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案例頻道1.概述
象山水電站位于黑龍江省黑河市，電站裝機(jī)容量為3×6MW，1996年設(shè)計(jì)時(shí)以計(jì)算機(jī)監(jiān)控為主，常規(guī)控制為輔，主要實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)組部分的監(jiān)控，開(kāi)關(guān)站以及公用輔助設(shè)備未考慮在內(nèi)，由于系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能不十分完善同時(shí)由于設(shè)備都已進(jìn)入老化期，設(shè)備陳舊技術(shù)落后為電站的管理和維護(hù)，以及系統(tǒng)的正常運(yùn)行都帶來(lái)隱患。為保證電站的正常運(yùn)行，提高電站的管理水平和經(jīng)濟(jì)效益，因此對(duì)電廠現(xiàn)行的監(jiān)控設(shè)備進(jìn)行全面的技術(shù)改造。
電站新的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)按“無(wú)人值班”(少人值守)運(yùn)行方式設(shè)計(jì)。采用北京中水科水電科技開(kāi)發(fā)公司的H9000水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，整個(gè)系統(tǒng)應(yīng)采用全分布開(kāi)放式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)由電站控制中心系統(tǒng)和現(xiàn)地控制單元等組成。系統(tǒng)采用最新的計(jì)算機(jī)硬件、軟件及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，全站按全計(jì)算機(jī)監(jiān)控進(jìn)行總體設(shè)計(jì)和系統(tǒng)配置，達(dá)到國(guó)內(nèi)同類(lèi)型水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)先進(jìn)水平，系統(tǒng)投入運(yùn)行后，使全站運(yùn)行管理達(dá)到無(wú)人值班(少人職守)。系統(tǒng)高度可靠，各項(xiàng)技術(shù)性能指標(biāo)均達(dá)到部頒DL/T578-95《水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)基本技術(shù)條件》及DL/T5065-1999《水力發(fā)電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定》的要求，選擇較高的MTBF指標(biāo)，從部件、單機(jī)和系統(tǒng)多層次保證高可靠性要求。系統(tǒng)配置和設(shè)備選型應(yīng)符合計(jì)算機(jī)發(fā)展迅速的特點(diǎn)，硬件、軟件采用模塊化、結(jié)構(gòu)化的設(shè)計(jì)，以便于硬件設(shè)備的擴(kuò)充，又可適應(yīng)功能的增加和系統(tǒng)規(guī)模的擴(kuò)展。實(shí)時(shí)性好，抗干擾能力強(qiáng)，適應(yīng)電站的現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境。人機(jī)接口功能強(qiáng)，操作控制簡(jiǎn)潔、方便、靈活。在保證系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性和可靠性等技術(shù)指標(biāo)的同時(shí)，系統(tǒng)應(yīng)具有可維護(hù)性好，保證較小的MTTR指標(biāo)。
2.計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)配置
電站以計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)為基礎(chǔ)。電站設(shè)備的運(yùn)行監(jiān)視和控制在中控室的操作員工作站上進(jìn)行，同時(shí)也可在各LCU上通過(guò)觸摸屏和開(kāi)關(guān)按鈕實(shí)現(xiàn)對(duì)其所控設(shè)備運(yùn)行的監(jiān)視和控制。機(jī)組單元及開(kāi)關(guān)站/公用單元通過(guò)光纖網(wǎng)絡(luò)與全廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)連接并接受其監(jiān)控，同時(shí)在這些系統(tǒng)的現(xiàn)地控制柜上設(shè)有控制開(kāi)關(guān)以及操作按鈕，可以實(shí)現(xiàn)設(shè)備的現(xiàn)地監(jiān)控。
系統(tǒng)包括系統(tǒng)主機(jī)兼操作員工作站、辦公樓監(jiān)視終端、通訊服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、GPS 時(shí)鐘、打印機(jī)等
現(xiàn)地控制單元（LCU）包括三套機(jī)組LCU (LCU1-LCU3)、一套開(kāi)關(guān)站及公用設(shè)備LCU (LCU4) 、一套小機(jī)LCU (LCU5)。 LCU完成對(duì)監(jiān)控對(duì)象的數(shù)據(jù)采集及數(shù)據(jù)預(yù)處理及與其它電站設(shè)備的通訊，負(fù)責(zé)向網(wǎng)絡(luò)傳送數(shù)據(jù)信息，并自動(dòng)服從調(diào)度層上位機(jī)的命令和管理。同時(shí)各LCU也具有控制、調(diào)節(jié)操作和監(jiān)視功能，配備有本地操作按鈕和指示元件，當(dāng)與上位機(jī)系統(tǒng)脫機(jī)時(shí)，仍具有必要的監(jiān)視和控制功能。LCU采用PLC直接上以太網(wǎng)的方案。
現(xiàn)地控制單元包括：可編程序控制器、現(xiàn)地人機(jī)接口、同期裝置、交流采樣設(shè)備、轉(zhuǎn)速裝置及多功能電度表、嵌入式通信控制器、溫度采集設(shè)備、電源、機(jī)柜、繼電器及按鈕開(kāi)關(guān)、光字等
LCU可編程序控制器完成系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集及設(shè)備的調(diào)節(jié)與控制(包括順控)。控制器不僅實(shí)時(shí)性指標(biāo)高，還應(yīng)具有可靠性高等特點(diǎn)。LCU采用BITC MX9300系列PLC。該系列PLC針對(duì)水電需求，由BITC與惠朋公司（VIPA GmbH）聯(lián)合設(shè)計(jì)，在德國(guó)加工生產(chǎn)。
各LCU 的PLC配置的I/O點(diǎn)設(shè)計(jì)點(diǎn)數(shù)如下：
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LCU單元 |
機(jī)組（1－3） |
