桐子林水电站计算机监控系统设计与应用,该文是关于系统设计学术论文怎么写与桐子和监控系统和水电站类论文范文例文.
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【摘 要】 根据桐子林水电站的实际建设情况,本文对计算机监控系统的结构、硬件配置、软件组态、系统应用及系统功能实现进行阐述,为系统的优化完善提供参考依据.
【关键词】 计算机监控系统结构 应用
一、监控系统结构
桐子林水电站计算机监控系统采用全开放的分层分布式星型网络结构,按照现地（LCU）、中控室、集控中心和电网调度分层分布监控的指导思想进行总体设计和配置.
整个系统采用分层星型结构的快速交换式以太网,局域网通信规约TCP/IP,网络介质主要采用光纤和网线.整个监控系统构架为：
服务器室2 台主交换机搭建主干网络,通过多模光口与机组现地控制单元1~4LCU、厂用和公用现地控制单元5LCU、开关站现地控制单元6LCU、进水口闸门现地控制单元7LCU、泄洪闸现地控制单元8LCU 相连；通过RJ45 电口与上位机设备（主要包括2 台调度通信网关机、2 台集控通信网关机、2 台主计算机、2 台历史服务器、2 台操作员站、1 台工程师站、1 台语音及手机短信报警工作站、1 台厂内通信数据服务器及2 台网络打印机等）相连.
二、监控系统硬件配置
桐子林水电站充分考虑监控系统冗余性,按照功能和控制对象的配置硬件,将功能分散化,以提高系统的可维护性和可利用率.整个硬件设备群选择性能高、运行速度快的HP 计算机群.
2.1 主计算机
2 台服务器采用双机热备用工作方式,主要完成整个电厂程序管理、综合计算、AC 调节、上位机网络及节点通信管理、自诊断等.
2.2 历史数据服务器
2 台服务器采用双机热备用工作方式,与磁盘阵列系列设备（主要包括存储机、管理机、交换机等）连接使用.通过配置数据网的心跳链路与非数据网的心跳链路共同使用,及时、可靠的存储监控系统数据及事件,以保证系统的安全、可靠.
2.3 操作员站
操作员站共计3 台,其中2 台在电站中控室,1 台延伸至成都雅砻江流域集控中心.操作员站提供实时画面监视、事件报警记录、数据采集查询、多窗口操作显示、各类报表查询、设备远方操作控释、负荷调节等功能,极大的方便运行人员通过操作员站实现对全厂设备的集中监视、控制.3台操作员站均独立使用.
2.4 调度通信网关机
2 台调度网关机配置相同,直接接入调度数据专网A 柜和B 柜,分别送至四川省调一平面、四川省调二平面、攀枝花地调一平面、攀枝花地调二平面,构建多方式的冗余配置模式,确保电站信号上送及调度信号的下发.
2.5 集控通信网关机
2 台集控网关机配置相同,分别通过电力专网、电信专网、卫星通道送至成都雅砻江流域集控中心,供集控中心人员对电站设备的实时远程监控.
2.6 工程师站
工程师站的应用功能与操作员站相同,通过用户管理,区分维护人员和运行人员的使用权限,主要供检修维护人员进行日常数据库、画面、PLC 程序的修改、配置、调试等维护工作.
2.7 语音及手机短信报警工作站
该工作站的基本功能与工程师站一致,并在此基础上新增网络打印功能,供中控室和计算机室的4 台彩色/ 黑白打印室使用,且供操作员站语音信号报警,便于运行人员操作监盘.
2.8 厂内通信数据服务器
厂内通信数据服务器主要负责与站内的独立系统进行通讯,与机组在线监测系统通过modbus 通讯,将4 台机组的振摆、气隙、压力等信号送至计算机监控系统；与电能量采集装置通过8 串口扩展板通信,将采集的电能量信息送至计算机监控系统.
