杜 釗，李初輝

（向家壩水力發(fā)電廠，四川 宜賓 644612）

1 引言

向家壩右岸地下廠房具有開挖跨度長、開挖高度大、機(jī)組及其輔助設(shè)備運(yùn)行工況復(fù)雜等特點(diǎn)，這些都使得廠房通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的安全可靠穩(wěn)定運(yùn)行具有重要意義。向家壩電站通風(fēng)空調(diào)控制系統(tǒng)采用SIEMENS及ROCKWELL的自動(dòng)化控制技術(shù)，主控級(jí)采用SIEMENS Wincc軟件平臺(tái)，現(xiàn)地控制級(jí)采用ROCKWELL的Compactlogix可編程序控制器。整個(gè)通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)在保障可靠穩(wěn)定的廠房通風(fēng)基礎(chǔ)上，有效降低成本，為整個(gè)向家壩電站的運(yùn)行提供重要保障。

2 電站通風(fēng)設(shè)備結(jié)構(gòu)概況

電站通風(fēng)包括左岸壩后廠房、右岸地下廠房及其副廠房的空調(diào)送風(fēng)、排風(fēng)、空調(diào)循環(huán)冷凍等。其中，右岸地下廠房通風(fēng)又分為：主機(jī)洞、母線洞和水輪機(jī)洞空調(diào)送風(fēng)和機(jī)械排風(fēng)、主變洞全排風(fēng)、中控樓多聯(lián)空調(diào)系統(tǒng)。

(1)主機(jī)洞空調(diào)送風(fēng)系統(tǒng)是為主廠房發(fā)電機(jī)層輸送冷風(fēng)，新風(fēng)從進(jìn)廠交通洞引進(jìn)，空調(diào)機(jī)房設(shè)在主廠房右端298.92 m高程，空調(diào)機(jī)房內(nèi)設(shè)2臺(tái)水冷冷水機(jī)組、3臺(tái)冷凍水循環(huán)泵及4臺(tái)組合式空氣處理機(jī)。

(2)母線洞送、排風(fēng)主要為通過主廠房上游夾墻上的百葉風(fēng)口，經(jīng)夾墻風(fēng)道，從發(fā)電機(jī)層引冷風(fēng)至母線洞，通過安裝在母線層上游夾墻的4臺(tái)軸流風(fēng)機(jī)再往母線層送風(fēng)，排風(fēng)至母線道。

(3)水輪機(jī)洞送、排風(fēng)利用主廠房上游夾墻上的百葉風(fēng)口，從發(fā)電機(jī)層通過夾墻風(fēng)道引冷風(fēng)，通過安裝在水輪機(jī)層上游夾墻的10臺(tái)軸流風(fēng)機(jī)往水輪機(jī)層送風(fēng)，利用下游夾墻回風(fēng)到母線層，回風(fēng)機(jī)為8臺(tái)軸流風(fēng)機(jī)，安裝在水輪機(jī)層下游側(cè)。

(4)主變洞全排風(fēng)系統(tǒng)利用負(fù)壓從主變搬運(yùn)道取風(fēng)，通過設(shè)置在286.74 m高程的通風(fēng)道排風(fēng)，通風(fēng)道與主變洞右端主變專用排風(fēng)豎井相通，豎井末端通開關(guān)站主變洞風(fēng)機(jī)室，內(nèi)設(shè)2臺(tái)變頻離心風(fēng)機(jī)往外排風(fēng)。

3 通風(fēng)空調(diào)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

向家壩水電站通風(fēng)空調(diào)控制系統(tǒng)采用分層分布式結(jié)構(gòu)，由主控層、現(xiàn)地控制層和就地控制層組成，具體的結(jié)構(gòu)可參見圖1。