開(kāi)關(guān)站及公用 |
小機(jī) |
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開(kāi)關(guān)量輸入（DI+PI） |
128 |
192 |
32 |
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開(kāi)關(guān)量輸入（SOE） |
64 |
64 |
32 |
|
溫度量(RTD) |
24 |
8 |
8 |
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開(kāi)關(guān)量輸出（DO） |
128 |
128 |
64 |
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模擬量輸入（AI）4~20MA |
16 |
40 |
8 |
以機(jī)組單元為例，具體配置如下：
主（1#）機(jī)箱(BITC MX9300)
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1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
11 |
12 |
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SOE: MX 321-1BL00 |
SOE: MX 321-1BL00 |
CPU: MX 315-2AG10 |
AI: MX 331-7KF01 |
AI: MX 331-7KF01 |
DI: MX 321-1BL00 |
DI: MX 321-1BL00 |
DI: MX 321-1BL00 |
DI: MX 321-1BL00 |
RTD: MX 331-7KF01 |
RTD: MX 331-7KF01 | |
擴(kuò)展（2#）機(jī)箱(BITC MX9300)
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1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
11 |
12 |
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DP: MX 353-1AG01 |
RTD: MX 331-7KF01 |
RTD: MX 331-7KF01 |
RTD: MX 331-7KF01 |
RTD: MX 331-7KF01 |
DO: MX 322-1BL00 |
DO: MX 322-1BL00 |
DO: MX 322-1BL00 |
DO: MX 322-1BL00 |
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CPU模塊：MX315-2AG10，含以太網(wǎng)接口；32點(diǎn)開(kāi)關(guān)量輸入模塊：MX321-1BL00，6塊；32點(diǎn)開(kāi)關(guān)量輸出模塊：MX322-1BL00,4塊；8點(diǎn)模擬量輸入模塊：MX331-7KF01，2塊；4點(diǎn)溫度量模塊：MX331-7KF01，6塊；MX9300的編程軟件采用SW873，該軟件支持WinPLC7（STL，F(xiàn)BD，LAD) 編程。
3.系統(tǒng)特點(diǎn)及功能
LCU是一套完整的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。與系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)時(shí)，作為監(jiān)控系統(tǒng)的一部分，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)指定的功能。而當(dāng)LCU與系統(tǒng)脫離時(shí)，則能獨(dú)立運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)LCU的現(xiàn)地監(jiān)控功能，并確保被控設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行。LCU的基本功能如下：
PLC完成各種數(shù)據(jù)采集與預(yù)處理功能。事件順序記錄功能。數(shù)據(jù)通訊與網(wǎng)絡(luò)通訊功能。運(yùn)行工況的轉(zhuǎn)換，LCU可完成各類(lèi)設(shè)備的運(yùn)行工況轉(zhuǎn)換，如機(jī)組的運(yùn)行工況轉(zhuǎn)換，斷路器的分合，設(shè)備運(yùn)行方式的轉(zhuǎn)換等。LCU現(xiàn)地人機(jī)聯(lián)系功能。系統(tǒng)硬件及軟件診斷與自恢復(fù)功能。時(shí)鐘同步功能。通過(guò)硬件和軟件同步手段，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)時(shí)鐘同步。
機(jī)組現(xiàn)地控制單元(LCU) 控制與調(diào)節(jié)功能：機(jī)組開(kāi)、停機(jī)順序控制：包括單步控制和連續(xù)控制兩種順控方式；機(jī)組事故停機(jī)及緊急停機(jī)控制；機(jī)組輔助設(shè)備的控制；發(fā)電機(jī)出口斷路器的分/合操作；主變中性點(diǎn)接地開(kāi)關(guān)的分/合操作；機(jī)組有功功率調(diào)節(jié)；機(jī)組無(wú)功功率/電壓調(diào)節(jié)；各種整定值和限值的設(shè)定；機(jī)組的自動(dòng)/手動(dòng)準(zhǔn)同期并網(wǎng)操作；機(jī)組進(jìn)水口閘門(mén)控制；水力機(jī)械保護(hù)功能。
公用設(shè)備/開(kāi)關(guān)站現(xiàn)地控制單元(LCU) 控制操作功能：開(kāi)關(guān)站現(xiàn)地/遠(yuǎn)方控制方式的切換操作；開(kāi)關(guān)站各斷路器的分/合操作；開(kāi)關(guān)站各隔離開(kāi)關(guān)的分/合操作；開(kāi)關(guān)站各接地開(kāi)關(guān)的分/合操作；開(kāi)關(guān)站各斷路器的自動(dòng)準(zhǔn)同期合閘操作；廠用電進(jìn)線及斷路器的分/合操作；廠用電各種運(yùn)行方式的確定及備用電源自動(dòng)投入。
4.系統(tǒng)運(yùn)行
象山電廠監(jiān)控系統(tǒng)2007年已改造完畢，H9000監(jiān)控系統(tǒng)已全部投入使用，完全達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，各種設(shè)備目前運(yùn)行穩(wěn)定可靠。
參考文獻(xiàn)：
[1] 周民、姚維達(dá)、張毅等：H9000計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的新版本，水電自動(dòng)化與大壩監(jiān)測(cè)，2002.3。
---------惠朋（VIPA GmbH）中國(guó)供稿
北京市公安局海淀分局備案號(hào)：11010802023656號(hào)