原创 水电厂计算机监控系统主辅机信息一体化

水电厂计算机监控系统主辅机信息一体化
概述
中国华能集团公司控股的太平驿水电厂，位于四川省阿坝州汶川县境内,距成都93 km，是岷江上游的一个径流引水式电站，建成于九十年代初期。电站主厂房为地下厂房，总装机容量为4×65MW，设计水头108米，设计年平均发电量为17.2亿kwh。闸首距电站厂房约13km，调压井距电站厂房约3km，开关站布置在厂房对岸，厂房尾水与下游映秀湾电站水库衔接，；两回220 kv出线，一回接入二台山联合开关站，另一回接入什邡新市变电站，另有110 kv出线一回接入地方电网。
2002年四川华能太平驿水电厂（以下简称：太电厂）总体完成了以“无人值班（少人值守）”为目标、以计算机监控系统为中心的综合自动化系统改造。所建成的计算机监控系统采用了法国ALSTOM公司的Alspa P320/C30系统以及GE Fanuc公司GE90系列控制器和F8000现场总线。按电厂设计要求它成功地组建了一个开放的、全分布的、具全分散慨念的、主辅机数据信息一体化的计算机监控系统。
系统介绍
?? 系统网络结构
新建电厂计算机监控系统CCSS （Computer Control and Supervision System）是一个实现了水电厂水轮发电机组与辅机、公用设备，在统一的计算机网络平台上进行实
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时数据、控制命令传递的全网络化系统。该主辅机数据信息一体化的计算机监控系统网络架构分为下述三层：
1． 上位机管理网络层
该网络采用以太网（Ethernet）标准的TCP/IP协议，是一个具有开放性的管理层网络。
2． 厂站控制网络层（S8000-E光纤环网）
电厂监控系统数据信息流主干网络。ALSTOM公司S8000-E网络是基于Ethernet确定性技术安全协议的100Mbps光纤冗余环网，使用标准的Ethernet通讯规约TCP/IP。
3． F8000 冗余现场总线控制网络层
该网络是现地控制单元LCU下方的现场总线网络层。GE Fanuc公司F8000-World Fip网被称为“欧洲的Genius总线”，其传输速率为2.5Mbit，具“时间临界网络”特性。 F8000现场总线网络是实现主、辅机数据信息一体化的重要环节。
太电厂计算机实时监控系统（CCSS）的三层网络之间信息流是相通的、无障碍统一的，系统的操作控制或编程都可以在网络的上位机系统进行，系统并能实现远程诊断和远程维护功能，全厂主、辅机监控系统数据信息一体化。这主要得益于系统设计采用了同一家公司的系列控制器和网络产品。
机组的励磁、调速、保护、流量计及交流采样装置等系统、设备与监控系统现地控制单元LCU，以Modbus总线或103串行规约方式进行数据通讯。这样就基本实现了全厂控制设备信息网络化、通信化。
太电厂计算机实时监控系统（CCSS）采用DL476-92网络协议,通过路由器（Router）接入四川电力通讯网与省调度中心成功的实现了广域网络通信。
?? 系统组成
太电厂由Alspa P320系统组建的分层分布式计算机监控系统结构，分为厂站控制级(Centralog)和现地控制单元LCU/现场控制单元FCU级 (Controbloc)。
1． 厂站控制级Centralog (CIS30)
厂站控制级Centralog（CIS30）采用UNIX Solaris操作系统为平台的SUN工作站。Alspa CIS30系统可支持9台系统服务器(CIS)，32个LCU单元，25000个变量规模的系统。其特点是系统运行稳定，抗干扰、抗病毒能力强，具强大的多任务并行处理能力，数据处理速度(SPECint,SPECfp) 指标高等。在SUN工作站上可进行动态监视、控制、故障查询和屏幕拷贝等操作。电厂控制级的报表管理站可实现报表自动或手动打印，用户可增加或修改报表(通过EXECL工具)等；语音报警PC工作站可实现语音报警及电话自动拨号报警等功能。 2
厂站控制级Centralog配置如下：
?? 冗余系统数据服务器CIS ( Centralog Interface Station) 2套。
?? 双屏操作员站CVS (Centralog View Station) 3套(CVS2、CVS3，CVS4)。
