淺談微機綜合自動(dòng)化在中小型水電站的應用

隨著(zhù)我國水電站的興建，微機綜合自動(dòng)化技術(shù)得到了大力推廣，而無(wú)人值班或少人值守成為水電站重要的發(fā)展方向，并取得了可喜的成果。目前中小型水電站運行中還存在很多問(wèn)題，運行水平不高，嚴重制約其經(jīng)濟效益的發(fā)展，使得安全事故頻發(fā)。因此，必須加強微機綜合自動(dòng)化的應用，提高水電站的運行水平，增加其技術(shù)含量和經(jīng)濟效益，推動(dòng)新時(shí)期中小型水電站的可持續發(fā)展。
1 中小型水電站微機綜合自動(dòng)化的發(fā)展
在中小型水電站中，初是運用常規的控制方式來(lái)完成自動(dòng)化的，這就出現設備笨重、維修量大等問(wèn)題，也增加了人工操作，人為誤操作事故發(fā)生頻繁，使得人機、人人間的協(xié)調難度加大，機組運行的可靠性和穩定性大幅度降低。而隨著(zhù)數字電路技術(shù)和計算機技術(shù)的發(fā)展，微機綜合自動(dòng)化技術(shù)開(kāi)始發(fā)展起來(lái)，為中小型水電站自動(dòng)化發(fā)展提供了條件，可以將大型水電廠(chǎng)的自動(dòng)化技術(shù)直接套用過(guò)來(lái)，并進(jìn)行一定的簡(jiǎn)化整改。要控制水電站的主設備和輔助設備，可以直接通過(guò)微機系統或控制單元，運用網(wǎng)絡(luò )技術(shù)來(lái)實(shí)現單元聯(lián)網(wǎng)，加強對水電站某一功能單元數據信息的監控管理，終實(shí)現中小型水電站的集中監視和遠程控制。
2 微機綜合自動(dòng)化中計算機的功能
2．1 數據通信功能
微機綜合自動(dòng)化的基本功能就是數據通信功能，主要是通過(guò)本單元機組的控制PLC 設備、微機溫度巡檢裝置、微機調速器、微機勵磁裝置、保護設備等來(lái)變換數據，對水電站控制層需要的信息進(jìn)行實(shí)時(shí)上傳，并由水電站控制層發(fā)出命令。
2．2 系統診斷功能
中小型水電站微機綜合自動(dòng)化的另一個(gè)重要功能就是進(jìn)行系統診斷，通過(guò)機組現地LCU 進(jìn)行硬件和軟件故障的自檢，直接對故障的輸入、輸出模板進(jìn)行確定。在離線(xiàn)自檢中還有多種軟件的應用，通過(guò)自檢將故障信息向主控級上傳，使得主控制臺顯示打印更加方便。
2．3 統計和分析功能
結合采集到的實(shí)時(shí)數據，計算機內部會(huì )根據周期定時(shí)進(jìn)行計算分析，形成計算數據庫與歷史數據庫，這樣運行人員在進(jìn)行監視和管理中就會(huì )更加方便，及時(shí)發(fā)現機器故障，做好機組運行的防范性措施。對于現成的計算數據，可以將其列為實(shí)時(shí)數據進(jìn)行處理，并在實(shí)時(shí)數據庫和歷史數據庫進(jìn)行存儲，此時(shí)越限報警、啟動(dòng)處理程序等操作就可以進(jìn)行。
2．4 安全運行監視和報警功能
微機綜合自動(dòng)化中要對主要設備進(jìn)行安全性的實(shí)時(shí)監視，通過(guò)計算機監控系統運行人員就可以對主機工作站顯示器屏幕進(jìn)行操控，實(shí)時(shí)監控全廠(chǎng)設備的運行狀態(tài)和運行參數，比如狀態(tài)變化、越限檢查、歷史趨勢分析和監控系統異常等。在監視機組運行轉換過(guò)程中，如果發(fā)生過(guò)程阻滯，其阻滯原因就會(huì )顯示，機組現地控制單元可以進(jìn)行其安全狀態(tài)的轉換。在分析其趨勢中，分析機組主要是對運行參數的變化進(jìn)行分析，比如機組軸承和發(fā)電機的溫度變化趨勢、機組電壓和負荷變化、勵磁電壓和電流變化等。在監控系統實(shí)時(shí)監控中，其工作狀況、通信狀態(tài)等都要保證可以正常運行。而且微機綜合自動(dòng)化還具備故障報警記錄功能，通過(guò)其周期性的故障信號掃描，如果有故障發(fā)生系統就會(huì )產(chǎn)生響應并進(jìn)行處理。其中故障的發(fā)生時(shí)間、動(dòng)作設備器件名稱(chēng)、事故內容等都會(huì )被系統記錄下來(lái)，并對故障報警語(yǔ)句進(jìn)行顯示，發(fā)出聲光報警信號，排列故障發(fā)生的先后順序，在數據庫中直接將形成的故障記錄存入。
