计算机监控系统2

1、二、现地控制单元!水电厂计算机监控系统通常可以分成两大部分，一是对全厂设备进行集中控制的部分，称之为厂级或厂站级监控系统；另一部分是位于水轮发电机层、开关站等设备附近的控制部分，称为现地控制系统。现地控制系统的主要组成部分就是现地控制单元LCU（Local Control Unit），在早期曾采用过与电网调度远程终端RTU（Remote Terminal Unit）同样的名称， 考虑到LCU的含义更确切，自1991年“现地控制单元学术会议“之后，基本上统一称之为LCU。 !一般布置在电站生产设备附近，就地对被控对象的运行工况进行实时监视和控制，电站计算机监控系统的较底层控制部分。 对原始数据进

2、行采集和预处理，对各种控制调节命令发出和完成闭环控制，对整个监控系统中很重要、对可靠性要求很高的控制设备。 !在水电厂计算机监控系统中LCU直接与电厂的生产过程接口，是系统中最具面向对象分布特征的控制设备。现地控制单元的控制对象主要包括以下几个部分： !（1）电厂发电设备，主要有水轮机、发电机、辅机、变压器等； !（2）开关站，主要有母线、断路器、隔离开关、接地刀闸等； !（3）公用设备，主要有厂用电系统、油系统、水系统、直流系统等； !（ 4 ） 闸 门 ， 主 要 有 进 水 口 闸 门 、 泄 洪 闸 门 等 。 !PLC:可以对电站开关量或模拟量的能采集与控制!智能电参数测量仪：可代替

3、交直流电量变送器!温度巡检仪：用于测量轴瓦、定子铁芯、风冷等温度!微机准同期装置：完成发电机自动同期并网!微机调速器：调节水轮发电机组在各种工况下运行!微机保护装置：完成机组、升压站及公用设备的保护按监控对象和监控位置机组LCU开关站LCU公用LCU结构和配置单板机线性结构LCU可编程器控制（PLC）为基础的LCU智能现地控制器!1、单板机线性LCU多为水电厂自动化初期的产品，目前已基本不再在新系统中采用。 !下面仅讨论处于主流地位的PLC和智能现地控制器 2、以可编程控制器（PLC）为基础的LCU!我国将PLC应用于水电厂生产设备的监控始于上世纪80年代，由于PLC一般按照工业使用环境的标准

4、进行设计，可靠性高、抗干扰能力强、编程简单实用、接插性能好很快被电站用户和系统集成商接受，得到了较好的应用。目前在我国水电厂使用较广泛的PLC有：GE Fanuc公司的GE Fanuc 90系列，德国Siemens公司的S5、S7系列，法国Schneider公司的Modicon Premium、Atrium 和Quantum，美国Rockwell公司 PLC5、Control Logix，日本OMRON公司的SU-5、SU-6、SU-8，日本MITSUBISHI公司的FX2系列等。由于各种PLC的设计原理差异较大，产品的功能、性能以及可以构成现地系统的规模有很大的不同。一般来说，根据不同电站在

5、安全性能（包括可靠性、可维护性等）、应用功能、控制规模、系统结构等方面的实际需求进行选择，还是可以找到合适的PLC的。目前我国很大一部分电站的自动化系统都是采用PLC构成现地控制部分的，通过合理的配置和搭配，它们基本上都能在 系统中担负起相应责任，完成相应的功能。 !在水电自动化这一有着特殊要求的行业应用中不可避免地也会有一些PLC作为一种通用的自动化装置，并非是为水电厂自动化而专门设计的，不适合的地方，现列出以下几点：（1） PLC以“扫描”的方式工作，不能满足事件分辨率和系统时钟同步的要求。水电厂计算机监控系统都是多机系统，为了保证事件分辨率除了PLC本身应具有一定的事件响应能力和高精度时

6、钟外，还要求整个系统内各部分主要设备之间的时钟综合精度也必须保证在毫秒级以内。而以PLC为基础的现地控制装置如果不采取特殊措施，就无法保证水电厂安全运行对事件分辨率和系统时钟同步的要求。!（2） 通用型PLC的起源主要针对机械加工行业，以后逐步扩展到各行各业。现在的PLC虽然具有较强的自诊断功能，但对于输入、输出部分，它只自诊断到模件级。这对于我国电力生产这样一个强调“安全第一”的行业来说，有一定的欠缺，往往需要另加特殊的安全措施。!（3） 通用型PLC一般都具有一定的浪涌抑制能力，基本上可以适合大部分行业应用。但对于水电厂自动化系统来讲，由于设备工作环境的特殊性，通用型PLC的浪涌抑制能力与

