Cimplicity HMI组态软件在中小型水电站监控系统中的应用

2011-04-03马海涛

浙江水利科技 2011年3期

马海涛

(浙江北溪水电开发有限公司,浙江温州 325100)

1 问题的提出

为了提高中、小型水电站的运行和管理水平,发挥工程的最大效益,适应现在化水利的要求,计算机技术在水电站自动控制中的应用越来越广泛。对于大型的水电厂而言,在计算机监控系统选型上往往以系统稳定性和可靠性为主要标准,另因数据库系统复杂庞大而不得不采用运行于UNIX操作环境下的工具软件开发监控系统。对于中、小型水电站而言,由于运行管理人员的局限,首先考虑开发的系统有良好的人机界面和简单的操作和维护程序。对投资方而言,系统集成和调试安装的费用也是考虑的因素。Cimplicity以其强大的工具管理程序及交互式可视化环境开发出运行于WINDOWS操作系统的监控软件正好满足用户的需求。

2 系统结构

以浙江永嘉北溪二级水电站为例,采用该软件二次开发的小型水电站监控系统进行介绍及分析。针对电站的规模,计算机监控系统采用全开放式分布系统,电站按控制层次分成2层:电站主控制级和现地单元控制级。电站主控制级由台湾研华工控机、UPS、网络通讯设备、GPS时钟同步装置等组成;现地控制单元级由GE的PLC、一体化工控机、多功能电量参数表、微机型准同期装置及其他自动化元件 (如温度巡检仪)等组成。2层之间采用10/100 M自适应以太网进行通讯,现地PLC与智能设备 (如多功能电量参数表、温度巡检仪、励磁装置、调速器)之间采用串行通讯,通讯协议采用开放的标准协议——MODBUS RTU协议。电站主控制级与现地单元控制级之间的通讯介质采用多芯光缆联结。电站的通讯工作站可通过光纤过电话线经光端机或调制解调器实现与县调、地调的通讯。系统结构配置见图1。

图1 监控系统结构配置图

3 Cimplicity组态软件简介

GE Cimplicity组态软件的开发系统提供多种工具及管理程序,满足各种应用系统的开发需求。C,C++,JAVA等高级语言编译系统及交互式可视化环境提供了较强的编程能力和各式各样的工具,开发用户接口可设计直观、灵巧、风格一致的应用程序。Cimplicity HMI的所有组态内容都包含在Workbentch的工作界面中,新建的工程通常包含Screens信息,即监控系统所设计的各种画面及动态组态;Points信息,即从PLC中读取的或者虚拟的各种变量;Alarm信息,即各种报警信息的组态;Database logger信息,即组态将工程中的点登录到数据库文件中;Event editor信息,即编辑当工程运行时,由点值变化、报警触发产生的事件。当然,在Workbentch中也可以设置该工程的用户权限信息、各种通讯端口、协议信息等。

4 系统功能

由Cimplicity HMI二次开发的水电站监控系统可以实时、准确、有效地完成对本站被监控对象的安全监控。其主要功能:①数据采集和处理:数据采集和控制操作的主要功能由LCU完成。LCU通过此功能对电厂的主辅设备的运行状态、运行参数及测量值进行实时采集、工程量化,存入实时数据库,作为系统实时监视、告警、控制、制表、计算和处理的依据;②安全运行监视及事件报警:完成监视对象的状态监视、越限检查、过程监视及现地控制单元异常监视。在脱离电站控制层的情况下,确保安全运行。同时系统会对参数越限报警进行趋势记录,事故顺序记录,故障及状态显示记录,进行事故追忆及趋势分析并伴随语音报警;③控制操作:控制方式分为远方和现地控制,控制权限可以切换同时实现控制闭锁。监控系统根据预定的原则及运行人员实时输入的命令进行机组开、停机,运行工况转换,断路器、隔离开关的分合,公用设备的投退等;④发电控制(AGC)及自动电压控制(AVC):水电厂自动发电控制是指按预定条件和要求,以迅速、经济的方式自动控制水电厂有功功率来满足系统需要的技术。考虑电厂及机组的运行限制条件,在保证电厂安全运行的前提下,以经济运行为原则,确定电厂机组运行台数、运行机组的组合和机组间的负荷分配。自动电压控制是指按预定条件和要求自动控制水电厂母线电压或全厂无功功率。在保证机组安全运行的条件下,为系统提供可充分利用的无功功率,减少电厂的功率损耗;⑤统计记录及生产管理:系统在实时采集全厂各设备的运行参数和工况的基础上进一步完成统计制表等一系列运行管理的工作,使运行人员不必再进行人工抄表,也可以使统计等一系列技术管理工作自动进行;⑥人机接口:利用交互式人机对话方式实现各种监视和控制功能,采用面向对象方法进行查询、操作使用起来非常简单、方便、灵活。采用多窗口方式提供操作人员与监控系统的接口,图形显示、控制窗口、时钟、报警、控制任务窗口等。画面调用满足灵活可靠、响应速度快的原则可分为:人工召唤方式选中相应对象调出,自动方式为事件发生时自动弹出。人机接口具有权限管理功能,不同职责的运行管理人员有不同等级的操作权限,不同的权限有不同的使用范围,以保证系统的安全性;⑦自诊断和冗余切换:监控系统具备在线自诊断功能,能诊断出系统中的故障,并能定位故障部位。诊断到故障时,主备用计算机能自动切换;⑧软件开发与维护:电厂维护人员可以通过口令实现在工程师工作站上的操作,包括软件开发与维护、画面的增删与修改、定值更改、数据库变更、报表生成、顺控流程修改等工作;⑨培训仿真:系统提供培训仿真功能,电厂运行维护人员可在工作站上通过交互式培训,学习掌握对监控系统的操作和对电厂运行和事故处理方面的知识。培训系统包括学习系统、正常操作训练、事故处理训练、监控系统开发训练、顺控流程的离线调试等。

5 Cimplicity和SQL Server 2000的配置与连接

作为一个完备的上位机系统,数据历史曲线,报警历史查询之类的历史记录功能是必不可少的。Cimplicity HMI的历史记录建立在SQL Server基础上具有通用性强,接口开放等特点,很容易进行二次开发。Cimplicity自带数据库,不需要时,安装时可不选择OPTIONS目录下的Dataserver选项。如何实现Cimplicity HMI database与数据库的连接,首先在确保SQL Server 2000数据服务器在运行状态,进入Cimplicity HMI双击Database图标,进行数据库的设置,其中有报警记录表、数据历史记录表、动作事件记录表、报警事件记录表等,以报警记录设置为例,选中Alarm-log单击右键选属性选项进入数据库设置窗口,选中Connection选项并去掉默认项。进入ODBC database source的浏览,打开ODBC数据源管理器,选择要连接的数据源。

6 运行实践及系统界面

北溪二级电站在设计上坚持 “无人值班,少人值守”的原则,故整个系统的操作和控制监视均由3 km外的北溪一级电站监控完成。就是北溪二级计算机监控系统与北溪一级计算机监控系统通过架设的通信光缆进行网络互联,采用以太网接口进行级联,通信协议采用以太网标准协议TCP/IP。通常的运行方式是北溪二级电站只设有门卫。电站内开停机控制、倒闸操作及水库泄水闸门都由一级站远程控制执行,并用工业电视视频监视系统观察设备异动和巡检。当电站内设备故障或存在缺陷时由一级站运行维护人员到现场检查处理,以保障安全。该系统运行时交互界面见图2～5。