□王千飛（河南省水利勘測設(shè)計研究有限公司）

一、工程概況

燕山水庫在沙潁河主要支流澧河上游干江河上，是歷次淮河流域規(guī)劃中為提高沙、澧河防洪標(biāo)準(zhǔn)和綜合利用澧河水資源而選定的大型綜合利用水庫，是19項治淮重點工程之一，亦是河南省"十五"計劃的重點項目。本工程以防洪為主，結(jié)合供水、灌溉，兼顧發(fā)電等綜合利用效益，主要永久建筑物有水電站、溢洪道、泄洪洞、輸水洞和大壩組成。水電站安裝3臺單機容量為630kW的立式水輪發(fā)電機組，電氣主接線采用三機二變擴大單元接線方式，并以一回35kV出線接入電力系統(tǒng)。溢洪道設(shè)有6孔弧形鋼結(jié)構(gòu)閘門，采用液壓啟閉方式。泄洪洞進口、輸水洞出口各工作閘門均設(shè)有1孔弧形鋼結(jié)構(gòu)閘門，均采用液壓啟閉方式。

燕山水庫工程于2008年6月通過蓄水階段驗收并正式下閘蓄水，水電站3臺機組于2008年12月通過機組啟動驗收。燕山水庫主體工程現(xiàn)在已經(jīng)完工，工程已進入掃尾階段。

二、監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計原則

燕山水庫工程水電站、閘門兩部分具有相對獨立的功能，且布置在不同的位置。為適應(yīng)本工程的特點，計算機監(jiān)控系統(tǒng)按兩個子系統(tǒng)設(shè)計，即水電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)和閘門計算機監(jiān)控系統(tǒng)。根據(jù)工程運行和管理的實際需要，以及我國水利水電自動化技術(shù)的發(fā)展水平，確定計算機監(jiān)控系統(tǒng)按以下原則進行設(shè)計。

一是本著技術(shù)先進、安全可靠、經(jīng)濟實用的原則，按計算機為主、常規(guī)設(shè)備為輔的監(jiān)控方式進行總體設(shè)計和系統(tǒng)配置。系統(tǒng)投運后能滿足“無人值班”（少人值守）的要求；二是采用技術(shù)先進、運行成熟的全分布開放式計算機監(jiān)控系統(tǒng)；系統(tǒng)的軟硬件安全可靠，能在工程現(xiàn)場的惡劣環(huán)境下長期連續(xù)穩(wěn)定運行；三是系統(tǒng)配置和設(shè)備選型能適應(yīng)計算機技術(shù)發(fā)展迅速的特點，既便于功能和硬件設(shè)備的擴充，又能充分節(jié)省用戶投資；四是軟件采用模塊化、結(jié)構(gòu)化的設(shè)計，使監(jiān)控系統(tǒng)更適應(yīng)功能的增加和規(guī)模的擴充；五是人機接口功能強，操作方便，全漢化界面，顯示的畫面和打印的文件清晰醒目；六是實時性好，防雷擊、抗干擾能力強等。

除滿足上述要求外，對于水電站監(jiān)控系統(tǒng)，要按照綜合自動化的要求，能夠穩(wěn)定、可靠的與調(diào)度中心計算機系統(tǒng)之間進行通信，實現(xiàn)遙信、遙測、遙控和遙調(diào)的功能。對于閘門監(jiān)控系統(tǒng)，要與電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信，傳輸閘門監(jiān)控系統(tǒng)實時數(shù)據(jù)，并與水情測報計算機系統(tǒng)實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信，傳輸水情測報系統(tǒng)實時及控制指令。

三、水電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)

（一）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

水電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)采用基于以太網(wǎng)絡(luò)的開放式環(huán)境下全分布計算機監(jiān)控系統(tǒng)，分為主控級和現(xiàn)地控制級，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 水電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

