水电厂辅助设备集中控制新技术的研究与应用

沈小钰，朱立新，谭　臻

（华能澜沧江水电有限公司漫湾水电厂，云南 临沧 675805）

水电厂辅助设备集中控制新技术的研究与应用

沈小钰，朱立新，谭臻

（华能澜沧江水电有限公司漫湾水电厂，云南 临沧 675805）

摘要：首先介绍了水电厂辅助设备集中控制的技术要求，随后对该技术的发展现状及现阶段应用方式进行了阐述，最后介绍了该技术的发展方向及部分新技术的应用。

关键词：辅助设备；集中控制；PLC；监控

0　引言

随着电力生产自动化水平的不断提高，对电厂的生产运行和管理提出了更高的要求。以集散控制及工控机技术为核心的电厂生产过程自动控制技术，在电力生产系统内得到了大力的发展，并在近年逐步成熟起来，普及到辅助设备的集中控制中。相对火电厂复杂的生产控制系统水电厂系统更为简单，也正因为如此其对“严格、合理、可靠、经济、完善”和“无人值班、少人值守”的要求更为严格，水电厂的辅助设备集中控制新技术的研究与应用也显得更加重要和迫切。

1　技术要求

水电厂辅助设备主要包含油、水、气三大系统及更为边缘的通风、照明系统。油系统主要为油压控制及供排油管路；水系统主要为自动排水及强制水循环控制及相关管路；气系统为气压控制及供排气管路。三大系统均直接与生产主设备息息相关，通风、照明系统虽与生产系统无联系，但对于地下式水电厂厂房也是安全生产的必要条件。因此，辅助设备集中控制需结合电厂的实际要求，采用先进的技术及软件开发平台，用于提高电厂的设备管理综合水平，满足设备管理的现代化、信息化水平，并适应电厂“无人值班”制度的要求。

它的具体功能要求与水电厂主设备监控要求一致，包括：数据采集、控制运算、控制输出、设备和状态监视、报警监视、远程通信、变量的趋势和历史显示、日志记录、报表生成、事件顺序识别、图形显示、控制调节、顺控设备等。

（1）数据采集：完成实时模拟量、开关量的实时数据采集功能。

（2）设备和状态监视：从中控室辅助设备集中控制服务器或网页上可监视到系统本级以下的所有硬件的状态，还可以诊断到各节点的故障。

（3）报警监视：反映系统本身及其相关设备故障以及某些特定事件，并提供故障的详细信息。

（4）远程通信:系统可以通过各种通讯控制模块与其它系统进行通讯，也可以通过现场控制站主控模块的多功能接口卡使用RS-232、RS-485等协议与其它系统进行通讯，在不方便连线的场合还可以用无线通讯模块进行无线通讯。

（5）变量的趋势和历史显示:系统的历史数据库，可按照模拟量扫描周期和开关量状态变化，保留一段时间内的所有点历史数据和事件，支持变量的成组跟踪显示和历史显示。

（6）日志记录：按时间顺序自动记录、存储和查询运行过程中发生的各种随机突发事件的功能，为运行人员提供事故分析的详细依据。

（7）图形显示：以图形方式表现现场的主要工艺流程和有关的动态信息，并具有对动态点进行操作的手段。

（8）报表打印：报表大致分为定时报表和实时报表。定时报表一般用来在规定的时刻打印生产过程的操作记录和统计(求和、平均等)。实时报表则用来随机打印某个时刻的报表或者历史报表，它由人工触发。

同时它也有不同于主设备监控系统的功能要求。辅助设备相比主设备数量众多、品牌不统一，系统易随主设备检修而发生变动，因此除满足以上功能要求外，辅助设备控制系统还应具有开放的模板及接口，方便日后维护及升级需求。

2　发展现状

2.1辅助设备集中控制技术发展背景

20世纪90年代以来，由于PC-based的工业计算机（简称工业PC）的发展，以工业PC、I/O装置、监控装置、控制网络组成的PC-based的自动化系统得到了迅速普及，成为实现低成本工业自动化的重要途径。由于基于此PC的控制器被证明可以像PLC一样可靠，并且被操作和维护人员接受，系统易于安装和使用，有高级的诊断功能，为系统集成商提供了更灵活的选择。所以，越来越多的工业生产控制系统采用PC控制系统。基于PC的监控系统也在水电厂生产控制系统中得到了普及。

然而，尽管PC控制系统有着众多优点，时至今日工业PC并没有代替PLC，主要有两个原因：一个是系统集成原因；另一个是软件操作系统Windows NT的原因。一个成功的PC-based控制系统要具备两点：一是所有工作要由一个平台上的软件完成；二是向客户提供所需要的所有东西。因此，其数据复杂且设备集成度高。在控制逻辑简单、系统分散的辅助设备控制方面工业PC不可能与低价的微型PLC竞争，因此水电厂辅助设备仍多采用PLC控制。

然而要如何实现即拥有PC监控系统同样的功能又免除高成本、数据复杂、集成度高的不利因素？这就需要完成辅助设备集中控制组网工作。每一套采用PLC控制的辅助设备系统都会具有远程网络通讯接口，即远程I/O通讯口，PLC在完成控制的同时可将所有设备状态、远程控制指令通过远程I/O通讯口联网传输至中控室辅助设备集中控制主机，运行人员通过主机进行全厂辅助设备的监控。

