(hù)提供了更加方便地進(jìn)行可編程二次開(kāi)發(fā)的功能豐富多彩的界面，而且由于Web、Java等技術(shù)的采用，前臺(tái)操作員站的應(yīng)用支撐軟件大大減少，可以實(shí)現(xiàn)真正意義上的"瘦客戶(hù)機(jī)"。如在大中型電廠用高性能的UNIX工作站或服務(wù)器作為全系統(tǒng)的主控機(jī)和數(shù)據(jù)服務(wù)器，而用PC機(jī)作為操作員站，由Java一次編譯，多處運(yùn)行的特性，不僅可輕松地在操作員站和主處理器等監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)的節(jié)點(diǎn)獲得同樣的人機(jī)界面，加上Internet/Intranet和Web技術(shù)的支持，更可在廠領(lǐng)導(dǎo)辦公室、總工辦公室和生產(chǎn)等部門(mén)任何聯(lián)網(wǎng)的地方直接瀏覽到同樣的界面，甚至于在任何地點(diǎn)經(jīng)電話(huà)接入后的微機(jī)也可以瀏覽到同樣的界面。

、功能強(qiáng)大的組態(tài)工具

用戶(hù)無(wú)需對(duì)操作系統(tǒng)命令深入了解，也不需要復(fù)雜的編程技巧，不論是在UNIX系統(tǒng)上還是在Windows系統(tǒng)上，都可通過(guò)組態(tài)界面十分方便地完成：

＃數(shù)據(jù)庫(kù)測(cè)點(diǎn)定義；

＃對(duì)象定義；

?，F(xiàn)地控制單元的各種模件定義；

＃處理算法定義；

＃通信端口；

＃通信協(xié)義的定義。

順序控制流程生成、檢測(cè)、加載等各種功能的應(yīng)用定義以及維護(hù)，很多功能只需點(diǎn)擊鼠標(biāo)進(jìn)行選擇，既快捷方便，又避免了使用編輯程序產(chǎn)生的輸入錯(cuò)誤，真正體現(xiàn)主系統(tǒng)服務(wù)的面向?qū)ο?、可靠、開(kāi)放、友好、可擴(kuò)展和透明化。

、強(qiáng)大的應(yīng)用系統(tǒng)

計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展到今天，其性能越來(lái)越高，其應(yīng)用也就越來(lái)越廣泛。隨著無(wú)人值班工作向縱深發(fā)展，也向計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)無(wú)論是系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上，還是功能上都提出了更高的要求，現(xiàn)就幾個(gè)方面說(shuō)明

、歷史數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)

歷史數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)實(shí)際上是監(jiān)控系統(tǒng)的一個(gè)組成部分，只是將原來(lái)監(jiān)控系統(tǒng)中需要?dú)v史保存的數(shù)據(jù)、事件和相關(guān)信息進(jìn)行分門(mén)別類(lèi)的存放在商用數(shù)據(jù)庫(kù)中，供需要時(shí)進(jìn)行查詢(xún)、打印或備份。歷史數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)以單獨(dú)的計(jì)算機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)，具有美觀的人機(jī)界面，方便的操作方式和豐富多彩的顯示形式。這樣的配置既減輕了監(jiān)控系統(tǒng)的負(fù)擔(dān)，減化了監(jiān)控系統(tǒng)的軟件復(fù)雜性，增加了監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性，還能通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫(kù)接口SQL、ODBC、JDBC等與其他系統(tǒng)互連，如MIS系統(tǒng)。

、電能量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

水電廠中每臺(tái)發(fā)電機(jī)、每條線路甚至每臺(tái)主變都安裝了電度量表，傳統(tǒng)的電度量采集一般采用由電度量表輸出電度量脈沖到計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)的，由于監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)備環(huán)節(jié)比較多，在監(jiān)控系統(tǒng)中必須設(shè)定電度量初值，一旦有設(shè)備退出工作或工作不正常，電度量測(cè)量就有誤差或以前的測(cè)量值丟失，需要重新設(shè)定其初值，這種方法實(shí)際上無(wú)法保證電度量監(jiān)測(cè)的結(jié)果正確性，而且維護(hù)的工作量也很大。

目前，市場(chǎng)上有一種智能電度量表，它具有智能通信接口。這種電度量表能完整地保存電度量數(shù)據(jù)，并隨時(shí)可以通過(guò)通信接口取得電度量數(shù)據(jù)。因此，以這種電度量表為基礎(chǔ)，通過(guò)電度量表的通信接口，回聚在一起，配備歷史數(shù)據(jù)管理功能的計(jì)算機(jī)就可以形成電度量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)既可以相對(duì)獨(dú)立，也可以與監(jiān)控系統(tǒng)互相通信，實(shí)現(xiàn)信息共享，為水電廠運(yùn)行管理提供可靠依據(jù)。