2.9 主交换机
桐子林主干网络由2 台赫斯曼交换机搭建构成,分别构建成0 网与1 网.通过光口、电口,将现地控制单元、上位机服务器群接入整个网络,实现监控数据、信号的交互和应用.
2.10 对时装置
对时系统采用GPS 对时装置和北斗对时装置共用,整个系统通过对时装置的B 码和NTP 两种方式进行对时,对时级别分为秒级和毫秒级.GPS 时钟装置、北斗时钟装置、时钟子站根据现场使用情况分布于站内、站外,构建整个时钟系统.
2.11 现地控制单元LCU
现地控制单元共8 套,主要分为机组部分、公用部分、GIS 开关站、进水口系统、大坝泄洪系统,实现对现地各个系统设备的监视与控制.
三、监控系统软件组态
桐子林水电站计算机监控系统使用的是NC2000 V3.0 系统软件,其支持Windows、Linux、Unix 等多平台使用,提供丰富多彩的图形界面,拥有形式多样的报表系统,支持智能化的报警处理,进行各种历史数据的统计分析.
3.1 实时监控
提供丰富的监视界面,进行实时的图形显示、事件信息列表,便于画面和事件的查看、设备监视操作等.同时提供的测点索引功能,给维护人员提供方便,能迅速查找各个前台/ 后台信号点的实际状态,有助于分析缺陷原因.系统自带图形组态功能,根据现场实际需求,对所有监视画面进行编辑修改,随机保存,便于更新.
3.2 应用功能
主要分为通信接口和自动控制部分.通信接口用于定义与站外设备通信的信号点的建立；自动控制用于AGC、C系统的调节、监视,不用单独的搭建硬件设备,可直接通过系统进行自动发电控制和自动电压控制.
3.3 历史数据
主要分为三大功能：曲线分析、报表查询、事件一览表.运维人员根据需要,制定丰富多样的曲线分析、运行报表,实时进行历史事件的查询.
3.4 系统组态
主要提供数据库的搭建、维护,监控系统各个网络节点配置、修改,以及整套系统的用户管理.监控系统的数据库根据电站测点进行合理有效的配置,可根据需要进行增减及优化；网络节点的配置,结合监控系统的实际应用服务进行搭建,对参与系统运行的设备,均应布置在该监控网络上；用户管理主要根据电厂运维需求,分级、分权限进行设备,*、一一对应,避免管理混乱,留下安全隐患.
3.5 管理工具
管理工具中运用最多的是进程管理,可以对网络节点上的所有的NC2000 系统的运行状态进行监视、启停控制、进程配置与监视,有助于对整个监控系统的健康状态进行了解.
四、监控系统实际应用
计算机监控系统在整个电力系统来说,可以简单的比喻成信号、数据的传输介质,在电站与调度之间起到“承上启下”的作用,通过过站内、站外各个系统通讯,构建整个信号、数据传递的网络,确保电力系统各个功能的完整实现.
4.1 站内系统应用
计算机监控系统主要对站内的设备系统进行监视、控制,完成远方自动功能的实现,极大的优化资源的合理分配及应用.
4.1.1 与调速\ 励磁系统
除去重要信号以硬接线的方式实现信号数据的传输以外,调速\ 励磁系统的其他信号（通讯点）采取modbus 串口通讯的方式送入机组LCU,实现信号以不同方式传递,确保系统的可靠性.
4.1.2 与保护系统
监控与保护专业信号,均采用硬接线的方式进行信号数据的传输,保证监控信号能正常触发保护装置,保护装置信号能正常送入监控,及时帮助运行人员对设备的运行监视.
4.1.3 与辅控系统
桐子林电站的部分辅机系统采取现地PLC 控制,主要包括高压油系统、推力外循环系统、技术供水系统、调速器油压装置、主变冷却系统、排水系统、气系统等.除去以硬接线的方式实现信号数据的传输以外,所有辅控系统均采取网络通讯方式,将现地PLC 输出信号送至各个现地LCU,完成信号数据接入监控系统.
