水电厂相关业设计论文.docx

水电厂相关业设计论文.docx

《水电厂相关业设计论文.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《水电厂相关业设计论文.docx（47页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。

水电厂相关业设计论文

摘要

本文以力控监控组态软件为基础，水电厂为监控对象，参照目前国内水电厂先进的计算机监控系统，根据设计要求，模拟水电厂SCADA（SupervisoryControlAndDataAcquisition）监控的系统。

在本设计中，力控监控组态软件模拟了水电厂发电机组、母线及水电厂输出线上有关电气参数的数据采集。

同时主控室对数据进行的处理和记录，并发出控制指令。

另外在设计中提供了事故报警及历史数据查询，以便于操作人员对事故进行及时的处理。

关键字：

数据采集；事故报警

Abstract

Thepaper,whichisbasedonpowercontrolconfigurationsoftware,consideredthemonitoringobjectashydropowerandconsultedadvancedcomputermonitoringsystemofhydropowerplantinChina.Accordingtothedesignrequirements,weanalogthemonitoringofPowerPlantSupervisoryControlAndDataAcquisitionsystem.

Inthisdesign,Powercontrolconfigurationsoftwaresimulatedthedatacollectionoftheelectricalparametersofthehydropowergeneratingunits、busandhydropowertransmissionline。

Atthesametime,themastercontrolroomprocessedandrecordedthedata,thenthecontrolcommandswasissued.Inordertomanagetheaccidentinagoodtime,thedesignprovidedthewarningandthehistoricaldataquery.

Keyword:

DataAcquisition;Accidentalarm

第一章绪论

1.1水电厂监控的现状

水电是电能的重要组成部分，水电整个生产过程不需燃料，基本没有废弃物排放，因而在经济、社会迅速发展、环境问题日益严重的今天，其优势越发明显。

改革开放以来，我国水电建设取得了突飞猛进的发展。

从90年代开始，随着我国水电设计、建设、制造安装及运行技术的逐步提高，以及对外开放、国际合作交流的发展，我国水电已跨入了世界大电厂、大机组运行的行列，水电生产、运行、管理也迈入了一个稳定提高的新阶段。

水电建设的发展不仅为国民经济的发展提供了廉价的电力，而且为电网的安全、稳定、经济运行发挥了巨大的作用，三峡工程建设和跨区域电网的发展，使水电在电网中的地位与作用更加突出。

随着我国电力体制改革的不断深入，原中国国家电力公司所属的发电企业拆分重组形成5家发电集团公司，全国绝大部分电厂已经与主电网实施了厂网分开，各发电企业及各发电厂之间的竞争愈加激烈，增强发电厂竞争实力的关键是提高劳动生产率，如何对已建成投产的水电厂实施全面技术改造，采取先进成熟的技术和设备，不断提高水电厂设备自动化水平，提高水电厂整体管理水平，适应我国电力建设发展的需要，是摆在水电生产管理部门面前的一项紧迫而繁重的任务。

随着水电厂“无人值班”（少人值班）工作的不断深入开展，对水电厂的生产运行和管理提高了更高的需要，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。

同时，计算机技术、信息技术、网络技术的飞速发展，给水电厂计算机监控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。

上位机部分作为监控系统的首脑，担负收集信息、监视控制、高级计算、历史记录的诸多功能，起着举足轻重的作用，可以说上位机部分软硬件设计、功能实施的好坏决定着整个监控系统能否安全、高效的运行使用。

本设计将着重于上位机软硬件的设计与实现。

1.2水电厂监控国内外发展趋势

1.2.1国外发展趋势

水电厂计算机控制技术的发展始于二十世纪六十年代，当时由于计算机体积庞大，性价比太低，未得到广泛应用。

二十世纪七十年代末，随着计算机技术的迅速发展，性价比不断提高，开始广泛应用于水电厂自动化的各个领域。

世界各国对水电厂计算机监控系统的研究和开发都十分重视，理论研究和工程实施十分活跃，一些科学技术发达的国家在工程应用上做了大量工作，水平较高。

如：

美国在大古力和石河段等几座大型梯形水电厂已经实现了计算机控制;日本在实现中原两座抽水蓄能电站；法国在梯级水电厂的计算机控制方面已处于领先地位，典型的有罗纳河梯级水电厂和莱茵河梯级水电厂。