主控級布置在電站中央控制室，設(shè)有1臺操作員工作站，1臺工程師工作站，1臺通信工作站，1套在線式UPS電源，1臺網(wǎng)絡(luò)打印機等設(shè)備?，F(xiàn)地控制級共設(shè)4套控制單元（LCU），其中3套用于機組，1套用于開關(guān)站及公用設(shè)備。系統(tǒng)配置網(wǎng)絡(luò)設(shè)備1套，主控級與現(xiàn)地控制級間用10/100Mbps光纖以太網(wǎng)連接。

操作員工作站采用CPU為64位的Sun Ultra5工作站，配置21吋顯示器，完成全站設(shè)備的監(jiān)控，取代了常規(guī)設(shè)備的所有功能。工程師工作站采用1臺CPU為64位的Sun Ultra5工作站，用于培訓(xùn)仿真，系統(tǒng)維護，兼具操作員工作站的全部功能，可作為操作員工作站的備用機。通信服務(wù)器采用1臺ICA2000工控機，配有Modem用于與調(diào)度中心通信，同時還與GPS衛(wèi)星時鐘通信。

現(xiàn)地控制級LCU主要由數(shù)據(jù)采集單元（Modicon PLC）、液晶觸摸屏、電量采集裝置、溫度巡檢裝置以及微機自動準(zhǔn)同期裝置組成?，F(xiàn)地控制級LCU采用PLC直接上以太網(wǎng)的通訊方式，可實現(xiàn)高速通訊和資源共享。

（二）系統(tǒng)功能

1.數(shù)據(jù)采集與處理

信號類型分為模擬量、開關(guān)輸入量、脈沖量、開關(guān)輸出量，以及在此基礎(chǔ)上產(chǎn)生的統(tǒng)計量。

2.控制和調(diào)節(jié)

對電站自動化設(shè)備，包括機組及其附屬設(shè)備、油壓裝置、高低壓空壓機、滲漏排水泵、檢修排水泵、高低壓斷路器等都通過順控流程進行控制。對機組有功、無功進行PID閉環(huán)調(diào)節(jié)及AGC/AVC控制調(diào)節(jié)。

3.通信管理

與外部設(shè)備通信獲取信息，如GPS時鐘系統(tǒng)、繼電保護系統(tǒng)、電量采集裝置、溫度巡檢裝置、微機調(diào)速器、微機勵磁裝置、微機直流裝置、閘門監(jiān)控系統(tǒng)、電力調(diào)度系統(tǒng)等。

4.畫面顯示

畫面調(diào)用允許自動及召喚方式實現(xiàn)。整個畫面顯示清晰穩(wěn)定、畫面構(gòu)圖合理、刷新速度快且操作簡單。

5.輔助運行管理

具有事故記錄和追憶、操作票自動生成功能。支持運行日志、月報表、年報表。統(tǒng)計并記錄機組、輔助設(shè)備開停次數(shù)，斷路器合閘、跳閘次數(shù)以及累計運行時間，為電站管理層提供合理安排運行和檢修計劃的依據(jù)。

（三）系統(tǒng)軟件

系統(tǒng)軟件基于UNIX/RISC技術(shù)，是一個開放的分布式計算機監(jiān)控軟件，其人機接口采用X窗口系統(tǒng)，Motif用戶界面，包括圖形顯示、報表和記錄的顯示打印、報警及信息顯示、功能鍵盤管理、應(yīng)用系統(tǒng)管理等功能。網(wǎng)絡(luò)通信使用TCP/IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，并采用Client/Server模型。其數(shù)據(jù)庫是一個基于開放式網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的面向?qū)嵤┍O(jiān)控的監(jiān)控對象的分布式數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，可進行數(shù)據(jù)庫加載、運行處理、備份及數(shù)據(jù)存取處理，各節(jié)點數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)可通過網(wǎng)絡(luò)共享。軟件系統(tǒng)還配有AGC/AVC、交互式圖形編輯、報表編輯等模塊。

四、閘門計算機監(jiān)控系統(tǒng)

