浅析向家坝水电站通风空调控制系统

杜 钊，李初辉

（向家坝水力发电厂，四川 宜宾 644612）

1 引言

向家坝右岸地下厂房具有开挖跨度长、开挖高度大、机组及其辅助设备运行工况复杂等特点，这些都使得厂房通风空调系统的安全可靠稳定运行具有重要意义。向家坝电站通风空调控制系统采用SIEMENS及ROCKWELL的自动化控制技术，主控级采用SIEMENS Wincc软件平台，现地控制级采用ROCKWELL的Compactlogix可编程序控制器。整个通风空调系统在保障可靠稳定的厂房通风基础上，有效降低成本，为整个向家坝电站的运行提供重要保障。

2 电站通风设备结构概况

电站通风包括左岸坝后厂房、右岸地下厂房及其副厂房的空调送风、排风、空调循环冷冻等。其中，右岸地下厂房通风又分为：主机洞、母线洞和水轮机洞空调送风和机械排风、主变洞全排风、中控楼多联空调系统。

(1)主机洞空调送风系统是为主厂房发电机层输送冷风，新风从进厂交通洞引进，空调机房设在主厂房右端298.92 m高程，空调机房内设2台水冷冷水机组、3台冷冻水循环泵及4台组合式空气处理机。

(2)母线洞送、排风主要为通过主厂房上游夹墙上的百叶风口，经夹墙风道，从发电机层引冷风至母线洞，通过安装在母线层上游夹墙的4台轴流风机再往母线层送风，排风至母线道。

(3)水轮机洞送、排风利用主厂房上游夹墙上的百叶风口，从发电机层通过夹墙风道引冷风，通过安装在水轮机层上游夹墙的10台轴流风机往水轮机层送风，利用下游夹墙回风到母线层，回风机为8台轴流风机，安装在水轮机层下游侧。

(4)主变洞全排风系统利用负压从主变搬运道取风，通过设置在286.74 m高程的通风道排风，通风道与主变洞右端主变专用排风竖井相通，竖井末端通开关站主变洞风机室，内设2台变频离心风机往外排风。

3 通风空调控制系统结构

向家坝水电站通风空调控制系统采用分层分布式结构，由主控层、现地控制层和就地控制层组成，具体的结构可参见图1。

该系统主控层与各现地通风空调控制单元之间通过高性能网络交换机实现信息共享，同时，通过主控层工作站将数据上送至电站监控系统，并接受监控系统的操作命令，实现系统的集中管控。

3.1 主控层

主控层设备为2台通风空调工作站，采用SIEMENS的Wincc平台，作为整个系统的控制中心，通过工业以太网络与现地控制级设备通信，对所有通风空调设备进行监视和远程操作，同时主控工作站接入电站监控系统，实现系统中控室的集中监视和操作。

3.1.1 数据采集与处理

主控级采集数据类型主要包括开关量输入点、模拟量输入点、开关量输出点、模拟量输出点、数字量计算点、模拟量计算点。主要的采集数据包括：

（1）各现地通风空调控制单元的实时数据；

（2）电站监控系统发出的操作命令；

图1 向家坝水电站通风空调控制系统结构示意图

（3）由手动设置信息；

（4）外接其他系统的数据信息。

在实时性要求前提下，对采集的数据进行可用性检查,对接收的数据进行报警处理检查,生成和存储各类报警记录并发出声光报警；定期生成各类运行报表，包括设备动作次数和运行时间的统计。

3.1.2 系统自诊断

主控层控制器具有完备的硬件及软件自诊断功能，包括在线周期性诊断、请求诊断和离线诊断。诊断内容包括：

（1）计算机内存自检；

（2）硬件及其接口自检：包括外围设备、通信接口、各种功能模件等，当诊断出故障时，应自动发出信号；

（3）自恢复功能；

（4）掉电保护。

3.1.3 报警

主控层提供完善的报警功能，能在系统出现故障、事故时，及时提供相关报警提示，主要功能包括：

（1）当出现故障和事故时，立即发出报警和显示信息，弹出画面，报警将故障和事故区别开来；

（2）报警显示信息在当前画面上显示报警语句（包括报警发生时间、对象名称、性质等），显示颜色随报警信息类别而改变。若当前画面具有该报警对象，则该对象标志（或参数）闪光和改变颜色。闪光信号在运行人员确认后方可解除；

（3）对于任何确认的误报警，运行人员可以退出该报警点。

3.2 现地控制层

现地控制层包括10套现地通风空调控制单元，控制器采用ROCKWELL Compactlogix，触摸屏为Rockwell 2711PC-T10，实现对就地控制设备的数据采集处理，以及对主控级的命令解析下发，对现地操作及远方控制权限进行选择切换，以满足不同级别对象对就地设备的控制操作。