目前国外控制在LCU装置的设计上充分利用了成熟数字电子集成电路技术，将PLC、现场总线技术集成到LCU中区，结合他们先进的制造工艺、几十年规范化的管理以及对监控标准的制定、掌控上的优势，使他们的LCU装置具有高性能、高可靠性、标准化的特点；在主站的设计上充分发挥其在UNIX操作系统上的技术成熟度，设计出专业性很强的监控软件，可靠性也很高，目前由于WINDOWS操作系统的迅猛发展势头，出于成本及应用范围的考虑，国外也在大力发展基于WINDOWS平台的监控软件。

总的来说，国外监控系统在硬件制造、标准化程度处于领先水平，但是由于电力行业的运行方式涉及各个国家自身的经济运行特点，有其自身独特的运行规范，在国外使用良好的控制系统，照搬到国内来就不一定运行的好，需要进行本土化改造，因此发展适合我国自身电力运行特点的控制系统是非常必要的。

1.2.2国内的发展趋势

我国的水电厂计算机监控系统经过水电行业科研、规划、设计、生产等部门几代人的辛勤劳动，经过了从无到有，并逐步发展壮大，技术水平和研发能力已逐步赶上国外先进水平。

计算机应用于水电厂自动化的课题，在我国曾是一个长期研究而在很长一段时间内未能圆满解决的问题。

50年代开始，直到70年代广东流溪河和四川龙溪河等水电厂的计算机监控试点，在这一段漫长的时期，虽然原机械部、水电部、电子部所属多个全国性大型科研院所的努力，在改进基础自动化元件，研制“四遥”、“功调”、“巡检”、及“屏幕显示”等新技术、新装置方面取得了一定成绩，但总体水平还是很差，无一套水电厂计算机监控系统在国内成功投运。

当时存在的主要问题可以归纳为：

主计算机不可靠，可利用率低；无法解决计算机系统的抗干扰及合理接地问题;水电厂实时监控的系统功能设计及设备选配问题；应用软件的组织及软件结构问题等。

1979年由原电力部科技委在福建古田主持召开的“全国水电厂自动化技术经验交流会”提出了1979-1985年的七年奋斗目标。

要求抓好基础自动化工作，提高主、辅机和自动化元件的制造质量，加强梯级电站和大型水电厂综合自动化试点工作，加强充实原南京自动化研究所和中国水利水电科学研究院自动化所等两个水电厂自动化科研和试制基地，建议尽快引进国内外先进技术，加强基础理论研究，建立技术交流情报网（后改称信息网）等等。

会议制定的七年水电厂自动化科学技术发展规划所确定的部分重点项目有：

长江三峡、葛洲坝、富春江、新安江等水电厂综合自动化的研究，以及浑江、永定河梯级水电厂集中控制和经济运行的研究等。

1987年10月“全国水电厂自动化技术总结和规划落实工作会议”在南京自动化研究所召开。

会议听取了浑江、永定河梯级水电厂、富春江和葛洲坝水电厂“六五”期间计算机监控系统试点的总结报告等，拟定了计算机监控系统在水电厂应用的模式，着重讨论了《“七五”期间水电厂应用计算机规划》和《关于水力发电厂采用计算机监控系统的若干要点》等文件，建议“七五”期间14个新建水电厂和12个已运行电厂启动和实现计算机监控工作。

