GE 系列 PLC 在水电厂自动化发展趋势引言 随着水电厂“无人值班”（少人值守）工作的不断深入开展，对水电厂的生产运行和管理提出了更高的要求；以“厂网分开、竞价上网 ”为基础的电力体制的改革也对水电厂自动化技术提出了新的要求。计算机技术、信息技术、网络技术的飞速发展，给水电厂自动化系统无论在结构上还是在功能上，都提供了一个广阔的发展舞台。水电厂自动化也必须适应新的形势需要，有新的内容和新的发展。如今的水电厂自动化系统应该成为一个集计算机、控制、通信、网络、电力电子为一体的综合系统。不仅可以完成对单个电厂，还进一步要实现对梯级、流域、甚至跨流域的水电厂群的经济运行和安全监控。本文就如何构成水电厂自动化系统作几点探讨。水电厂自动化系统的发展 水电厂自动化系统由 I/O 设备 (传感器和执行器 )、控制硬件、控制软件、人机接口及与信息系统的连接等组成。而水电厂的自动化是从 80 年代初单个功能装置研制开始的，计算机监控系统的发展过程以及典型的应用如表 1：表 1 计算机监控系统发展过程表年代 典型的系统结构 几个应用实例80 年代初 功能分布的多微机监控系统 葛洲坝二江一期，富春江一期80 年代末 以设备单元分布的星型分层监控系统 丹江口一期，龙羊峡一期90 年代中 基于开放系统的分布式监控系统 葛洲坝二江，富春江，白山21 世纪初 基于对象技术的分布式监控系统 红枫梯级，青溪，丹江口n 功能分布式的星型分层监控系统以单功能微机装置集成系统，每个微机装置具有特定的功能，但每个微机装置都具有不同功能，如有的微机装置专门采集开关量，有的微机装置专采集模拟量，有的微机装置专门进行控制操作。该系统在分布的方式上进行了一些有益的试验，但从模式上看还不能算是很成熟的系统。n 以设备单元分布的星型分层监控系统为了检修维护的方便，以发电机组为单元，将数据采集与控制集成到一台微机或 PLC 装置中，构成了现地控制单元 LCU。LCU 无法直接接入以太网，而且计算机非常昂贵，不能使每台 LCU 都配备 CPU（微机）接入以太网，只能将微机作为前置机。这时的系统采用专门的计算机，在应用网络上已跨出了一大步，但相应的国际标准还不完善，尚不能形成理想的开放系统环境。n 基于开放系统的分布式监控系统随着计算机技术、网络技术的发展，计算机应用软件越来越复杂，越来越庞大，软件开发的投入也越来越大，如何使这些巨大的资源不仅在这一家公司制造的计算机上运行，而且也能在另一家公司制造的计算机上运行，这就形成了一系列的开放系统标准：TCP/IP、POSIX、SQL 、ODBC、JDBC、OPC 等。基于开放系统的分布式计算机监控系统具有通用性和移植性，监控系统的软件可以安装在任何具有开放系统特点的计算机上。开放系统为水电厂计算机监控系统的发展提供了强大的历史舞台。国内南瑞公司的 SSJ-3000 型和水科院的 H9000 型等计算机监控系统就是这个时期的典型的基于开放系统的监控系统。n 基于对象技术的分布式监控系统计算机硬件技术以摩尔定律发展，这给软件开发提供了广阔的平台。软件技术发展到现在除了遵循开放系统标准以外，还应遵循面向对象技术的标准，如：Sun 公司的 Java RMI、OGM 组织的 CORBA 或 Microsoft 公司的 COM/DCOM。水电厂计算机监控系统由于面向对象的复杂性和多样性，基于面向对象的技术应用将水电厂运行设备如发电机组、主变、开关等抽象为对象。从系统设计、编程语言选择到用户界面等一系列过程都依据面向对象的理念、原则和技术，这样工作的结果将给用户带来使用和维护上的极大方便。南瑞公司最近推出的 NARIACCess Plus(NC-2000)计算机监控系统软件就是一个基于对象技术的分布式监控系统。它不仅应用于水电厂，而且也非常方便地应用于水电厂梯级调度系统。水电厂“无人值班”（少人值守）的技术条件无人值班相对于有人值班而言就是要求自动化系统来完成值班人员日常的工作，包括定时巡视运行设备，记录各设备有关参数和相关事件，按操作票形式进行设备的正常操作，发生事故或故障时，进行反事故处理，采取有效措施，防止事故扩大等工作。实现比有人值班更迅速、更可靠、更安全的运行方式。虽然自动化系统具有一定的反事故处理能力，在局部范围内起到防止事故扩大的特点，但是事故或故障的出现原因是非常复杂的，少数可以通过一定的处理恢复，但大多数是无法迅速恢复，并需要检修维护人员及时前往现场认真分析处理的。因此水电厂“无人值班” （少人值守）必须具备以几个条件：n 具有计算机监控系统计算机监控系统是实现“无人值班 ”（少人值守）的一个非常重要的系统。它具有采用水电厂的机组、辅机、风水油系统、主变、开关站、公用设备、厂用电系统以及各种闸门等的电气量、开入量、温度量、压力、液位、流量等输入信号，完成各种生产流程，如开停机、分合开关、运行设备倒换等顺序控制，机组有功功率和无功功率的调节，自动发电控制 AGC、自动电压控制 AVC，以及其他设备的操作控制。