7、技术规范所要求的三级浪涌抑制能力还有一些差距。3、智能现地控制器!在我国水电厂自动化系统中应用较多的另一类现地控制单元应该就是智能现地控制器，如ABB公司AC450，南瑞集团的SJ-600系列，Elin公司的SAT1703等。!其中AC450是ABB公司生产的适用于工业环境的Advant Controller系列现地控制单元中的一种，主要应用于其它行业的DCS中。它包括了以Motorola 68040为主处理器的CPU模件和I/O、MasterBus等多种可选的模件，支持集中的I/O和分布式I/O，可根据不同的应用需求采用不同的模件来构成适用的现地子系统。!SAT1703是奥地利Elin公司生

8、产的多处理器系统，它包括3个装有不同接口处理器的子系统AK1703、AME1703和AM1703。每个子系统由主处理器、接口模板（模块）、通信模块等构成，能实现数据处理、控制和通信功能，在LCU内部采用SMI（Serial Module Interconnector）进行通信。SAT1703现地控制单元采用OS/2操作系统，运行的控制软件为ToolBox。!SJ-600系列是国电自动化研究院上世纪九十年代末为在恶劣工业环境下运行而生产的国产智能分布式现地控制单元，由主控模件、智能I/O模件、电源模件以及连接各模件与主控模件的现场总线网组成。已在全国数十个大中型水电厂可靠地运行。SJ-600具有

9、以下主要特点：!（1） 其中，主控模件采用符合IEEE1996.1的嵌入式模块标准PC104，具有可靠性高、现场环境适应性强等特点。使用低功耗嵌入式CPU，可选CPU型号从486至Pentium系列。!（2） 32位智能I/O模件。所有模件采用32位嵌入式CPU，该CPU专门为嵌入式控制而设计，软件上采用板级实时操作系统和统一的程序代码，只是按模件的不同而运行相应的任务。采用了大规模可编程逻辑芯片（EPLD）及Flash存储器，简化了系统设计，提高了可靠性。智能化的I/O模件除了可独立完成数据采集和预处理，还具备很强的自诊断功能，提供了可靠的控制安全性和方便的故障定位能力。!（3） 具有现场总

10、线网络的体系结构，系统采用两层网络结构，第一层是厂级控制网，连接LCU和厂级计算机，构成分布式计算机监控系统；第二层是I/O总线网络，连接主控模件和智能I/O模件（现地或远程），构成分布式现地控制子系统。所有I/O模件均配备两个现场总线网络接口，这些模件都可以分散布置，形成高可靠性的分布式冗余系统。!（4） LCU直接连接高速网。网络已成为计算机监控系统中的重要部分，它涉及到电站控制策略和运行方式。以前现地控制器多是使用专用网络与上位机系统进行连接，而不是符合开放性标准的网络。如AC450采用MB300网络与上位机系统连接，而与采用TCP/IP协议的系统连接只能通过专用模件以VIP的方式进行受

11、限制的数据传输!。!（5） 提供了直接的GPS同步时钟接口，无需编程和设置。GPS对时可直达模件级，满足了对时钟有特殊要求的场合，如SOE等!。!（6） 提供基于IEC61131-3标准的控制语言，在保留了梯形图、结构文本、指令表等编程语言的基础上，开发了采用“所见即所得”技术设计的可视化流程图编程语言。支持控制流程的在线调试和回放，非常适合复杂的控制流程的生成和维护。!（7） 针对水电厂自动化专业应用开发的专用功能模块。!最初，由于美国汽车工业的需要而产生了可以说是原始的PLC。虽然PLC问世时间不算太长，但是随着微处理器的出现，大规模、超大规模集成电路制造技术和数据通讯技术的迅速发展，PL

12、C的应用和技术也得到了飞速的发展，其发展过程大致可分三个阶段：!（1） 早期的PLC（60年代末-70年代中期）： 早期的PLC一般称为可编程逻辑控制器!（2） 中期的PLC（70年代中期-80年代中，后期）： 在70年代开始采用微处理器作为PLC的中央处理单元（CPU）。 这样，使PLC得功能大大增强。在软件方面，在原有的逻辑运算、定时、计数等功能的基础上增加了算术运算、数据处理和数据通讯、自诊断等功能。在硬件方面，开发了模拟量模块、远程I/O模块以及各种特殊功能模块，使PLC的应用范围得以迅速扩大到需要自动控制的很多行业。!（3） 近期的PLC（80年代中、后期至今） 进入80年代中、后期，由于微处理器硬件制造技术迅速发展，同时市场价格大幅度下降，使得各PLC生产厂家可以采用更高档次的微处理器。为了进一步提高PLC的处理速度，很多制造厂商还研制开发了专用逻辑处理芯片。后来PLC还融入了Ethernet、Web Server等技术，提供了功能丰富的配套软件，使广大用户使用起来更加得心应手。!上世纪80年代至90年代中