总共安排26个水电厂实现不同程度的计算机监控功能和经济运行。

1993年5月由原电力部科技司、生产协调司会同水电规划设计总院，中国电力企业联合会联合在成都召开了“全国水电厂计算机监控系统工作会议”。

据不完全统计，当时全国有24个水电厂及梯级水电厂（或水电厂群）的计算机监控系统已经基本形成并投入运行。

提出了水电厂计算机监控系统的几种成熟模式，监控系统产品基本达到了工业化生产和实用水平，认为我国水电厂计算机监控系统已达到国外80年代水平。

会议提出水电厂全厂（综合）自动化方面计算机推广应用的主要规划目标是：

①“八五”期间应有40个左右大型电厂（群）实现计算机自动经济运行及安全监视。

②到2000年大型水电厂和集中管理的梯级电厂（群）都应实现不同程度的计算机监控。

按照此规划，预期21世纪初全国大中型水电厂总装机容量的70％左右实现不同程度的计算机监控。

会议还制定了相应的技术政策和措施，如“新建大型水电厂以及有条件的梯级水电厂（或水电厂群）都要坚持采用计算机监控系统设计建设的技术政策”。

1994年10月太平湾会议和1996年5月湖南会议又提出了水电厂“无人值班”（少人值守）的目标。

在总结了广州抽水蓄能水电厂（引进监控系统）和沙田电厂（南瑞监控系统）等经验后，太平湾会议确定永定河、浑江、太平湾——长甸梯级水电厂和葛洲坝二江电厂等作为我国第一批“无人值班”（少人值守）的科研示范工程。