（一）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

閘門計算機監(jiān)控系統(tǒng)主要由閘門監(jiān)控主機、現(xiàn)地PLC站等組成，監(jiān)控主機布置在溢洪道右岸橋頭堡3層的信息管理中心內(nèi)。監(jiān)控主機采用研華IPC工控機，配置21吋顯示器、網(wǎng)絡(luò)打印機等。溢洪道6孔工作閘門、泄洪洞和輸水洞各1孔工作閘門均配置一套現(xiàn)地PLC站，現(xiàn)地PLC站均布置在各自啟閉機旁?，F(xiàn)地PLC站除配置ModiconPLC模塊外，還設(shè)有觸摸屏、閘門開度以及其他測控儀表等。閘門監(jiān)控主機通過以太網(wǎng)與電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)主控級計算機連接；通過以太網(wǎng)口與現(xiàn)地共8套PLC連接。閘門監(jiān)控主機可以接受遠程計算機的指令，并通過網(wǎng)絡(luò)上送監(jiān)控數(shù)據(jù)。閘門計算機監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 閘門計算機監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

（二）系統(tǒng)功能

1.手動操作功能

通過設(shè)在閘門啟閉機附近的現(xiàn)地PLC站內(nèi)的常規(guī)設(shè)備對閘門進行開啟、關(guān)閉及停止操作?，F(xiàn)地PLC站上設(shè)有手動/現(xiàn)地自動/遠程自動選擇開關(guān)，手動操作具有最高優(yōu)先權(quán)。

2.現(xiàn)地自動控制功能

通過現(xiàn)地PLC站內(nèi)的PLC對閘門進行單門開啟、關(guān)閉和停止操作，以及按人工設(shè)定單門開高對閘門進行自動控制。

3.遠方控制功能

閘門監(jiān)控主機接受遠方調(diào)度指令，按人工設(shè)定閘門開高或按水情測報給定泄洪流量，自動分配單門和合分組流量，對閘門進行自動控制，實現(xiàn)總流量閉環(huán)控制。

4.液壓系統(tǒng)控制功能

包括對油壓裝置油泵、比例閥組進行自動控制，以及根據(jù)需要對油缸和閘門進行糾偏控制和持住控制等。

5.實時監(jiān)控功能

對泄洪流量、閘門開度值、閘門上下限位置、液壓系統(tǒng)的運行狀態(tài)進行實時監(jiān)視，自動打印運行報表、操作記錄、故障報表等。

6.監(jiān)測報警功能

包括主機自檢、PLC故障檢測、閘門開度儀故障檢測、液壓啟閉系統(tǒng)設(shè)備故障檢測、閘門卡阻及越限、閘門下滑及油缸超差的檢測與報警等。

為確保閘門操作安全和可靠，閘門的3種控制方式的優(yōu)先權(quán)從高向低按手動操作，現(xiàn)地自動控制,遠方自動控制排序，各級之間互相閉鎖。

（三）系統(tǒng)軟件

系統(tǒng)軟件基于Windows95/NT操作平臺，具有閘門運行過程中的信息采集與處理、實時控制與調(diào)節(jié)、安全運行監(jiān)視、故障診斷與報警、記錄和報表、屏幕顯示、操作指導(dǎo)等功能。具有單門泄洪量和總泄洪量統(tǒng)計功能，以及根據(jù)水情測報系統(tǒng)數(shù)據(jù)，設(shè)定下泄總流量及對閘門進行自動控制等功能。

此外，系統(tǒng)軟件建立嚴格的用戶權(quán)限管理體系，即針對不同的用戶分配不同的權(quán)限，特別是對重要的操作，如閘門的控制，只有權(quán)限較高的用戶才能使用，確保系統(tǒng)具有較高的安全性。

五、結(jié)語

燕山水庫工程計算機監(jiān)控系統(tǒng)各部分運行情況表明該系統(tǒng)具有技術(shù)先進、可靠性高、穩(wěn)定性好等特點，能滿足本工程對設(shè)產(chǎn)設(shè)備全面監(jiān)視和控制的要求，顯著提高了工程運行的自動化水平和現(xiàn)代化管理水平，方便了運行維護人員的工作，減輕了勞動強度，降低了生產(chǎn)成本，最大限度的保證了工程安全、優(yōu)質(zhì)、高效生產(chǎn)，在防洪、發(fā)電、供水等綜合效益方面必將發(fā)揮重要作用。