鄧　玲

摘要：隨著計算機和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展并深入工業(yè)生產(chǎn)過程的各個領(lǐng)域，同時由于越來越多、越來越大的水電工程開發(fā)，迫切需要更為先進和可靠的控制系統(tǒng)去操作日趨復(fù)雜的控制設(shè)備。由此便產(chǎn)生了當代的水電廠計算機監(jiān)控系統(tǒng)。本文對其計算機監(jiān)控模式與結(jié)構(gòu)功能進行了研究與分析。

關(guān)鍵詞：計算機監(jiān)控 模式 結(jié)構(gòu)

1.計算機監(jiān)控模式

隨著計算機監(jiān)控系統(tǒng)在水電站的推廣應(yīng)用，計算機在水電站監(jiān)控系統(tǒng)中的作用也發(fā)生了變化，其監(jiān)控方式有如下四種:

(1)以常規(guī)控制裝置為主、計算機為輔的監(jiān)控方式(computer-aided supervisory control,CASC)

早期水電站的直接控制功能由常規(guī)控制裝置來完成，計算機只起監(jiān)視、記錄打印、經(jīng)濟運行計算、運行指導(dǎo)等作用。采用這種方式時，即使計算機發(fā)生故障，水電站的正常運行仍能維持，只是性能方面有所降低。但是這種方式對整個水電廠自動化水平的提高有一定的限制，新建水電廠目前己很少采用。

(2)計算機與常規(guī)控制裝置雙重監(jiān)控方式(computer-conventiona Supervisory control,CCSC)

在水電廠設(shè)置兩套完整的控制系統(tǒng)，一套是以?，F(xiàn)控制裝置構(gòu)成的系統(tǒng)，一套是以計算機構(gòu)成的系統(tǒng)，相互之間基本上是獨立的。但設(shè)置兩套完整的控制系統(tǒng)投資比較大，兩套系統(tǒng)相互之間要切換二次接線復(fù)雜，可靠性反而有所降低。

(3)以計算機為基礎(chǔ)的監(jiān)控方式(computer-basedSupervisory Control, CBSC)

隨著計算機系統(tǒng)的可靠性進一步提高和價格的進一步下降，出現(xiàn)了以計算機為基礎(chǔ)的監(jiān)控系統(tǒng)。采用此方式時常規(guī)控制部分可以大大簡化，因此對計算機系統(tǒng)的可靠性要求就比較高，這可以采用冗余技術(shù)來解決，采用此種方式時，中控室僅設(shè)置計算機監(jiān)控系統(tǒng)的值班員控制臺，模擬屏已成為輔助監(jiān)控手段可以簡化甚至取消。

(4)取消常規(guī)設(shè)備的全計算機控制方式

隨著計算機技術(shù)的進一步發(fā)展和水電廠計算機監(jiān)控系統(tǒng)運行經(jīng)驗的累積，出現(xiàn)了以計算機為唯一監(jiān)控設(shè)備的全計算機控制方式，這種控制方式實際上是CBSC方式的延伸。它取消了中控室常規(guī)的集中控制設(shè)備，也取消了自動操作盤，不考慮在機組控制單元發(fā)生故障時進行機旁的自動操作。此時對計算機系統(tǒng)的可靠性及冗余度提出了更高的要求。

2.計算機監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)類型

水電站采用的計算機監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)類型大體可分為集中式計算機監(jiān)控系統(tǒng)和分布式計算機監(jiān)控系統(tǒng)。

(1)集中式計算機監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

在集中式計算機監(jiān)控系統(tǒng)中，一臺計算機承擔(dān)整個水電站的全部監(jiān)控任務(wù)，數(shù)據(jù)采集和處理均在全站計算機系統(tǒng)中進行。系統(tǒng)運行參數(shù)和狀態(tài)的監(jiān)視、運行方式的計算，機組的啟停和負荷調(diào)整，事故報警，運行狀態(tài)的顯示和記錄等任務(wù)，都由一臺計算機執(zhí)行。只要計算機出了故障，整個系統(tǒng)就會癱瘓，只能改為手動操作，控制性能大大降低，這種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)在大中型水電站已不采用，但用于以常規(guī)控制為主計算機監(jiān)控為輔的水電站改造還是使用的。