該系統(tǒng)主控層與各現(xiàn)地通風(fēng)空調(diào)控制單元之間通過高性能網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)實(shí)現(xiàn)信息共享，同時(shí)，通過主控層工作站將數(shù)據(jù)上送至電站監(jiān)控系統(tǒng)，并接受監(jiān)控系統(tǒng)的操作命令，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的集中管控。

3.1 主控層

主控層設(shè)備為2臺(tái)通風(fēng)空調(diào)工作站，采用SIEMENS的Wincc平臺(tái)，作為整個(gè)系統(tǒng)的控制中心，通過工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò)與現(xiàn)地控制級(jí)設(shè)備通信，對(duì)所有通風(fēng)空調(diào)設(shè)備進(jìn)行監(jiān)視和遠(yuǎn)程操作，同時(shí)主控工作站接入電站監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)中控室的集中監(jiān)視和操作。

3.1.1 數(shù)據(jù)采集與處理

主控級(jí)采集數(shù)據(jù)類型主要包括開關(guān)量輸入點(diǎn)、模擬量輸入點(diǎn)、開關(guān)量輸出點(diǎn)、模擬量輸出點(diǎn)、數(shù)字量計(jì)算點(diǎn)、模擬量計(jì)算點(diǎn)。主要的采集數(shù)據(jù)包括：

（1）各現(xiàn)地通風(fēng)空調(diào)控制單元的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)；

（2）電站監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)出的操作命令；

圖1 向家壩水電站通風(fēng)空調(diào)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

（3）由手動(dòng)設(shè)置信息；

（4）外接其他系統(tǒng)的數(shù)據(jù)信息。

在實(shí)時(shí)性要求前提下，對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行可用性檢查,對(duì)接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行報(bào)警處理檢查,生成和存儲(chǔ)各類報(bào)警記錄并發(fā)出聲光報(bào)警；定期生成各類運(yùn)行報(bào)表，包括設(shè)備動(dòng)作次數(shù)和運(yùn)行時(shí)間的統(tǒng)計(jì)。

3.1.2 系統(tǒng)自診斷

主控層控制器具有完備的硬件及軟件自診斷功能，包括在線周期性診斷、請(qǐng)求診斷和離線診斷。診斷內(nèi)容包括：

（1）計(jì)算機(jī)內(nèi)存自檢；

（2）硬件及其接口自檢：包括外圍設(shè)備、通信接口、各種功能模件等，當(dāng)診斷出故障時(shí)，應(yīng)自動(dòng)發(fā)出信號(hào)；

（3）自恢復(fù)功能；

（4）掉電保護(hù)。

3.1.3 報(bào)警

主控層提供完善的報(bào)警功能，能在系統(tǒng)出現(xiàn)故障、事故時(shí)，及時(shí)提供相關(guān)報(bào)警提示，主要功能包括：

（1）當(dāng)出現(xiàn)故障和事故時(shí)，立即發(fā)出報(bào)警和顯示信息，彈出畫面，報(bào)警將故障和事故區(qū)別開來；

（2）報(bào)警顯示信息在當(dāng)前畫面上顯示報(bào)警語句（包括報(bào)警發(fā)生時(shí)間、對(duì)象名稱、性質(zhì)等），顯示顏色隨報(bào)警信息類別而改變。若當(dāng)前畫面具有該報(bào)警對(duì)象，則該對(duì)象標(biāo)志（或參數(shù)）閃光和改變顏色。閃光信號(hào)在運(yùn)行人員確認(rèn)后方可解除；

（3）對(duì)于任何確認(rèn)的誤報(bào)警，運(yùn)行人員可以退出該報(bào)警點(diǎn)。

3.2 現(xiàn)地控制層

現(xiàn)地控制層包括10套現(xiàn)地通風(fēng)空調(diào)控制單元，控制器采用ROCKWELL Compactlogix，觸摸屏為Rockwell 2711PC-T10，實(shí)現(xiàn)對(duì)就地控制設(shè)備的數(shù)據(jù)采集處理，以及對(duì)主控級(jí)的命令解析下發(fā)，對(duì)現(xiàn)地操作及遠(yuǎn)方控制權(quán)限進(jìn)行選擇切換，以滿足不同級(jí)別對(duì)象對(duì)就地設(shè)備的控制操作。