湖南会议决定再扩大试点，确定龚嘴和映秀湾水电总厂、万安、隔河岩、拓溪、葛洲坝、鲁布革、白山、紧水溪等9个水电厂为第二批试点单位。

到1999年底，我国通过安全部“无人值班”（少人值守）验收的有广州抽水蓄能电厂、太平湾——长甸梯级水电厂和葛洲坝二江电厂等7个电厂。

这些电厂计算机监控系统都按“无人值班”（少人值班）若干规定的要求经过了全面严格的考验。

1.3本章小结

本章主要介绍了水电在电能中的优势、我国水电厂发展的未来趋势，以及水电厂监控国内外发展的趋势，同时说明了本设计的重点设计方向。

第二章SCADA系统概述

2.1SCADA系统的定义及特点

2.1.1SCADA系统的定义

SCADA（SupervisoryControlandDataAcquisition）系统是以计算机为基础的生产过程控制与调度自动化系统。

它可以对现场的运行设备进行监视和控制，以实现数据采集、设备控制、测量、参数调节以及各类信号报警等各项功能。

是计算机监控系统一类产品中比较典型、具有代表性的监控和数据采集系统。

2.1.2SCADA系统的特点

（1）实时性

SCADA系统是一种实时计算机系统,实时性是区别于普通（通用）计算机系统的关键特点,也是衡量计算机监控系性能的一个重要指标。

（2）可靠性

SCADA系统的可靠性是指系统无故障运行的能力。

在监控过程中即使系统由于其他原因出现故障错误,计算机系统仍能作出实时响应并记录完整的数据。

可靠性常用“平均无故障运行时间”,即平均的故障隔时间MTBF（meantimebetweenfaiures）来定量地衡量。

（3）可维护性

可维护性是指进行维护工作时的方便快捷程度。

SCADA系统的故障会影响正常的操作,有时会大面积地影响监控过程的进行,甚至使整个过程瘫痪。

因此,方便地维护监控系统的正常运行,在最短时间内排除它的故障成为SCADA系统的一个重要特点。

可维护性也与硬件、软件等诸多因素有关。

要求监控软件应具有在线实时诊断程序,可以在不影响系统运行的情况下及时发现故障。

（4）数据自动采集处理

自动地对监测对象进行数据采集、监视;能把测量的数据进行分类处理、数学运算、误差修正及工程单位换算等。

（5）人机交互在SCADA系统中,人机交互的方式比较丰富。

（6）通信功能

这里所说的通信,主要是指在监控系统中,计算机与计算机之间、相同类型或不相同类型总线之间以及计算机网络之间的信息传输。

（7）信息处理和控制算法

在SCADA系统中,信息处理和控制算法的设计、开发、调试是最为核心的内容,也是最花费时间的工作,它占据了开发调试的大部分工作量。

信息处理和控制算法主要是软件工作,这些软件的开发编制除了和采用的操作系统、软件开发具有关外,还和硬件（特别是接口部件）以及生产工艺要求有密切关系。

（8）管理功能

大多数监控系统,建立了相应的数据库,兼有办公管理或工程管理功能。

（9）自动运行

能按预先设计好的程序自动运行于某目标工程系统。

如有特殊要求,操作人员可以改程序或设定,以后按新的程序运行。

（10）自动控制

能按视对象进行实时控制或分时控制。

（11）自动报警

监控系统本身故障诊断、报警;对监测对象的设备或工艺运行参数进行监视。

如超过了设计规定值,能进行自动报警。

（12）自动校正

有的监控系统,可以根据用户需要,按预先给定的标准进行动校正,以清除某种干扰带来的影响。

（13）自动调度决策

有的系统能按一定的工艺模型运行,自动选择测试、监控项目,使监控对象处于最佳状态。

2.2SCADA系统的发展历程及应用

2.2.1SCADA系统的发展历程

SCADA系统自诞生之日起就与计算机技术的发展紧密相关。

SCADA系统

发展到今天已经经历了三代。

第一代是基于专用计算机和专用操作系统的SCADA系统，即PC+板卡。

这

一阶段是从计算机运用到SCADA系统时开始，到上世纪七十年代。

第二代是上世纪八十年代基于通用计算机的SCADA系统（PC+PLC），在第

二代中，广泛采用VAX等其它计算机以及其它通用工作站。

操作系统一般是通

用的UNIX操作系统。

第一代与第二代SCADA系统的共同特点是基于集中式计

算机系统，并且系统不具有开放性，因而系统维护，升级以及与其它联网构成很

大困难。

第三代是上世纪九十年代开始的，按照开放的原则，基于分布式计算机网络

以及关系数据库技术的能够实现大范围联网的SCADA系统。

第三代的特点是

PC+RTU，这一阶段是我国SCADA系统发展最快的阶段，各种最新的计算机技

术都汇集进SCADA系统中。

它形成了以分布式计算机网络与大型关系式数据库

技术应用为特征的模式。

SCADA系统在不断完善，不断发展，其技术进步一刻也没有停止过。

当今，

随着各行业对SCADA系统需求的提高以及计算机技术、移动通信技术、Internet

技术的发展。

第四代SCADA系统的基础条件己经具备。

该系统的主要特征是采

用移动通信技术、Internet技术、面向对象技术、神经网络技术等技术，继续扩大SCADA系统与其它系统的集成，综合安全经济运行以及商业化运营的需要。

2.2.2SCADA系统的应用

（1）在电力统的应用

SCADA系统在电力系统应用时间较早,规模也比较,尤其是华东、华北和东北等各大电力系统总调系统,当时都是引世界先进水平的系统。

现在各省、区,各供电局、供电所都有监控系统,无人值班变电所也开始运行。

（2）在交通监控系统的应用

在交通运输行业应用计算机监控系统发展很快,如:

机动车辆智能收费系统、高速公路交通监控系统等。

（3）在各行业中的应用

计算机监控系统广泛应用于邮电、钢铁、化工、环保、国防、航空航天、工业水处理、工矿企业、商业、金融机构、政府机关及教育卫生、住宅、小区等重大领域,几乎所有行业都程度不同的采用各种测控、监控设备。

