水電廠輔助設(shè)備集中控制新技術(shù)的研究與應(yīng)用

沈小鈺，朱立新，譚　臻

（華能瀾滄江水電有限公司漫灣水電廠，云南 臨滄 675805）

水電廠輔助設(shè)備集中控制新技術(shù)的研究與應(yīng)用

沈小鈺，朱立新，譚臻

（華能瀾滄江水電有限公司漫灣水電廠，云南 臨滄 675805）

摘要：首先介紹了水電廠輔助設(shè)備集中控制的技術(shù)要求，隨后對(duì)該技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀及現(xiàn)階段應(yīng)用方式進(jìn)行了闡述，最后介紹了該技術(shù)的發(fā)展方向及部分新技術(shù)的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：輔助設(shè)備；集中控制；PLC；監(jiān)控

0　引言

隨著電力生產(chǎn)自動(dòng)化水平的不斷提高，對(duì)電廠的生產(chǎn)運(yùn)行和管理提出了更高的要求。以集散控制及工控機(jī)技術(shù)為核心的電廠生產(chǎn)過程自動(dòng)控制技術(shù)，在電力生產(chǎn)系統(tǒng)內(nèi)得到了大力的發(fā)展，并在近年逐步成熟起來，普及到輔助設(shè)備的集中控制中。相對(duì)火電廠復(fù)雜的生產(chǎn)控制系統(tǒng)水電廠系統(tǒng)更為簡(jiǎn)單，也正因?yàn)槿绱似鋵?duì)“嚴(yán)格、合理、可靠、經(jīng)濟(jì)、完善”和“無人值班、少人值守”的要求更為嚴(yán)格，水電廠的輔助設(shè)備集中控制新技術(shù)的研究與應(yīng)用也顯得更加重要和迫切。

1　技術(shù)要求

水電廠輔助設(shè)備主要包含油、水、氣三大系統(tǒng)及更為邊緣的通風(fēng)、照明系統(tǒng)。油系統(tǒng)主要為油壓控制及供排油管路；水系統(tǒng)主要為自動(dòng)排水及強(qiáng)制水循環(huán)控制及相關(guān)管路；氣系統(tǒng)為氣壓控制及供排氣管路。三大系統(tǒng)均直接與生產(chǎn)主設(shè)備息息相關(guān)，通風(fēng)、照明系統(tǒng)雖與生產(chǎn)系統(tǒng)無聯(lián)系，但對(duì)于地下式水電廠廠房也是安全生產(chǎn)的必要條件。因此，輔助設(shè)備集中控制需結(jié)合電廠的實(shí)際要求，采用先進(jìn)的技術(shù)及軟件開發(fā)平臺(tái)，用于提高電廠的設(shè)備管理綜合水平，滿足設(shè)備管理的現(xiàn)代化、信息化水平，并適應(yīng)電廠“無人值班”制度的要求。

它的具體功能要求與水電廠主設(shè)備監(jiān)控要求一致，包括：數(shù)據(jù)采集、控制運(yùn)算、控制輸出、設(shè)備和狀態(tài)監(jiān)視、報(bào)警監(jiān)視、遠(yuǎn)程通信、變量的趨勢(shì)和歷史顯示、日志記錄、報(bào)表生成、事件順序識(shí)別、圖形顯示、控制調(diào)節(jié)、順控設(shè)備等。

（1）數(shù)據(jù)采集：完成實(shí)時(shí)模擬量、開關(guān)量的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集功能。

（2）設(shè)備和狀態(tài)監(jiān)視：從中控室輔助設(shè)備集中控制服務(wù)器或網(wǎng)頁上可監(jiān)視到系統(tǒng)本級(jí)以下的所有硬件的狀態(tài)，還可以診斷到各節(jié)點(diǎn)的故障。

（3）報(bào)警監(jiān)視：反映系統(tǒng)本身及其相關(guān)設(shè)備故障以及某些特定事件，并提供故障的詳細(xì)信息。

（4）遠(yuǎn)程通信:系統(tǒng)可以通過各種通訊控制模塊與其它系統(tǒng)進(jìn)行通訊，也可以通過現(xiàn)場(chǎng)控制站主控模塊的多功能接口卡使用RS-232、RS-485等協(xié)議與其它系統(tǒng)進(jìn)行通訊，在不方便連線的場(chǎng)合還可以用無線通訊模塊進(jìn)行無線通訊。

