组态软件在中型水电站微机综合自动化中的应用

2011-07-09段新红

浙江水利科技 2011年5期

段新红

(浙江天煌科技实业有限公司,浙江杭州 310030)

我国拥有丰富的水电资源,与大型水电站相比,中型水电站凭借工期短,见效快的特点,在各地迅速发展起来。由于缺乏相关的标准和对微机综合自动化系统的了解,一些升级改造的中型水电站盲目高配置[1],造成了资源和资金的浪费。在能源日益紧张的今天,因地制宜地确定功能,通过微机综合自动化系统配置与后台监控系统功能相结合实现功能最大化,显得尤为重要。

1 组态软件介绍

组态软件,又称监控组态软件,是在自动控制系统监控层一级的软件平台和开发环境,使用灵活的组态方式,为用户提供快速构建工业自动控制系统监控功能的、通用层次的软件工具[2]。组态软件在我国已有将近20年的应用历史[3],广泛应用于电力系统、给水系统、石油、化工等领域。

目前,应用于中小水电站自动化系统的组态软件分为专业型和通用型,专业型如:国电自动化研究院 NARI Access和 NARI Ecess、水科院自动化所 H 9000、四方HSC 2000等;通用型如:美国Wonderware公司的InTouch、GE公司的IFix,西门子公司WINCC,北京亚控组态王等[3]。专业型一般为国内电力设备厂家或研究院、所推出,在I/O设备驱动协议支持上有一定的优势,同时,依托自身的行业经验更好地把握用户的需求;通用型一般依靠工控领域广泛应用所获得的经验和知名度,占有一定的市场份额。

2 中型水电站微机综合自动化系统功能

中型水电站发电机组一般为2～4台,装机容量从5万～25万kW,发电机出口电压为6.3 kV或10.5 kV。电站升压站主变压器为1～3台,一般升压为35 kV或110 kV。电气主结线为单母线或单母线分段,出线1～4个回路,近区变1～2台[4]。微机综合自动化系统实时、准确、有效地对上述主要设备进行监控和管理,同时承载电站人员的日常工作,如巡检,记录等,减少人为因素造成的事故;统计运行数据,为现代化的水电站管理积累数据;通过站内信息交流综合参数统计和分析,发现故障征兆,实现故障预警;通过信息上传实现调度统一管理[5]。

3 水电站微机综合自动化系统网络结构及配置

根据水电站微机综合自动化的功能要求,中型水电站微机综合自动化系统采用开放型以太网分层分布式结构[6],分站控层和间隔层,结构见图1。

3.1 站控层

站控层包括操作员站、工程师站、ON-CALL工作站、通迅工作站、通信管理机、卫星时钟同步对时装置(GPS)、打印机和电源等。其中2台操作员站可互相跟踪,互为热备用;卫星时钟同步对时装置(GPS)对间隔层各现地控制设备采用硬对时,对站控层各操作站或工作站采用软对时;电源采用不间断电源(UPS)或在直流系统加配逆变电源再引入,后者就地取材,方便布线节省成本。

3.2 间隔层

间隔层包括各本地控制单元(LCU),如:发电机励磁、调速、同期、泄洪设备、公用PLC装置等、直流系统、温巡、转速信号装置及其它智能设备,一般安装在控制或测量对象旁。

3.3 通信网络

通信网络采用多层网络,站控层与间隔层之间采用100 M以太网;间隔层的微机保护单元(发电机成套保护、主变压器成套保护、线路保护和厂用变压器保护等),计量表和其它智能设备以总线形式通过通信管理机接入以太网;机组LCU、辅机/公用LCU和直流系统采用已有的控制设备+工业一体机 (触摸屏)方式接入以太网;由于距离较远,为了增强抗干扰性,泄洪闸门LCU采用光纤接入以太网。

图1 中型水电站微机综合自动化系统结构图

4 后台监控系统

4.1 后台监控系统功能

后台监控系统功能有:完成电站设备状态和参数的采集、处理和显示;实现设备运行状况的自动监视、统计与记录(包括异常事件报警和故障事件处理);提供事故发生前后的某些重要参数的追忆记录;完成电站设备的控制或调节,包括实现机组按顺序启、停,断路器、隔离开关跳闸、合闸等控制,机组有功和无功负荷的自动调节等[6];提供电站运行的各种统计报表;完成站内信息上传到调度中心等功能;提供丰富的人机联系方式,允许运行操作人员通过显示器、鼠标、键盘及打印机等方式实现对全厂设备运行的监视、控制、调节、定值修改、画面调用和数据打印[7],以及系统程序的修改和二次开发等(见图2)。