有的监控系统技术相当先进,设备十分完善。

有人说,计算机监控系统已渗透到每个国家的政治、经济活动的一切领域,甚至管理国家的一切事务,监测全球范围内的某些参数或现象。

2.3SCADA系统的发展前景

SCADA的发展是随着传感器、计算机、通信及网络技术等的发展而发展,其中任何一种技术有新的突破,必然带来监控系统的进步革新。

（1）传感器技术

监控系统是依靠传感器、专业摄像机等设备来检测信息的,检测到的信息越多,监控范围和作用就越大。

今后传感器仍朝着集成化、多功能智能化传感器发展。

智能型仪器仪表和智能控制器能方联网,有利组成开放式SCADA系统。

（2）网络传输介质技术

监控系统是通过传输介质来传递信息的，传输介质传递信息的速度越快，监控系统的响应就越灵敏，传递的信息也就越多。

传输介质从双绞线、同轴电缆、光缆到视野内信号（微波、红外线）及卫星通信等，实现从有线到无线发展，也促进了监控系统的发展。

（3）开放式综合网络监控管理系统

90年代以后网络技术发展到第四段,即网络电脑和信息高速公路网络阶段,计算机网络系统本身就是一个极其庞大以复杂的综合网络系统,本身就需要一个综合网络监控管理系统。

第四代综合网络监控系统中很可能包括大范围环境图象监控系统、设备监控统、商业金融服务监控系统等。

这种新一代综合网络监控管理系统可以是几个监控系统组成,它们可以连接到一个总线网、环形网或是星形网,而且网上节点可以增加或减少;也可以是单独的一个庞大的监控系统。

几个监控系统可以是平等的,也可以是分层的,采用什么样拓朴结构,设计者根据具体情况决定。

总之,随着迅速发展的智能型传感器、控制器等设备的发展,SCADA系统朝着智能化、网络化、微型化的方向发展。

（4）SCADA系统集成

SCADA系统应用水平不断提高，计算机硬件、软件及网络、数据库等技术的发展，一个新的概念正在逐渐被人们接受和认可，这就是计算机系统集成。

SCADA系统集成是根据应用需求，将硬件、网络、数据库及相应的应用软件组合成为有效可用的、具有良好性价比的SCADA应用系统。

它具有Ⅰ支撑系统的集成;Ⅱ应用功能的集成;Ⅲ综合技术的集成;Ⅳ多种产品设备的集成等。

（5）无线综合监控系统

基于CDPD（CellularDigitalPacketData）的无线上网、移动办公、移动炒股、无线刷卡支付、无线记者站、远程环境监控及全球卫星定位系统（C玲）在车辆定位监控调度等交通运输和道路工程的应用。

无线综合监控系统和温度控制装置正在形成，该系统采用无线传送，声光报警、中央控制、自动化管理。

从计算机技术和自动控制技术发展状况来看，高性能控制机系统、智能控制系统和基于网络系统的虚拟企业自动化系统将是未来自动化的重要发展方向;随着迅速发展的智能型传燕器、执行器、传输介质等设备的发展及新型计算机系统研制，如:

知识信息处理系统，人工神经网络计算机、光计算机、生物（DNA）计算机等新型计算机的研究和新的监测控制理论方法的发展，计算机监控系统朝着智能化、网络化、微型化、集成化、无线化的方向发展。

2.4本章小结

SCADA系统是计算机监控系统一类产品中最典型、最具代表性的数据采集和远程控制系统。

本章主要内容包过：

（1）SCADA系统的特点。

（2）SCADA系统的应用。

（3）SCADA系统的发展前景。

第三章力控监控组态软件介绍

3.1力控监控组态软件的构成及要求

3.1.1力控监控组态软件构成

力控监控软件包过：

工程管理器、人机界面VIEW、实时数据库DB、I\0驱动程序、控制策略生成器以及各种网络服务组件等。

它们可以构成如图2.1所示的网络系统。

图2.1软件结构图

力控监控组态软件是对现场生产数据进行采集与过程控制的专用软件，最大的特点是能以灵活多样的“组态方式”而不是编程方式来进行系统集成，他提供了良好的用户开发界面和简捷的工程实现方法，只要将其预设置的各种软件模块进行简单的“组态”，便可以非常容易的实现和完成监控层的各项功能，缩短了自动化工程师的系统集成的时间，大大的提高了集成效率。

力控监控组态软件是在自动控制系统监控层一级的软件平台，它能同时和国外各种工业控制厂家的设备进行网络通讯，它可以与高可靠的工控计算机和网络系统结合，便可以达到集中管理和监控的目的，同时还可以方便的向控制层和管理层提供软、硬件的全部接口，来实现与“第三方”的软、硬件系统来进行集成。