（5）變量的趨勢(shì)和歷史顯示:系統(tǒng)的歷史數(shù)據(jù)庫，可按照模擬量掃描周期和開關(guān)量狀態(tài)變化，保留一段時(shí)間內(nèi)的所有點(diǎn)歷史數(shù)據(jù)和事件，支持變量的成組跟蹤顯示和歷史顯示。

（6）日志記錄：按時(shí)間順序自動(dòng)記錄、存儲(chǔ)和查詢運(yùn)行過程中發(fā)生的各種隨機(jī)突發(fā)事件的功能，為運(yùn)行人員提供事故分析的詳細(xì)依據(jù)。

（7）圖形顯示：以圖形方式表現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)的主要工藝流程和有關(guān)的動(dòng)態(tài)信息，并具有對(duì)動(dòng)態(tài)點(diǎn)進(jìn)行操作的手段。

（8）報(bào)表打印：報(bào)表大致分為定時(shí)報(bào)表和實(shí)時(shí)報(bào)表。定時(shí)報(bào)表一般用來在規(guī)定的時(shí)刻打印生產(chǎn)過程的操作記錄和統(tǒng)計(jì)(求和、平均等)。實(shí)時(shí)報(bào)表則用來隨機(jī)打印某個(gè)時(shí)刻的報(bào)表或者歷史報(bào)表，它由人工觸發(fā)。

同時(shí)它也有不同于主設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)的功能要求。輔助設(shè)備相比主設(shè)備數(shù)量眾多、品牌不統(tǒng)一，系統(tǒng)易隨主設(shè)備檢修而發(fā)生變動(dòng)，因此除滿足以上功能要求外，輔助設(shè)備控制系統(tǒng)還應(yīng)具有開放的模板及接口，方便日后維護(hù)及升級(jí)需求。

2　發(fā)展現(xiàn)狀

2.1輔助設(shè)備集中控制技術(shù)發(fā)展背景

20世紀(jì)90年代以來，由于PC-based的工業(yè)計(jì)算機(jī)（簡(jiǎn)稱工業(yè)PC）的發(fā)展，以工業(yè)PC、I/O裝置、監(jiān)控裝置、控制網(wǎng)絡(luò)組成的PC-based的自動(dòng)化系統(tǒng)得到了迅速普及，成為實(shí)現(xiàn)低成本工業(yè)自動(dòng)化的重要途徑。由于基于此PC的控制器被證明可以像PLC一樣可靠，并且被操作和維護(hù)人員接受，系統(tǒng)易于安裝和使用，有高級(jí)的診斷功能，為系統(tǒng)集成商提供了更靈活的選擇。所以，越來越多的工業(yè)生產(chǎn)控制系統(tǒng)采用PC控制系統(tǒng)。基于PC的監(jiān)控系統(tǒng)也在水電廠生產(chǎn)控制系統(tǒng)中得到了普及。

然而，盡管PC控制系統(tǒng)有著眾多優(yōu)點(diǎn)，時(shí)至今日工業(yè)PC并沒有代替PLC，主要有兩個(gè)原因：一個(gè)是系統(tǒng)集成原因；另一個(gè)是軟件操作系統(tǒng)Windows NT的原因。一個(gè)成功的PC-based控制系統(tǒng)要具備兩點(diǎn)：一是所有工作要由一個(gè)平臺(tái)上的軟件完成；二是向客戶提供所需要的所有東西。因此，其數(shù)據(jù)復(fù)雜且設(shè)備集成度高。在控制邏輯簡(jiǎn)單、系統(tǒng)分散的輔助設(shè)備控制方面工業(yè)PC不可能與低價(jià)的微型PLC競(jìng)爭(zhēng)，因此水電廠輔助設(shè)備仍多采用PLC控制。

然而要如何實(shí)現(xiàn)即擁有PC監(jiān)控系統(tǒng)同樣的功能又免除高成本、數(shù)據(jù)復(fù)雜、集成度高的不利因素？這就需要完成輔助設(shè)備集中控制組網(wǎng)工作。每一套采用PLC控制的輔助設(shè)備系統(tǒng)都會(huì)具有遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)通訊接口，即遠(yuǎn)程I/O通訊口，PLC在完成控制的同時(shí)可將所有設(shè)備狀態(tài)、遠(yuǎn)程控制指令通過遠(yuǎn)程I/O通訊口聯(lián)網(wǎng)傳輸至中控室輔助設(shè)備集中控制主機(jī)，運(yùn)行人員通過主機(jī)進(jìn)行全廠輔助設(shè)備的監(jiān)控。