同时监控系统还具有丰富的人机界面，防误操作的措施和一定的反事故处理能力。n 具有远程控制、调节功能现地已经无人了，监控系统不仅具有现地的各种监视、操作、控制功能，而且具有能与远方控制系统通信能力，上送有关信息，接收远方控制系统的命令实现远程控制和调节。n 具有 ON-CALL 功能现场设备的运行难免会出问题，一旦出现事故或故障时，就需要维护人员立即奔赴现场，了解事故或故障现象，分析事故或故障原因，及时排除事故或故障。如何使维护人员甚至水电厂领导能及时得到详细的事故或故障信息，这就是无人值班水电厂计算机监控系统必须具备的功能：ONCALL 功能，可以通过电话、呼机或手机发布呼叫信息或手机短信息。水电厂自动化系统的技术措施水电厂自动化系统必须具备完备的硬件结构，开放的软件平台和强大的应用系统。n 系统结构目前监控系统的结构基本上以面向网络为基础，系统级设备大多采用以太网 Ethernet 或光纤环网 FDDI 等通用网络设备连接高性能的微机、工作站、服务器，在被控设备现场则较多地采用 PLC 或智能现地控制单元，再通过现场总线与基础层的智能 I/O 设备、智能仪表、远程 I/O 等相连接构成现地控制子系统，与厂级系统结合形成整个控制系统。对于现地控制单元，智能控制器加上现场总线技术应是一个好的发展趋势，根据 IEC 标准及现场总线基金会的定义：现场总线是连接智能设备和自动化系统的数字式双向传输、多分枝结构的通信网络。它具有如下技术特点： 系统开放性； 互可操作性与可用性； 现场设备的智能化与功能自治性； 系统结构的高度分散性； 对现场环境的适应性。机组容量变大、控制信息量增多，控制任务功能增加，控制负荷加重、网络通信故障都会造成现地控制单元控制能力的降低。针对水电厂被控制对象分散的特点采用现场总线将分散在现场的智能仪表、智能 I/O、智能执行机构、智能变送器、智能控制器连接成一体。正好体现了分散控制的特点，提高了系统的自治性和可靠性，节省了大量信号电缆和控制电缆。所以说，使用现场总线网络较适应分布式、开放式的发展趋势。当然，现场总线控制系统主要是要有分散在被控对象现场的智能传感器、智能仪表、智能执行机构的支持，而目前在水电厂中这些还是大量的旧式的装备。只能逐步过度，最后取代旧式的数字/模拟混合装备和技术，形成全新的全数字式系统。n 软件系统平台支持软件平台和应用软件包向通用化、规范化发展为适应开放化、标准化、网络化、高速化和易用化的发展技术，计算机监控系统中的软件支持平台和应用软件包应更趋向于通用化、开放化、规范化。从电力行业高可靠性的要求出发，在大中型水电厂监控系统中的 UNIX 操作系统等到广泛的应用，中小型的水电厂因较多采用 PC 构架的计算机，所以较多地采用 Windows 操作系统，目前也有少数采用。 Web、Java 等新技术的应用Web、面向对象的 Java 等新技术将越来越多地引入计算机监控系统。如南瑞自控新近开发的 NC-2000 监控系统，全面采用了面向对象的开发技术，人机界面采用跨平台的 Java 实现，它不仅给用户提供了，和更加方便地进行可编程二次开发的功能丰富多彩、生动的界面，而且由于 Web、Java 等技术的采用，前台操作员站的应用支撑软件大大减少，可以实现真正意义上的“瘦客户机 ”。如在大中型电厂用高性能的 UNIX 工作站或服务器作为全系统的主控机和数据服务器，而用 PC 机作为操作员站，由 Java 一次编译，多处运行的特性，不仅可轻松地在操作员站，主处理器等监控系统内的节点获得同样的人机界面，加上 Internet/Intranet，Web 技术的支持，更可在厂长，总工办公室、生技科等厂内 PC 联网的地方直接浏览到同样的界面，甚至于在任何地点经电话接入后的也可以浏览到同样的界面（为保证安全需增加必要的安全措施）。功能强大的组态工具用户无需对操作系统命令深入了解，也不需要复杂的编程技巧，不论是在 UNIX 系统上还是在 Windows 系统上，都可通过组态界面十分方便地完成： 数据库测点定义 对象定义 现地控制单元的各种模件定义 处理算法定义 通信端口 通信协义的定义顺序控制流程生成、检测、加载等各种功能的应用定义以及维护，很多功能只需点击鼠标进行选择，既快捷方便，又避免了使用编辑程序难免产生的输入错误，真正体现主系统服务的面向对象、可靠、开放、友好、可扩展和透明化。n 强大的应用系统计算机监控系统主要有以下几个方面应用： 历史数据库系统 电能量监测系统 效率检测系统 电力市场、经济调度决策支持系统 运行人员培训仿真系统 状态检修系统 生产管理系统 智能电话报警服务系统结束语上面提及的系统都是同现有计算机监控系统密切相关的系统，根据具体情况，它们可配置成相对独立的系统，通过高速网络与计算机监控系统进行数据交换。也可配置成计算机监控系统的子系统，这样的计算机监控系统似乎应称之为水电厂生产综合管理系统。它提供了水电厂从最基础的数据采集和设备控制直到面向电力市场的经济运行决策的一整套完善服务功能，支持电力生产的现代管理更上一个新台阶。