徐村水电厂系统升级改造

连雪广，邓小刚，曾学文，张 健，满运涛

（1．北京中水科水电科技开发有限公司，北京 100038；2.华能大理徐村水电有限公司，云南 大理 671000）

0 概述

徐村水电站位于大理白族自治州漾濞县与巍山县交界的漾濞江上，是漾濞江中段河流规划的第三级电站。电站由中国华能集团与云南省电力投资有限公司共同投资兴建，电站总装机容量达到84MW，电站正常蓄水位为1306.00m，死水位1 296.00 m，水库库容0.7375亿m3，调节库容0.239亿 m3，死库容0.451 7亿m3，为不完全月调节水库。该电站设计水头45 m，多年平均发电量3.45亿kW·h。

徐村水电站改造前使用北京中水科水电科技开发有限公司H9000 V2.0版计算机监控系统，现使用北京中水科水电科技开发有限公司H9000 V4.0版计算机监控系统。

1 升级改造的必要性

电站监控系统采用水科院H9000V2.0自动化系统工程，在当时已属于很先进的产品，现已运行近十年，为电站的经济运行及便捷的操作维护等做出了很大的贡献。随着自动化技术的快速发展及电力生产水平的提高，加上监控设备运行时间的增长，目前监控系统的技术已不够先进，并存在以下几个问题：

（1）结构不尽合理。因为控制器PLC与上位机系统双向数据交换是通过工控机实现的，多了一个中间环节，由于工控机故障率高，加之PLC与工控机数据交换的速率为1.0 Mb/s，速率不高，最终使工控机成为监控系统的信息和安全瓶颈。

（2）软件性能和功能亟需提高。H9000系统软件原V2.0版本的性能、功能已不能适合新形势下生产设备监视控制的要求。如历史数据的查询，设备故障状态的分析等很不方便，数据难以共享。原系统故障报警和正常状态变化混为一体，不利于故障监视和查询。原系统PLC编程Modsoft只可以在DOS环境下运行，程序修改检查很不方便。

2 升级改造的设计原则

项目改造有其特殊性，在整个项目过程中既要保证项目的实施，同时又要保证原有系统的稳定、安全运行，因此，充分考虑到电厂的实际情况在本项目中我们建议改造的基本原则是：分步实施，单独调试、新老系统并用，平滑过渡。

监控系统局域网按IEEE 802.3设计，采用全开放的分布式结构，上位机网络介质采用双绞线，下位机网络介质采用光纤电缆，通信规约均为TCP/IP，网络的传输速率100 Mb/s。功能和数据库分布在系统各节点上。使本监控系统具有更高的效率、更高的可靠度及更好的可扩性。系统支持在线及离线编程，远程维护和全网络化数据信息交换。

整个系统由电站主控级计算机和现地控制单元 (LCU)组成，电站的计算机监控系统能对全厂主要机电设备进行控制，对所有机电设备的运行情况进行全面监控，完成电站生产管理、状态检修用途的数据采集、处理、历史数据库的生成、网络数据拷贝等。

3 升级改造后的计算机监控系统总体结构及软件结构与配置

3.1 总体结构

徐村水电站计算机监控系统采用全开放分层分布结构，监控功能和实时数据均分布到各个现地控制单元中，站内的各个现地控制单元通过交换机和光缆，构成一个星型网络，并与主干网交换机相连，主干网络中的工业级交换机，通过多模光口及多模光纤跳线连接，根据该原则，整个徐村水电站的监控系统架构分为二个层次：

（1）厂站层：全厂计算机监控系统网络，为100 M的工业以太网。

（2）现地层：现地设备控制层，采用现场总线或工业以太网连接。

3.2 徐村水电站监控系统结构

该电站监控系统由站控级和现地控制单元（LCU）组成，整个网络采用100 M星型网络结构。站控级实现全厂主要机电设备的控制，并对所有机电设备的运行情况进行全面监视。现地控制单元共设有4套LCU,3台机组分别设置一套LCU，公用设备及开关站共设置一套LCU；各套现地LCU均通过以太网与站控级交换机连接，各单元通过串口实现与辅机设备及其它智能设备的通信。