2.2現(xiàn)階段輔助設(shè)備集中控制技術(shù)應(yīng)用方式

輔助集中監(jiān)控系統(tǒng)完善項(xiàng)目主要的工作內(nèi)容包括網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、子系統(tǒng)相關(guān)設(shè)備通訊方式調(diào)研、通訊規(guī)約調(diào)試、硬件及軟件配置、代碼編程、綜合調(diào)試。

由于輔助設(shè)備地域分散，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段需對(duì)所有設(shè)備按地域進(jìn)行劃分，依據(jù)劃分結(jié)果通過工業(yè)網(wǎng)絡(luò)將各個(gè)區(qū)域輔助設(shè)備控制系統(tǒng)PLC以遠(yuǎn)程I/O方式匯聚形成一個(gè)完整的輔助系統(tǒng)集中控制網(wǎng)絡(luò)，使全廠輔助設(shè)備控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)清晰、功能明確。在子系統(tǒng)相關(guān)設(shè)備通訊方式調(diào)研后輔助設(shè)備控制數(shù)據(jù)通過統(tǒng)一的通訊協(xié)議（常見為modbus）傳輸至中控室內(nèi)的數(shù)據(jù)服務(wù)器。

在數(shù)據(jù)服務(wù)器上使用組態(tài)軟件實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)上位機(jī)功能。除各大PLC廠商各自自行研發(fā)推廣的組態(tài)軟件外，而最常用的第三方上位機(jī)組態(tài)軟件主要有Intellution公司(現(xiàn)為GE所收購)的iFix及Wonderware公司的Intouch，代表著目前主流組態(tài)軟件的兩個(gè)方向。這些軟件各有優(yōu)劣，都能滿足絕大部分的輔網(wǎng)設(shè)計(jì)需要，其中ifix由于其VBA的開放性接口，能夠擴(kuò)展實(shí)現(xiàn)的功能多，對(duì)各種硬件、軟件協(xié)議及數(shù)據(jù)庫等的兼容性比較好，適用于大型的或較復(fù)雜的控制系統(tǒng)，而Intouch在易用性和高性能上面獨(dú)樹一幟，比較適用于中小型系統(tǒng)。

在軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)步驟中，根據(jù)輔網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)配置及輔網(wǎng)控制要求，將所有子網(wǎng)系統(tǒng)的控制畫面集中到輔網(wǎng)上位機(jī)中，實(shí)現(xiàn)輔網(wǎng)操作員站對(duì)子網(wǎng)所有系統(tǒng)的監(jiān)視與控制。要綜合分析硬件配置的性能，各廠商采用的總線、協(xié)議規(guī)格，驅(qū)動(dòng)的兼容性，以及對(duì)畫面風(fēng)格，操作習(xí)慣、權(quán)限分配、報(bào)警記錄、數(shù)據(jù)庫查詢、可靠性乃至經(jīng)濟(jì)成本在內(nèi)的眾多要求，選擇出最合適的軟件和開發(fā)模式。

3　發(fā)展方向

隨著工業(yè)自動(dòng)化控制理論、計(jì)算機(jī)技術(shù)和現(xiàn)代通信技術(shù)的迅速發(fā)展，水電廠輔助設(shè)備集中控制技術(shù)將向智能、網(wǎng)絡(luò)化、全集成自動(dòng)化等方向發(fā)展，具體表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

3.1 PC化

傳統(tǒng)PLC自身存在著難以構(gòu)建開放硬件體系結(jié)構(gòu)及編程方法雜亂、不統(tǒng)一的缺點(diǎn)，軟PLC的出現(xiàn)客服了這些缺點(diǎn)。它在保留PLC功能的前提下，采用面向現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)，采用開放的通信接口，如以太網(wǎng)、高速串口等，采用軟件來實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)PLC的功能。隨著軟PLC控制組態(tài)軟件的進(jìn)一步完善和發(fā)展，安裝有軟PLC組態(tài)軟件和PC-based控制的市場(chǎng)份額將逐步得到增長(zhǎng)，現(xiàn)階段使用PLC控制、PC組態(tài)方式的輔助設(shè)備集中控制系統(tǒng)也必將朝著這個(gè)方向發(fā)展。

3.2開放性

當(dāng)前，過程控制領(lǐng)域最大的發(fā)展趨勢(shì)之一就是ethernet技術(shù)的擴(kuò)展，輔助設(shè)備集中控制系統(tǒng)也不例外。現(xiàn)在越來越多的PLC供應(yīng)商開始提供ETHERNET接口。可以相信，PLC將繼續(xù)向開放式控制系統(tǒng)方向轉(zhuǎn)移，尤其是基于PLC及工業(yè)PC的輔助設(shè)備集中控制系統(tǒng)。