、效率檢測(cè)系統(tǒng)

水輪機(jī)效率的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)對(duì)電站的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行有著重要的作用。水輪機(jī)的在線監(jiān)測(cè)既可用于水電廠機(jī)組在安裝竣工或大修結(jié)束后的現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)收試驗(yàn)，以便檢查設(shè)計(jì)、制造、安裝和檢修質(zhì)量是否滿(mǎn)足要求，又能通過(guò)對(duì)機(jī)組運(yùn)行性能進(jìn)行長(zhǎng)期連續(xù)監(jiān)測(cè)，提供在不同的水流和工況條件下水輪機(jī)性能的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，為確定電廠經(jīng)濟(jì)運(yùn)行中的開(kāi)機(jī)臺(tái)數(shù)和負(fù)荷優(yōu)化分配以及機(jī)組的狀態(tài)檢修等提供參考。因此，水輪機(jī)效率在線檢測(cè)一直是實(shí)現(xiàn)電廠經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)考核和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的一個(gè)重大科技攻關(guān)課題。但是多年來(lái)，一方面由于流量的在線檢測(cè)技術(shù)還未能得到廣泛的推廣應(yīng)用，另外，由于種種原因的限制，也使效率測(cè)試難以在電廠發(fā)揮其應(yīng)有的作用。因此盡管隨著計(jì)算機(jī)、通信、信息及測(cè)控等一系列新技術(shù)的迅速發(fā)展和在電廠的廣泛應(yīng)用，給效率在線檢測(cè)項(xiàng)目的開(kāi)發(fā)提供了成熟的技術(shù)基礎(chǔ)。當(dāng)前，以廠網(wǎng)分開(kāi)為基礎(chǔ)的電力體制改革方案已經(jīng)出臺(tái)，電力市場(chǎng)競(jìng)價(jià)上網(wǎng)亦將成為必然的發(fā)展趨勢(shì)。因此，在保證安全運(yùn)行，滿(mǎn)足電力系統(tǒng)要求的基礎(chǔ)上，不斷提高水資源利用率和設(shè)備可用率，減少運(yùn)行和維護(hù)費(fèi)用，已成為每個(gè)電廠迫切需要開(kāi)展的工作。

、運(yùn)行人員培訓(xùn)仿真系統(tǒng)

計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)面對(duì)著實(shí)際的運(yùn)行設(shè)備，肯定不能在上面隨意操作，否則會(huì)出現(xiàn)誤操作行為，造成事故，任何水電廠都不希望出現(xiàn)這種情況。那么一些操作不熟煉或新來(lái)的運(yùn)行人員，如何讓他們盡快熟悉環(huán)境，提高操作水平，進(jìn)入角色。除了可以進(jìn)行培訓(xùn)、實(shí)習(xí)、考試等形式熟悉業(yè)務(wù)外，應(yīng)該有一個(gè)讓運(yùn)行人員實(shí)際動(dòng)手操作的培訓(xùn)仿真系統(tǒng)。培訓(xùn)仿真系統(tǒng)可作為對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)的補(bǔ)充，任何重要的控制操作或復(fù)雜的操作，應(yīng)該在培訓(xùn)仿真系統(tǒng)上驗(yàn)證一次，保證操作的完整性和正確性，確保水電廠運(yùn)行的安全。

、狀態(tài)檢修系統(tǒng)