3.2.1 数据采集

现地控制单元自动采集各就地控制设备的关键数据，包括水流量及温度、机组负载百分率数据，接收来自主控级的命令信息和数据。监视风机、空调的运行、故障信息。

3.2.2 数据处理

作为数据主要来源，现地通风空调控制单元必须对数据进行有效处理。

模拟量数据处理，包括模拟量的软件滤波、数据合理性检查、工程单位变换、模拟数据变化（死区检查）及越限检查等，并根据规定产生报警和记录。

开关量数据处理及记录，包括防抖滤波状态输入变化检查，并根据规定产生报警和记录。

3.2.3 控制和监视

根据通风空调系统要求，自动控制所辖设备的投退，实现对通风空调系统设备的远程监控。通过现地/远程切换开关，实现远程与现地的控制和监视切换。

3.3 就地控制层

就地控制层由109个通风空调末端设备现场控制柜/箱等辅助设备组成。

现地控制柜/箱实现对风机、冷冻水泵等设备的直接控制操作，是通风设备的底层控制单元。根据控制对象，就地控制柜/箱分为：多台单控性控制箱、成组控制型控制箱、单台单控控制箱、软启动器控制柜和变频器控制柜。

箱内布置断路器、接触器、热继电器、各类继电器、指示灯、手动按钮、手/自动转换开关等风机运行所需的控制及报警设备，软启动器控制柜和变频器控制柜分别配备有软启动器及变频器，风机设备运行状态及报警信号送入相应机组段设置的现地通风空调控制单元内，由现地通风空调控制单元远程控制相应的设备运行。

4 系统特点

向家坝水电站通风空调系统采用了分层分布式结构，具有以下一些特点。

4.1 安全可靠性

(1)在分层分布网络结构中，主控层系统本身不参加程序的逻辑控制，它相当于现地控制单元控制器的一个远方监视操作终端系统。任何被控设备发出的信号，都要经过现地控制单元处理后，才发送到主控层工作站，供运行监视。同样，操作员工作站上发出的命令，也是不经任何处理地送达现地控制层处理器，分析判断后，才将命令发往受控设备。同时，针对相对独立性较强的通风设备，采用分层控制，合理分配设备的监控功能，大大减轻了主控层设备的负荷。

(2)通风空调系统所有设备的逻辑控制程序都安装于各现地控制层的CPU上，这些程序负责处理各控制设备发出的信号和主控层发出的命令，各种命令经过CPU程序分析处理，条件满足时才发往受控设备。现地控制层采集的各种数据，经不同I/O模件分别上送，这样可保证单模件故障情况下，不影响其它信号上送

(3)现地控制层配备有具备监视操作功能的Rockwell 2711PC-T10触摸屏，可在主控层工作站故障情况下，保证在现地用触摸屏开出方式对设备进行控制。

(4)采用集中监视与控制，有效增强系统的安全性，通过操作权限和级别的管理，保证操作的准确性、合理性，防止误操作。同时，整个系统采用分层分布式结构，简化网络，保证各设备安全可靠控制基础上有效节约成本。

4.2 易调试和简维护

由于采用开放式的以太网络结构，特别是在主控层和现地控制层上使用了网络交换机，方便了整个通风空调系统的调试和维护。

(1)易于调试。每个现地控制层的CPU上都配备有丰富多样的通讯接口，在调试时，可将装有主控层系统和现地控制软件的便携机、笔记本电脑带到现地控制柜旁，与交换机连接，启动主控层监控画面和下位机在线测试软件，就完成整个调试过程，大大简化了调试工作量。

(2)易于维护。在整个通风空调系统网络的任何交换机上都可用维护笔记本电脑连接到任何一个或远程I/O终端上，进行在线测试，分析、诊断每个远程I/O终端的运行情况。而不必跑到控制设备所在地，这给的维护带来了很大方便。同时，在各级控制中都对每个被控设备的重要信号进行显示（指示灯或画面），可实现在各级别控制层对被控设备的监控。

5 结语

通风空调系统对于向家坝水电站机组正常运行具有重要的辅助作用，特别对于右岸地下电站，整个通风空调系统的结构布局及设备联控的优化设计具有重要意义。在充分掌握电站建筑物结构前提下，设计并实施的通风空调系统方案网络结构层次明晰、扩展容易、配置合理、容错性高、安全可靠。该系统既能够满足电站通风空调的控制和监视要求，又便于集中管理和设备检修，结合目前向家坝电站接机发电阶段各系统设备的投运情况，该系统必将在向家坝水电站正常运行发挥巨大的作用。

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