3.3網(wǎng)絡(luò)化

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、無線技術(shù)以及智能傳感器技術(shù)的結(jié)合，使得工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)能夠通過無線鏈路直接在網(wǎng)絡(luò)上傳輸、發(fā)布和共享。無線局域網(wǎng)技術(shù)能夠在工廠環(huán)境下，為各種自動(dòng)化設(shè)備之間的通信提供高帶寬的無線數(shù)據(jù)鏈路和靈活的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，在一些特殊環(huán)境下有效地彌補(bǔ)了有線網(wǎng)絡(luò)的不足，進(jìn)一步完善了工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)的通信性能。無線局域網(wǎng)設(shè)備使用隔離型信號(hào)轉(zhuǎn)換器，將工業(yè)設(shè)備的RS-232串口信號(hào)與無線局域網(wǎng)及以太網(wǎng)絡(luò)信號(hào)相互轉(zhuǎn)換，符合無線局域網(wǎng)IEEE 802.11b和以太網(wǎng)絡(luò)IEEE 802.3標(biāo)準(zhǔn)，支持標(biāo)準(zhǔn)的TCP/IP網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議，有效的擴(kuò)展了工業(yè)設(shè)備的聯(lián)網(wǎng)通信能力。

4　新技術(shù)應(yīng)用

PC化、網(wǎng)絡(luò)化的水電廠輔助設(shè)備集中控制技術(shù)還未能在水電廠輔助設(shè)備集中控制中得以應(yīng)用，然而在個(gè)別輔助設(shè)備控制中已經(jīng)實(shí)現(xiàn)應(yīng)用，如照明、通風(fēng)控制系統(tǒng)。以通風(fēng)控制系統(tǒng)為例，與輔助設(shè)備集中控制相似，通風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)機(jī)控制點(diǎn)分散，僅需控制風(fēng)機(jī)的啟停，控制簡(jiǎn)單。單臺(tái)風(fēng)機(jī)采用PLC控制過于浪費(fèi)，多臺(tái)風(fēng)機(jī)采用一個(gè)PLC控制又需長(zhǎng)距離敷設(shè)電纜，易使簡(jiǎn)單系統(tǒng)復(fù)雜化。自動(dòng)化元器件及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，使得水電廠風(fēng)機(jī)控制模塊化。每個(gè)風(fēng)機(jī)由一個(gè)模塊控制，每個(gè)模塊由網(wǎng)卡及單片機(jī)組成，針對(duì)風(fēng)機(jī)所在位置不同，部分風(fēng)機(jī)采用有線方式連接，部分風(fēng)機(jī)采用無線方式連接，系統(tǒng)通過TCPIP協(xié)議以總線型方式與系統(tǒng)服務(wù)器通信，控制邏輯通過軟PLC方式由組態(tài)軟件編寫于服務(wù)器中。整個(gè)系統(tǒng)由服務(wù)器、風(fēng)機(jī)控制箱子（包含控制模塊、風(fēng)機(jī)電源、控制電源、接觸器）組成，系統(tǒng)簡(jiǎn)潔明了。

5　結(jié)語

現(xiàn)階段實(shí)現(xiàn)的輔助設(shè)備集中控制現(xiàn)場(chǎng)控制層采用PLC技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)采用工業(yè)以太網(wǎng)，軟件平臺(tái)綜合了主流組態(tài)軟件、工業(yè)數(shù)據(jù)庫、面向?qū)ο蟮能浖_發(fā)等。這種結(jié)構(gòu)改變了以往串口通信等模式在傳輸速率及擴(kuò)展的局限性,改變了上下位機(jī)一對(duì)一的開發(fā)監(jiān)控模式,為系統(tǒng)提供了易于擴(kuò)展的開放性接口。軟PLC及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展將為水電廠輔助設(shè)備集中控制技術(shù)帶來一個(gè)高速、可靠、多樣化的時(shí)代。

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中圖分類號(hào)：TP273

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1672-5387（2015）07-0049-03

DOI：10.13599/j.cnki.11-5130.2015.07.014

收稿日期：2015-04-30

作者簡(jiǎn)介：沈小鈺（1987-），女，助理工程師，從事通信系統(tǒng)及計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的維護(hù)及開發(fā)工作。