(2)功能分散式監(jiān)控系統(tǒng)

隨著計算機價格的下降和水電廠對監(jiān)控系統(tǒng)可靠性要求的提高，采用多臺專用功能微機將全廠控制、調(diào)節(jié)、數(shù)據(jù)采集等各類要求通過負載分散、危險分散、功能分散、地域分散等而得以實現(xiàn)，就出現(xiàn)了多微機系統(tǒng)，這種結(jié)構(gòu)可以克服集中式監(jiān)控系統(tǒng)的弊病。

(3)以設(shè)備單元分布的分層分布式監(jiān)控系統(tǒng)

分層分布式監(jiān)控系統(tǒng)在地域上是分散的，即按控制對象進行分散。分層分布式監(jiān)控系統(tǒng)一般分為二個層次:上面一層稱為上位機，下面一層以發(fā)電機組為單元，將數(shù)據(jù)采集與控制集成到一臺微機或PLC裝置中，構(gòu)成了現(xiàn)地控制單元(LCU)。由于各臺機組的信息由各臺機組控制單元進行處理，就不必敷設(shè)許多電纜將信息送到一處集中處理，可以節(jié)省相應(yīng)的投資，整個系統(tǒng)的可靠性也得到顯著的提高。

(4)基于開放系統(tǒng)的分布式監(jiān)控系統(tǒng)

隨著計算機技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，計算機應(yīng)用軟件越來越復(fù)雜，軟件開發(fā)的投入也越來越大，為使這些巨大的軟件資源能在不同的計算機平臺上運行，形成了一系列的開放系統(tǒng)標準，例如TCP/IP, OPC等，基于開放系統(tǒng)的分布式計算機監(jiān)控系統(tǒng)具有通用性和可移植性，監(jiān)控系統(tǒng)軟件可以安裝在任何具有開放系統(tǒng)的計算機上。

(5)基于對象技術(shù)的分布式監(jiān)控系統(tǒng)

基于面向?qū)ο蠹夹g(shù)的分布式監(jiān)控系統(tǒng)，從系統(tǒng)設(shè)計、編程語言選擇到用戶界面等一系列過程，都依據(jù)面向?qū)ο蟮睦砟?、原則和技術(shù)標準，都給用戶使用和維護帶來極大方便。

3.計算機監(jiān)控系統(tǒng)主要功能

(1)數(shù)據(jù)的采集與處理

自動采集各現(xiàn)地控制單元的各類實時數(shù)據(jù)、來自調(diào)度級的數(shù)據(jù)、外接系統(tǒng)的數(shù)據(jù)信息、操作員手動登錄的數(shù)據(jù)信息。通過現(xiàn)地控制單元(LCU)和現(xiàn)場智能控制單元對實時數(shù)據(jù)(全廠的開關(guān)量、模擬量、脈沖量、電氣量、溫度量等)進行采集、運算并以一定的格式存入實時數(shù)據(jù)庫，供計算機系統(tǒng)實現(xiàn)畫面顯示及更新、控制調(diào)節(jié)、記錄檢索、操作指導(dǎo)、事故記錄分析、制表打印及完成各種計算、控制等設(shè)計功能時使用。系統(tǒng)不僅將各類信息匯總到簡報窗口，而且根據(jù)信息的不同類型進行分類，自動完成事件順序記錄、故障信息記錄、開關(guān)量變位記錄、越限報警記錄、系統(tǒng)自診斷記錄等，形成定期的歷史存盤，以備查詢。