4.2 站外系统应用
计算机监控系统采集站内各个设备的信号数据,远方传输给各个调度中心,同时接收调度中心的调控指令,下发给站内各个设备,完成“四遥”信号的传递.
4.2.1 与集控中心
电站与集控中心的通讯采用104、101 通信规约,通过电力专网、电信专网、卫星通道三种途径完成信号的传输.监控系统通过2 台集控通讯网关机,配置边界加密装置将I区监控系统信号数据传输至成都集控中心,并同时接收集控中心下发的信号数据；通过集控数据专网A 柜和B 柜,将II、III 区的能量计费、继电保护、安稳装置、PMU、工业电视、消防系统信号数据送至集控中心.
4.2.2 与电网调度
电站与电网调度的通讯采用104 通信规约.监控系统通过2 台调度通讯网关机,接入调度数据专网A 柜和B 柜,将I 区监控系统信号数据传输至四川省调、攀枝花地调,并同时接收电网调度下发的信号数据；将II、III 区的能量计费、继电保护、安稳装置、PMU、工业电视、消防系统信号数据送至电网调度.
五、监控系统功能实现
计算机监控系统功能强大,主要负责电站各个设备的监视、调节、控制,信号数据的采集、存储、归档、处理、警报,并根据电网的需求,完成自动发电控制和自动电压控制.
5.1 冗余与独立
上位机服务器群,结合实际需要,对其进行冗余配置,主要包括主计算机、历史服务器、集控通讯网关机,其应用功能均一致,互为热备用,在主用服务器宕掉的情况下,切换至另一台服务器正常工作,不影响系统稳定.调度网关机、操作员站等,属于双配置独立性服务器,每台服务器都独立工作,保证系统正常运行.
5.2 运行与维护
监控系统通过操作员站和工程师站,为运维人员提供独有的使用空间和权限.运行人员通过操作员站对全厂设备进行监视、操作、控制等,可以实时从监控系统中提取想要的各类信息；维护人员借助工程师站,对整个系统进行日常的维护,以便独立于运行之外,进行必要的后台操作,不影响设备的正常运行.
5.3 记录与警报
与对时系统相结合,对所有信号按照时间顺序进行记录,并借助历史数据服务器存储在磁盘阵列内,尤其是SOE 事件,进行精准的记录和存储.同时,对于正常事件、一般事件、严重事件,分类处理,从事件颜色、警报声音等区分处理,帮助运行人员正确处理各类信号.
5.4 控制与调节
借助于计算机监控系统,运行人员在中控室可以对全厂设备进行远方操作、紧急事故处理等,极大的提高了工作效率.同时,与上级调度机构通讯,接收指令,实时进行负荷调节,实现遥信、遥调、遥测、遥控功能.
5.5 AGC 与C
通过系统软件,结合电站系统电压、频率、机组有功、机组水头及运算方法等,合理进行负荷分配、电压调节,实时满足自动发电控制与自动电压控制的要求,实现机组最优化调节的要求.
5.6 采集与处理
历史数据服务器与磁盘阵列组合,对全厂数据进行采集、存储,便于实时提取使用.系统根据实际需求,制定不同类型的生产表格、分析曲线、统计日志等,对提取的数据进行归档处理,生成所需要的信息.
六、结束语
南瑞NC2000 计算机监控系统的成功实施,顺利应用,为桐子林水电站圆满投产发电打下了坚实的基础.目前该套系统运行状态良好,性能稳定,极大的方便了运行及维护人员.
参 考 文 献
[1] 朱辰, 施冲. 基于分布式技术的NC2000 水电厂计算机监控系统软件[J]. 水电自动化与大坝观测,2002 年,26(5):10-13.
[2] 王超, 刁东海. 基于NC2000 的小湾水电站计算机监控系统[J]. 云南水力发电,2009 年,25(5):93-97.
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