3 微機綜合自動(dòng)化系統的配置
3．1 電站控制層
在控制室會(huì )設置電站控制層設備，主機操作員工作站對其進(jìn)行控制管理，其中包括通訊工作站、主控制臺、漢字打印機、GPS 時(shí)鐘同步裝置、語(yǔ)音報警裝置、UPS 電源等設備。這一配置的功能很多，主要是對各現地控制層工作進(jìn)行協(xié)調和管理，處理存儲其收集到的信息，并進(jìn)行本站被控對象的安全監視和控制。而且操作員可以通過(guò)主控制室的人機接口直接在線(xiàn)修改數據庫和畫(huà)面，人工設定、設置監控狀態(tài)、修改限值、事故處理指導和恢復操作指導等都是其主要的功能，會(huì )在LCU得到傳遞。如果監控主機取得工作執行的控制權，監控命令就可以輸出，而另一臺工作站只作監測和數據通信，它們可以互相跟蹤，并進(jìn)行跟蹤判別，如果發(fā)現異常，系統就會(huì )自動(dòng)進(jìn)行信號切換，主機工作就會(huì )由其他工作站代替。此時(shí)主機故障也會(huì )顯示，一旦主機修復啟動(dòng)，主機就會(huì )繼續進(jìn)行監控，數據也會(huì )輸入主機系統。
3．2 現地控制層( LCU)
這一配置有兩部分: 機組LCU 和公共LCU，其中的主要設備包括人機界面終端、智能I /O 控制器、I /O 模塊、輸出繼電器、準同期裝置、溫度測量裝置、轉速信號測量裝置、數字式測量?jì)x表和交直流雙供電源等。在現地控制層中，可以實(shí)時(shí)監控水輪發(fā)電機組、電氣一次設備和公用設備，工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò )可以實(shí)現現地控制層和全站控制層信息的連續交換，并完成數據共享。如果電站控制層出現故障，使得運行停止，現地控制層也不會(huì )受到其影響，可以繼續運行?，F地LCU 和以太網(wǎng)聯(lián)接了微機保護裝置、轉速、溫度巡檢、調速器和勵磁系統等設備，有利于加強其參數的監視和控制。還有一些設備沒(méi)有通訊接口，現地控制單元中的I /O 模塊可以完成其控制和狀態(tài)檢測。
3．3 通訊網(wǎng)絡(luò )設備
微機綜合自動(dòng)化中的網(wǎng)絡(luò )結構形式通常是以工業(yè)以太網(wǎng)、網(wǎng)絡(luò )通信介質(zhì)為多模光纖和屏蔽雙交電纜線(xiàn)。在微機綜合自動(dòng)化的網(wǎng)絡(luò )傳輸中，其傳輸速率是100 Mbit / s，節點(diǎn)數達340 個(gè)，使得網(wǎng)絡(luò )的任一節點(diǎn)都可以與其它節點(diǎn)和網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行信息交流，如果其中某一節點(diǎn)有故障，它就會(huì )自動(dòng)退出網(wǎng)絡(luò )，并不會(huì )對網(wǎng)絡(luò )的其它節點(diǎn)產(chǎn)生影響。對電站控制層工作站間、現地控制層( LCU) 全部數據的傳輸和訪(fǎng)問(wèn)請求，網(wǎng)絡(luò )系統都可以完成，而且其開(kāi)放性良好。在這一監控系統中，任何元器件故障和出現系統誤操作的情況都不會(huì )發(fā)生，其網(wǎng)絡(luò )系統更加成熟可靠。
3．4 系統軟件
水電站中微機綜合自動(dòng)化系統軟件運用的是中文版的Windows NT 軟件，其實(shí)時(shí)性、穩定性、可靠性和保密性都非常好。對于整個(gè)計算機系統的資源都可以進(jìn)行管理，比如CPU、存儲器、外部設備等，其它軟件和系統資源的接口它也可以直接提供。而其應用軟件也有很好的人機界面和開(kāi)放性，多種通訊協(xié)議的監控軟件都可以運行，其監控畫(huà)面、控制流程、報表等方面都有非常靈活的配置，使用維護更加方便。
4 結語(yǔ)
隨著(zhù)我國水電站的興建，其中出現了很多問(wèn)題，使得微機綜合自動(dòng)化技術(shù)應用成為必然。目前微機綜合自動(dòng)化在中小型水電站中應用普遍，其不僅實(shí)現了對水電站運行狀態(tài)的控制、監視和報警要求，還滿(mǎn)足了水電站的遙測、遙控、和少人值守的需求，推動(dòng)了中小型水電站的穩定發(fā)展。