主要的各种组件说明如下：

◆工程管理器（ProjectManager）

工程管理器用于创建工程、工程管理等用于创建、删除、备份、恢复、选择当前工程等。

◆开发系统（Draw）

开发系统是一个集成环境，可以创建工程画面，配置各种系统参数，启动力控其他程序组件等。

◆界面运行系统（View）

界面运行系统用来运行开发系统Draw创建的画面、脚本、动画连接等工程，操作人员通过它来完成监控。

◆实时数据库（DB）

实时数据库是力控软件系统的数据处理核心，构建分布式应用系统的基础。

它负责实时数据处理、历史数据储存、统计数据处理、报警处理、数据服务请求处理等。

◆I/O驱动程序（I/OSERVER）

I/O驱动程序负责力控与控制设备的通信，它将I/O设备寄存器中的数据读出后，传送到力控的数据库，然后在界面运行系统的画面上动态显示。

◆网络通信程序（NetServer）

网络通信程序采用TCR/IP通信协议，可利用Intranet/Internet实现不同网络结点上力控之间的数据通信。

◆通信程序（PortServer）

通信程序支持串口、电台、拨号、移动网络通信。

通过力控在两台计算机之间，使用RS232C接口，可实现一对一（1:

1方式）的通信；如果使用RS485总线，还可实现一对多台计算机（1：

N方式）的通信，同时也可以通过电台‘MODEM、移动网络的方式进行通行。

◆Web服务器程序（WebServer）

Web服务器程序可为处在世界各地的远程用户实现在台式机或便携机上用标准浏览器实现监控现场声过程。

◆控制策略生成器（StrategyBuilder）

控制策略生成器是面向控制的新一代软件逻辑自动化控制软件，采用符合IEC1131—3标准的图形化编程方式，提供包过：

变量、数学运算、逻辑功能、程序控制、常规功能、控制回路、数字点处理等在内的十几类基本运算块，内置常规PID、比值控制、开关控制、斜坡控制等丰富的控制算法。

同时提供开放的算法接口，可以嵌入用户自己的控制程序。

控制策略生成器与力控的其他程序组件可以无缝连接。

3.1.2力控监控组态软件的要求

1、硬件要求

●CPU：

奔腾500以上。

●显示器：

VGA、SVGA以及支持桌面操作系统的图形适配器，显示256色以上。

●鼠标：

PC兼容鼠标。

●通讯：

RS—232。

●并行口：

力控的加密锁。

说明：

目前市面上流行的机型完全满足力控的运行要求。

2、软件要求

运行的操作系统：

WINDOWS2000/WINNT4.0（补丁6）WINXP

3、硬件加密锁

力控组态软件在长时间运行时，需要一个硬件加密锁，加密锁包过：

并口硬件加密锁和USB口硬件加密锁。

●并口硬件加密锁

力控支持Windows操作系统上的并口硬件加密锁的安装，安装并口硬件加密锁步骤：

1）在安装加密锁前应关闭计算机电源和外围设备。

2）拔掉计算机并口上的所有连接。

3）加密锁安全地插入并口并拧紧螺丝。

4）如果其他设备与并口连接，请将其接到加密锁的背后。

●USB硬件口加密锁

力控支持Windows操作系统性USB口硬件加密锁，注：

Windous98需要首先安装USB口的驱动。

说明：

当没有加密锁时，力控组态软件业可以开发和运行，但有如下限制：

1）数据库支持64点。

2）内置编程语言。

3）运行系统在线运行时间是1小时。

4）支持选择的通信驱动程序。

3.2开发、运行系统

3.2.1开发、运行系统概述

支持Windows98、NT、2000、XP等操作系统采用面向对象的设计，集成化的开发环境，开发系统采用更多的组件和控件来方便设计者构成更强大的系统；

丰富的函数和设备驱动程序是设计者集成更容易；

增强的过渡色和渐进色功能，从根本上解决了很多同类软件在过多使用过渡色、渐进色时，严重影响画面刷新速度