3.2.1 數(shù)據(jù)采集

現(xiàn)地控制單元自動(dòng)采集各就地控制設(shè)備的關(guān)鍵數(shù)據(jù)，包括水流量及溫度、機(jī)組負(fù)載百分率數(shù)據(jù)，接收來自主控級(jí)的命令信息和數(shù)據(jù)。監(jiān)視風(fēng)機(jī)、空調(diào)的運(yùn)行、故障信息。

3.2.2 數(shù)據(jù)處理

作為數(shù)據(jù)主要來源，現(xiàn)地通風(fēng)空調(diào)控制單元必須對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行有效處理。

模擬量數(shù)據(jù)處理，包括模擬量的軟件濾波、數(shù)據(jù)合理性檢查、工程單位變換、模擬數(shù)據(jù)變化（死區(qū)檢查）及越限檢查等，并根據(jù)規(guī)定產(chǎn)生報(bào)警和記錄。

開關(guān)量數(shù)據(jù)處理及記錄，包括防抖濾波狀態(tài)輸入變化檢查，并根據(jù)規(guī)定產(chǎn)生報(bào)警和記錄。

3.2.3 控制和監(jiān)視

根據(jù)通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)要求，自動(dòng)控制所轄設(shè)備的投退，實(shí)現(xiàn)對(duì)通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)控。通過現(xiàn)地/遠(yuǎn)程切換開關(guān)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程與現(xiàn)地的控制和監(jiān)視切換。

3.3 就地控制層

就地控制層由109個(gè)通風(fēng)空調(diào)末端設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)控制柜/箱等輔助設(shè)備組成。

現(xiàn)地控制柜/箱實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)機(jī)、冷凍水泵等設(shè)備的直接控制操作，是通風(fēng)設(shè)備的底層控制單元。根據(jù)控制對(duì)象，就地控制柜/箱分為：多臺(tái)單控性控制箱、成組控制型控制箱、單臺(tái)單控控制箱、軟啟動(dòng)器控制柜和變頻器控制柜。

箱內(nèi)布置斷路器、接觸器、熱繼電器、各類繼電器、指示燈、手動(dòng)按鈕、手/自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)等風(fēng)機(jī)運(yùn)行所需的控制及報(bào)警設(shè)備，軟啟動(dòng)器控制柜和變頻器控制柜分別配備有軟啟動(dòng)器及變頻器，風(fēng)機(jī)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)及報(bào)警信號(hào)送入相應(yīng)機(jī)組段設(shè)置的現(xiàn)地通風(fēng)空調(diào)控制單元內(nèi)，由現(xiàn)地通風(fēng)空調(diào)控制單元遠(yuǎn)程控制相應(yīng)的設(shè)備運(yùn)行。

4 系統(tǒng)特點(diǎn)

向家壩水電站通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)采用了分層分布式結(jié)構(gòu)，具有以下一些特點(diǎn)。

4.1 安全可靠性

(1)在分層分布網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，主控層系統(tǒng)本身不參加程序的邏輯控制，它相當(dāng)于現(xiàn)地控制單元控制器的一個(gè)遠(yuǎn)方監(jiān)視操作終端系統(tǒng)。任何被控設(shè)備發(fā)出的信號(hào)，都要經(jīng)過現(xiàn)地控制單元處理后，才發(fā)送到主控層工作站，供運(yùn)行監(jiān)視。同樣，操作員工作站上發(fā)出的命令，也是不經(jīng)任何處理地送達(dá)現(xiàn)地控制層處理器，分析判斷后，才將命令發(fā)往受控設(shè)備。同時(shí)，針對(duì)相對(duì)獨(dú)立性較強(qiáng)的通風(fēng)設(shè)備，采用分層控制，合理分配設(shè)備的監(jiān)控功能，大大減輕了主控層設(shè)備的負(fù)荷。