(2)實時運行監(jiān)視

操作員工作站作為運行人員和計算機系統(tǒng)的人機接口，完成實時的監(jiān)視、控制調(diào)節(jié)和參數(shù)設(shè)置。監(jiān)控系統(tǒng)實時監(jiān)視電廠各類設(shè)備的運行狀態(tài)和參數(shù)，根據(jù)采集的數(shù)據(jù)，系統(tǒng)通過更新顯示器畫面的數(shù)據(jù)實時顯示機組的運行狀態(tài)、設(shè)備的操作動態(tài)過程，當運行狀態(tài)發(fā)生變更或參數(shù)超越設(shè)定限值等時，監(jiān)控系統(tǒng)立即報警，并推出相應(yīng)事故、故障顯示畫面，供運行人員分析參考。

(3)控制和調(diào)節(jié)

監(jiān)控系統(tǒng)的控制權(quán)管理采取現(xiàn)地優(yōu)先的原則。電廠的控制和調(diào)節(jié)功能主要有:單臺機組的開、停機操作;機組的負荷調(diào)節(jié);各類開關(guān)站和機組的斷路器、機組隔離開關(guān)的合/分操作;公用設(shè)備、機組油、氣、水等輔助設(shè)備工作狀態(tài)切換啟、停操作;機組有功功率、無功功率的調(diào)節(jié)、設(shè)置和修改各項給定值和限值等。監(jiān)控系統(tǒng)根據(jù)預(yù)定的原則和運行人員輸入(或自中調(diào)發(fā)來)的命令，發(fā)出開停機命令，進行各斷路器、隔離開關(guān)分合閘操作，以及和機組運行有關(guān)的閘門操作。

(4)統(tǒng)計記錄和制表打印

所有監(jiān)控對象的操作、報警事件及實時參數(shù)報表等都予以記錄，對事故、故障信號及重要的位置信號進行事件順序記錄，并能在監(jiān)視器上顯示，打印機上按預(yù)定表格打印出來(采用中文格式)。

(5)自動發(fā)電控制(AGC)

計算機監(jiān)控系統(tǒng)可根據(jù)調(diào)度給定或本廠運行策略給定的總有功功率的設(shè)定值，按安全、可靠、經(jīng)濟的原則確定最佳運行的機組臺數(shù)、機組的組合方式和機組間最佳有功功率分配，進行電廠機組處理的閉環(huán)調(diào)節(jié)，并自動開、停機組;或在顯示器上顯示供運行人員參考，確定每一臺機組的啟、停和有功設(shè)定值。

(6)自動電壓控制(AVC)

根據(jù)給定的高壓母線的電壓控制曲線，監(jiān)視高壓母線的電壓變化，合理分配機組間的無功功率，確定機組無功功率設(shè)定值，自動調(diào)節(jié)機組的無功功率，使母線電壓維持在給定的控制范圍內(nèi);或在顯示器上顯示上述數(shù)據(jù)供運行人員操作參考。

(7)系統(tǒng)授權(quán)

可根據(jù)不同用戶如系統(tǒng)管理員、運行操作員、一般監(jiān)視人員進行授權(quán)管理，有利于追蹤分析操作的責(zé)任人，防止未經(jīng)授權(quán)的人員進行非法操作，提高系統(tǒng)的安全性。

(8)系統(tǒng)自診斷

系統(tǒng)設(shè)備硬件故障診斷包括對計算機、外圍設(shè)備、通訊接口、通道等的運行情況進行在線和離線診斷，故障點能診斷到各模板;軟件故障診斷能以計算機系統(tǒng)的軟件進行在線診斷，診斷出故障軟件功能塊并應(yīng)發(fā)出報警信息。◆

參考文獻：

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[2]唐鋒，李延頻，譚婷.小型水電站低壓機組計算機監(jiān)控系統(tǒng)的選擇[J].計算機應(yīng)用.2007.7

作者單位：湖南湘慈愛依斯水電有限公司