图2 后台监控系统功能图

4.2 后台监控系统功能实施

4.2.1 软件平台选择

组态软件技术已基本成熟,一般都能覆盖后台监控系统功能,专业型和通用型组态软件主要在功能实现方式上有所差异。专业型组态软件具有如下特点:

(1)实时数据库。是系统核心部分,面向一次对象建模,实现了电力系统对象的完整定义,包括调度、集控站、电厂、变电站、间隔、设备、测量、设备与测量的从属关系,电力系统一次设备的电气连接关系等,为所有对象提供了标准模板,可自动生成系统主接线图和操作票等,自动实现防误操作。

(2)I/O设备接口灵活,支持多种电力规约。可接入电力或非电力的I/O设备,如:电力装置、电力模块、管理机、仪表、可编程逻辑控制器(PLC)、板卡和变频器等;数据采集和数据转发均支持 IEC101、IEC103、IEC104、CDT、MODBUS、OPC等规约。

(3)支持定值召唤、定值修改、召唤测量值、SOE和事故追忆、信号复归和配置修改等功能。

(4)具有日常管理和设备维护功能。建立了日常操作记录、交接班记录、设备管理台账及运行的相关指标统计表等,为经济运行和实现设备状态检修积累了数据。

(5)具有定值在线管理、录波管理、挂牌操作及事故追忆等电力专业功能。

与专业型相比,针对特点 (1),由于数据库建模方式不同,通用型需编写VB脚本程序,手工绘制图形和编写操作票实现,维护升级工作比较繁琐;针对特点 (2)和特点(3),通用型采用OPC通讯协议与电力设备通信来获得数据,并搭配组态工具实现[8]。国内电力设备厂家支持OPC通讯协议的很少,OPC组件、驱动程序和组态工具都需单独购买;针对特点(4)和特点(5),通用型需单独购买组态工具实现。从综合软件的维护升级和性价比两方面比较,专业型组态软件更适合电站用户。

4.2.2 功能实现

组态软件厂家提供统一的软件平台,而用户需要的则是符合自身要求的后台监控软件。无论厂家定制还是电站用户自制,电站用户都需要准备反映本站状况的技术资料,该技术资料涵盖了操作员、技术员和管理人员的要求,具体包括设备的通信数据表、上传调度中心的通信数据清单、各项操作流程及防误闭锁条件、LCU顺控及自动倒换流程、事件记录表、运行报表、语音报警语句和人机界面等[9]。技术资料准备完毕,协商确定技术要求后,即可进入实施阶段。以北京旋思SymEnergy V2电力专用组态软件为例,介绍功能实现过程。

北京旋思SymEnergy V2电力专用组态软件运行于微软的32位WINDOWS平台上,具备专用型组态软件的特点:底层为待采集的I/O设备;中间部分为实时数据库,可通过多种方式转发数据;最上层为应用层,对用户开放,提供了画面开发、网络节点、报表开发、脚本编程以及常用的功能参数配置等组态工具(见图3)。

图3 旋思电力专用组态软件结构图

功能实现流程:首先,在工程管理器中新建工程。其次,在开发系统中,建立一系列用户数据文件:为 “间隔层”的I/O设备配置相应的智能电子设备(IED),根据设备通信数据表建立需要采集的数据点,同时映射到实时数据库中。其中,有通信管理机的,为通信管理机配置智能电子设备(IED)即可;接入通信管理机的,无须配置I/O设备。为 “站控层”的各工作站建立网络节点并配置相应的功能;建立人机界面:利用人机组态工具建立人机界面,画面建在公共窗口,所有用户均可见。一次主接线图可建于此,画面建在工作站下仅该工作站可见,其它画面类似处理。利用已有的模板建立报表、曲线、继电保护信息管理和报警方式,如模板不符合要求,可通过VBscrip脚本自行设计。按照逻辑关系将各画面及数据库连成一体,然后调试运行。SymEnergy V2组态软件支持在线组态技术,即在不退出系统运行环境的情况下可直接进入开发系统并修改组态,使修改后的组态直接生效。当上述工作完成后,打包存储。最后在运行系统时,解压缩,生成 “运行工程”安装即可,系统每次只能运行1个 “运行工程”。