(2)通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)所有設(shè)備的邏輯控制程序都安裝于各現(xiàn)地控制層的CPU上，這些程序負(fù)責(zé)處理各控制設(shè)備發(fā)出的信號(hào)和主控層發(fā)出的命令，各種命令經(jīng)過CPU程序分析處理，條件滿足時(shí)才發(fā)往受控設(shè)備?，F(xiàn)地控制層采集的各種數(shù)據(jù)，經(jīng)不同I/O模件分別上送，這樣可保證單模件故障情況下，不影響其它信號(hào)上送

(3)現(xiàn)地控制層配備有具備監(jiān)視操作功能的Rockwell 2711PC-T10觸摸屏，可在主控層工作站故障情況下，保證在現(xiàn)地用觸摸屏開出方式對(duì)設(shè)備進(jìn)行控制。

(4)采用集中監(jiān)視與控制，有效增強(qiáng)系統(tǒng)的安全性，通過操作權(quán)限和級(jí)別的管理，保證操作的準(zhǔn)確性、合理性，防止誤操作。同時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)采用分層分布式結(jié)構(gòu)，簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò)，保證各設(shè)備安全可靠控制基礎(chǔ)上有效節(jié)約成本。

4.2 易調(diào)試和簡(jiǎn)維護(hù)

由于采用開放式的以太網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，特別是在主控層和現(xiàn)地控制層上使用了網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)，方便了整個(gè)通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的調(diào)試和維護(hù)。

(1)易于調(diào)試。每個(gè)現(xiàn)地控制層的CPU上都配備有豐富多樣的通訊接口，在調(diào)試時(shí)，可將裝有主控層系統(tǒng)和現(xiàn)地控制軟件的便攜機(jī)、筆記本電腦帶到現(xiàn)地控制柜旁，與交換機(jī)連接，啟動(dòng)主控層監(jiān)控畫面和下位機(jī)在線測(cè)試軟件，就完成整個(gè)調(diào)試過程，大大簡(jiǎn)化了調(diào)試工作量。

(2)易于維護(hù)。在整個(gè)通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的任何交換機(jī)上都可用維護(hù)筆記本電腦連接到任何一個(gè)或遠(yuǎn)程I/O終端上，進(jìn)行在線測(cè)試，分析、診斷每個(gè)遠(yuǎn)程I/O終端的運(yùn)行情況。而不必跑到控制設(shè)備所在地，這給的維護(hù)帶來了很大方便。同時(shí)，在各級(jí)控制中都對(duì)每個(gè)被控設(shè)備的重要信號(hào)進(jìn)行顯示（指示燈或畫面），可實(shí)現(xiàn)在各級(jí)別控制層對(duì)被控設(shè)備的監(jiān)控。

5 結(jié)語

通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)對(duì)于向家壩水電站機(jī)組正常運(yùn)行具有重要的輔助作用，特別對(duì)于右岸地下電站，整個(gè)通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)布局及設(shè)備聯(lián)控的優(yōu)化設(shè)計(jì)具有重要意義。在充分掌握電站建筑物結(jié)構(gòu)前提下，設(shè)計(jì)并實(shí)施的通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)方案網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)層次明晰、擴(kuò)展容易、配置合理、容錯(cuò)性高、安全可靠。該系統(tǒng)既能夠滿足電站通風(fēng)空調(diào)的控制和監(jiān)視要求，又便于集中管理和設(shè)備檢修，結(jié)合目前向家壩電站接機(jī)發(fā)電階段各系統(tǒng)設(shè)備的投運(yùn)情況，該系統(tǒng)必將在向家壩水電站正常運(yùn)行發(fā)揮巨大的作用。

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