這是水電廠熱門(mén)的課題，設(shè)備狀態(tài)檢修和設(shè)備運(yùn)行壽命評(píng)估，既是設(shè)備檢修工作發(fā)展的必然趨勢(shì)，也是一項(xiàng)技術(shù)性很強(qiáng)的系統(tǒng)工程。狀態(tài)檢測(cè)主要利用現(xiàn)代化先進(jìn)的檢測(cè)設(shè)備和分析技術(shù)對(duì)水電廠主設(shè)備的某些關(guān)鍵部位的參量，如：機(jī)組的振動(dòng)和擺度，發(fā)電機(jī)絕緣，定子局部放電，變壓器絕緣等數(shù)據(jù)進(jìn)行在線實(shí)時(shí)采集和監(jiān)視，經(jīng)過(guò)集合了現(xiàn)場(chǎng)積累的運(yùn)行、檢修、試驗(yàn)資料和專(zhuān)家經(jīng)驗(yàn)的智能系統(tǒng)綜合分析，從而對(duì)設(shè)備可能存在的機(jī)械、水力、電氣等問(wèn)題作出一個(gè)貼近實(shí)際的評(píng)估。要作出一個(gè)較準(zhǔn)確的評(píng)估目前尚有很大的難度，國(guó)內(nèi)外都已做了大量的嘗試性工作，取得了一定的經(jīng)驗(yàn)。在實(shí)施中，它也作為一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的系統(tǒng)，但目前國(guó)內(nèi)大多數(shù)水電廠都有了較完善的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，集聚了大量監(jiān)測(cè)設(shè)備，從節(jié)省投資與實(shí)際應(yīng)用的角度來(lái)看，狀態(tài)檢修系統(tǒng)與監(jiān)控系統(tǒng)之間有大量的數(shù)據(jù)需要共享，在考慮狀態(tài)檢修系統(tǒng)時(shí)應(yīng)與已建成的監(jiān)控系統(tǒng)作統(tǒng)籌考慮，使兩者有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，既可省去一些重復(fù)部件的投資，又可以使運(yùn)行管理人員在執(zhí)行實(shí)時(shí)生產(chǎn)控制時(shí)，隨時(shí)監(jiān)視到生產(chǎn)設(shè)備的健康狀態(tài)，讓健康狀態(tài)良好的設(shè)備充分發(fā)揮潛力，讓處于亞健康狀態(tài)的設(shè)備減荷承擔(dān)適當(dāng)?shù)墓ぷ髫?fù)荷，而讓健康狀態(tài)有問(wèn)題或趨于出問(wèn)題的設(shè)備及時(shí)得到維修。

、生產(chǎn)管理系統(tǒng)

目前，雖然許多電廠都有了功能較完善的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，但因種種原因還有部分現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的監(jiān)測(cè)信號(hào)無(wú)法輸入到監(jiān)控系統(tǒng)中完成自動(dòng)監(jiān)視。所以設(shè)備的巡檢工作是必不可少的。為了加強(qiáng)巡檢工作的管理和提高巡檢工作的質(zhì)量，可通過(guò)生產(chǎn)管理信息子系統(tǒng)，在當(dāng)班巡檢人員出發(fā)前開(kāi)列出巡檢路線，查看設(shè)備運(yùn)行情況，記錄設(shè)備運(yùn)行參數(shù)，巡檢工作完成后,輸入相關(guān)設(shè)備運(yùn)行參數(shù)等信息傳輸至生產(chǎn)管理信息系統(tǒng)，進(jìn)行分析對(duì)比，并記入歷史數(shù)據(jù)庫(kù)備查。

按照技術(shù)規(guī)程要求，電廠在執(zhí)行設(shè)備操作或維護(hù)時(shí)必須辦理相應(yīng)的一次、二次工作票。這些工作也可以借助生產(chǎn)管理信息子系統(tǒng)來(lái)完成。各相關(guān)部門(mén)計(jì)算機(jī)連入該系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)后，就不必拿著工作票來(lái)回去簽票、消票了。它完全成了數(shù)字化傳輸，省時(shí)省力，并可隨時(shí)對(duì)簽票、消票的詳情進(jìn)行實(shí)時(shí)和歷史的查詢(xún)。

生產(chǎn)管理信息系統(tǒng)完成的工作還包括：運(yùn)行值長(zhǎng)日志，智能操作票，設(shè)備缺陷管理，運(yùn)行臺(tái)帳等。

、智能電話(huà)報(bào)警服務(wù)系統(tǒng)

根據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)產(chǎn)生的報(bào)警信號(hào)，按照告警信號(hào)的優(yōu)先級(jí)別和被通知者的處理優(yōu)先級(jí)，提供實(shí)時(shí)智能報(bào)警通知，把生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)發(fā)生的事件經(jīng)過(guò)智能化的處理，通過(guò)內(nèi)部通信系統(tǒng)、電話(huà)、尋呼、移動(dòng)通信等多種通信手段，以最快的速度把報(bào)警信息傳遞給相關(guān)的人員，以便他們及時(shí)作出對(duì)事件的響應(yīng)。它不僅是一個(gè)智能的可通過(guò)各種通訊工具報(bào)警的系統(tǒng)，而且還是一個(gè)功能強(qiáng)大的交互式語(yǔ)音信息服務(wù)中心，無(wú)論何