?? 系统配置中心CCC (Centralog Configuration Centre)及网关机 1套。
?? CONTROCAD-NT工程师站 1套。
?? 语音报警PC工作站（ALM） 2套。
?? 报表PC管理工作站（CRW） 1台。
?? 便携式计算机 1台。
?? GPS时钟 1套。
?? HP5000激光黑白打印机及EPSON1520喷墨彩色打印机 各1台。
2． LCU / FCU控制级（Controlbloc）
采用了现地控制单元LCU（Local Control Unit ）与现场控制单元FCU（Field Control Unit）结合组建的。较大程度上实践了具有全分散概念的水电厂主、辅机一体化的计算机监控系统，不再另行设置专用的辅机和公用设备监控系统。所有的机组辅助设备和电站公用设备，根据其控制对象的控制流程和操作要求等，分别采用分布式的、面向对象的现场控制单元FCU，实现就地控制。这些分布在全厂的辅机和公用设备现场的控制单元FCU，通过现场总线F8000接入监控系统的机组现地控制单元1--4LCU 或公用现地控制单元5LCU或闸首控制单元7LCU系统中，实现了主辅机数据信息网络一体化。
现地控制单元LCU1－7采用GE Fanuc公司为法国ALSTOM公司OEM生产的GE90-30PLC和网络器件组成。各冗余主控CELL(CPU364)直接连接在传输速度为100/10Mbps的S8000-E光纤以太环网上，系统数据处理能力快速、可靠、稳定。各LCU均配置有GE Fanu公司生产的2000型TFT触摸屏工控机作为人机界面（MMI），可分别在现地对机组、开关站及公用设备进行监控。MMI的开发平台为GE Fanuc公司的Cimplicity工控软件。开发有开/停机、机组控制、油/气/水控制、断路器分合闸、温度监测等监控画面。MMI通过以太网口直接
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联入交换机RS2实现与主控CELL（CPU364）的通信。这样在互为热备的主控CELL间切换时,合理地解决了与MMI “2对1” 的通信问题。这在采用串行口通信方式所难以实现的。
?? 系统特点
新建太电厂综合自动化系统为全计算机监控系统，是一个开放性的、全分布的（结构分层分布，数据库分布），且具有全分散概念的信息统一的监控系统。其功能较完善，控制对象全面，控制实时性强，可靠性高，人机界面友好，应用界面全汉化，具备一定水平的数据综合处理高级管理功能,；完成全厂自动发电控制(AGC)，自动电压控制(AVC)功能；建立智能报警、故障自动寻呼、事故分析处理、主辅机设备状态监视系统；形成电话语音，事故查询等多媒体技术功能； 系统具备监视和自诊断功能，并能实现系统的远程诊断和维护功能。电站现场逐步实现无人值班，少人值守，控制实现了在现地和远方操作。
小结语
为实现太平驿水电厂监控系统主辅机一体化、信息网络化，在设计阶段（可行性研究报告及招标技术文件）就明确提出现地控制单元（LCU）及现场控制单元（FCU）的控制器需采用同一公司的系列产品，这样在网络通信方面就避免两家产品的不和谐带来的通信障碍。更重要的一点在于LCU与FCU控制器为同一家产品有同样的编程平台和透明、通畅、标准的通信网络，让远程诊断和远程维护成为可能，又使硬件和软件的维护带来极大的方便和好处。
华能太平驿水电厂计算机监控系统实现了主辅机一体化是具有首例实践意义的，而这里又选用了GE Fanuc公司的控制器和网络产品来实现了这个目标。
采用ALSTOM公司P320系统组建的太平驿水电厂计算机监控系统，应该说总体是成功的。近一年来现场运行工况基本良好，网络可靠控制信息通达，P320上位机系统不够稳定的个别问题近期已得到基本解决。该系统有许多优点，如：P320系统采用GE Fanuc 9030和F8000现场总线实现了主辅机一体化、信息网络化、是一个采用了现地控制单元LCU与现场控制单元FCU结合的较大程度地实践了具有全分散概念的系统。又如：P320上位机系统（Centralog）,其系统开发平台（Windows NT）和运行平台（Unix）分离化，从理论和实践的意义上提高了系统的可靠性、方便性及界面的友好性。
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