3.3 软件结构与配置

H9000计算机监控系统软件包括四大部分，即计算机系统软件、基本软件、应用软件以及工具软件，如图1所示。系统软件是随计算机硬件设备一同购入由系统软件生产厂商提供的软件，用以提供监控系统其它软件运行的环境，用户软件的开发手段，如用户程序的编辑、编译、联接、任务的插入、运行、退出等。基本软件是实现监控系统基本监控功能所必须的软件，如数据采集，数据处理，数据库管理，图形显示，报表生成等软件。

图1 H9000系统软件总体结构示意图

根据我们的工作经验，H9000系统提供图2所示工具软件。工具软件工作原理见图2。

图2 工作原理图

4 升级改造的内容

为了提高现地控制单元的可靠性，为了尽量缩短工期，此次改造设计为LCU设备部分升级，即在保留原有I/O模块基础上，在原有背板上增加高速以太网通讯模块，同时机组及公用/开关站LCU各增加1台现地MOXA交换机，实现现地LCU直接上网，上位机系统保持现有的设备不变，只更新软件。整个电厂监控系统构成光纤交换式星形以太网，提升网络系统的可靠性和稳定性；整个LCU采用交、直流双供电电源装置。保留原有同期装置、水机保护、交流采样、变送器等。保留原有端子柜及外围电缆，更新屏柜相关附件。现地LCU配置专门的智能通讯控制器，扩展现地LCU与外围的通讯接口；现地LCU配置一台人机交互触摸屏，实现现地监视和控制功能。具体如下：

（1）PLC部分保持原有的主备切换的基础上，增加以太网模块，采用触摸屏作为人机接口，增加电源模块和嵌入式通信控制器。主要改造内容包括：

1）盘柜内线路改造，取消工控机（网络接入功能由PLC的以太网模块实现、人机界面功能由触摸屏实现、通信功能由嵌入式通信控制器实现）；

2）PLC增加以太网模块，实现PLC直接上网的形式与上位机进行数据通信；

3）增加触摸屏，完成现地人机交互界面的软件开发；

4）增加嵌入式通信控制器，实现与现地设备（系统）之间通信的软件开发；

5）增加24 V电源模块，提高现地设备的供电可靠性；

6）对点、校对各类信号量；

7）处理温度巡检及各智能装置通讯；

8）根据现场实际情况进行每台LCU的模拟实验（包括单个设备的远动操作实验，以及机组开机流程动静态实验，停机流程动静态实验，紧急停机动静态实验）。

（2）保留上位操作员A、B工作站、通讯A、B工作站和中心网络交换机等设备均不变，根据需要，增加了一台工程师工作站用于以后数据库修改及系统的维护，将原有的H9000V2.0上位机监控系统软件全部升级改造为最新的H9000V4.0系统。主要改造内容包括：

1）针对特大型电站海量数据的高可靠与高实时性采集，H9000 V4.0系统采取的主要技术措施包括：同时采用主进程、多子进程及多线程技术；按数据类型的多重TCP/IP连接并行工作模式；PLC数据扫描周期的多重数据传送请求与处理；成功开发了多数据采集服务器的负荷平衡管理技术，有效地提高了系统数据采集的实时性；

2）H9000 V4.0系统采用最新的GTK图形标准，重新开发了OIX人机联系软件，程序代码运行效率高，人机界面非常友好，保持了H9000系统面向对象操作的特点，支持多屏、多窗口显示，全鼠标驱动，图形可无级缩放，支持矢量汉字，数据状态等信息，可采用丰富的色彩库、三维符号图形库、字符库、动态曲线、表格等方式表示，立体三维、实时动画等多媒体图形功能更加丰富多彩。

3）提供多种系统集成工具，可以在短时间内快速地完成系统集成、系统投运等工作。

4）系统通讯

◆接受站控级计算机和远程操作站的控制命令,进行有效性检查和核对，并执行。

◆实现上级调度对全厂监控系统的“四遥”功能。

◆实现了监控系统与水位系统、保护系统的通讯。

◆增加了新老系统之间的通讯，新老系统并存，最终实现了新老系统的平滑过渡。

5 结束语

H9000 V4.0系统是安全可靠、性能卓越、功能完善、使用方便、符合中国国情的新一代水电厂计算机监控系统。随着时间的推移必将在国内外得到更为广泛的应用，不仅在水电领域，而且在水利及其它工业控制方面必将有着广阔的应用前景。随着H9000 V4.0系统越来越广泛的应用，其新技术特点将充分发挥效益并为未来水电监控技术发展提供有迹可循的依据及良好的示范。