2.2现阶段辅助设备集中控制技术应用方式

辅助集中监控系统完善项目主要的工作内容包括网络结构的设计、软件结构设计、子系统相关设备通讯方式调研、通讯规约调试、硬件及软件配置、代码编程、综合调试。

由于辅助设备地域分散，网络结构设计阶段需对所有设备按地域进行划分，依据划分结果通过工业网络将各个区域辅助设备控制系统PLC以远程I/O方式汇聚形成一个完整的辅助系统集中控制网络，使全厂辅助设备控制系统的结构清晰、功能明确。在子系统相关设备通讯方式调研后辅助设备控制数据通过统一的通讯协议（常见为modbus）传输至中控室内的数据服务器。

在数据服务器上使用组态软件实现控制系统上位机功能。除各大PLC厂商各自自行研发推广的组态软件外，而最常用的第三方上位机组态软件主要有Intellution公司(现为GE所收购)的iFix及Wonderware公司的Intouch，代表着目前主流组态软件的两个方向。这些软件各有优劣，都能满足绝大部分的辅网设计需要，其中ifix由于其VBA的开放性接口，能够扩展实现的功能多，对各种硬件、软件协议及数据库等的兼容性比较好，适用于大型的或较复杂的控制系统，而Intouch在易用性和高性能上面独树一帜，比较适用于中小型系统。

在软件结构设计步骤中，根据辅网网络配置及辅网控制要求，将所有子网系统的控制画面集中到辅网上位机中，实现辅网操作员站对子网所有系统的监视与控制。要综合分析硬件配置的性能，各厂商采用的总线、协议规格，驱动的兼容性，以及对画面风格，操作习惯、权限分配、报警记录、数据库查询、可靠性乃至经济成本在内的众多要求，选择出最合适的软件和开发模式。

3　发展方向

随着工业自动化控制理论、计算机技术和现代通信技术的迅速发展，水电厂辅助设备集中控制技术将向智能、网络化、全集成自动化等方向发展，具体表现在以下几个方面。

3.1 PC化

传统PLC自身存在着难以构建开放硬件体系结构及编程方法杂乱、不统一的缺点，软PLC的出现客服了这些缺点。它在保留PLC功能的前提下，采用面向现场总线网络的体系结构，采用开放的通信接口，如以太网、高速串口等，采用软件来实现传统PLC的功能。随着软PLC控制组态软件的进一步完善和发展，安装有软PLC组态软件和PC-based控制的市场份额将逐步得到增长，现阶段使用PLC控制、PC组态方式的辅助设备集中控制系统也必将朝着这个方向发展。

3.2开放性

当前，过程控制领域最大的发展趋势之一就是ethernet技术的扩展，辅助设备集中控制系统也不例外。现在越来越多的PLC供应商开始提供ETHERNET接口。可以相信，PLC将继续向开放式控制系统方向转移，尤其是基于PLC及工业PC的辅助设备集中控制系统。

3.3网络化

计算机网络技术、无线技术以及智能传感器技术的结合，使得工业现场的数据能够通过无线链路直接在网络上传输、发布和共享。无线局域网技术能够在工厂环境下，为各种自动化设备之间的通信提供高带宽的无线数据链路和灵活的网络拓扑结构，在一些特殊环境下有效地弥补了有线网络的不足，进一步完善了工业控制网络的通信性能。无线局域网设备使用隔离型信号转换器，将工业设备的RS-232串口信号与无线局域网及以太网络信号相互转换，符合无线局域网IEEE 802.11b和以太网络IEEE 802.3标准，支持标准的TCP/IP网络通信协议，有效的扩展了工业设备的联网通信能力。

4　新技术应用

PC化、网络化的水电厂辅助设备集中控制技术还未能在水电厂辅助设备集中控制中得以应用，然而在个别辅助设备控制中已经实现应用，如照明、通风控制系统。以通风控制系统为例，与辅助设备集中控制相似，通风系统风机控制点分散，仅需控制风机的启停，控制简单。单台风机采用PLC控制过于浪费，多台风机采用一个PLC控制又需长距离敷设电缆，易使简单系统复杂化。自动化元器件及网络技术的发展，使得水电厂风机控制模块化。每个风机由一个模块控制，每个模块由网卡及单片机组成，针对风机所在位置不同，部分风机采用有线方式连接，部分风机采用无线方式连接，系统通过TCPIP协议以总线型方式与系统服务器通信，控制逻辑通过软PLC方式由组态软件编写于服务器中。整个系统由服务器、风机控制箱子（包含控制模块、风机电源、控制电源、接触器）组成，系统简洁明了。

5　结语

现阶段实现的辅助设备集中控制现场控制层采用PLC技术，网络结构采用工业以太网，软件平台综合了主流组态软件、工业数据库、面向对象的软件开发等。这种结构改变了以往串口通信等模式在传输速率及扩展的局限性,改变了上下位机一对一的开发监控模式,为系统提供了易于扩展的开放性接口。软PLC及网络技术的发展将为水电厂辅助设备集中控制技术带来一个高速、可靠、多样化的时代。

参考文献：

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[2]刘树立,燚冯超,迟晓明,等.火力发电厂辅助控制系统中的全新模式[J].华北电力技术，2013（04）.

[3]张振华.厂站运行辅助设备及环境设备的集中监测系统解决方案[J].电力系统保护与控制，2013（18）.

中图分类号：TP273

文献标识码：A

文章编号：1672-5387（2015）07-0049-03

DOI：10.13599/j.cnki.11-5130.2015.07.014

收稿日期：2015-04-30

作者简介：沈小钰（1987-），女，助理工程师，从事通信系统及计算机监控系统的维护及开发工作。