水电厂微机监控综述

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1、1. 水电厂计算机监控系统的传输介质有哪几种，分别有什么特点？答：双绞线、同轴电缆、光缆。双绞线具有成本低，比较可靠，传 输高频信号时损耗较大的特点；轴电缆具有传输频带更高，传输损 耗更小，机械强度更大，抗外界干扰更强等特点；光缆具有传输频 带宽、通信容量大，传输损耗小，中继距离长，体积小、重量轻，良 好的抗干扰性，但安装和修复的难度较大，价格较高。1、监控系统信号分类：模拟量、开关量2、实现计算机监控可取得的效益：答： 1）提高安全运行水平。安全运行是水电厂最重要的任务。为保 证其能够安全运行，必须对水电厂的运行状况进行实时监视。 2）减 少运行值班人员。水电厂采用计算机监控以后，监测和操作

2、大都由计 算机系统进行，运行值班人员只是在旁进行监视以及进行少量的键盘 和鼠标操作，工作量大大减少，劳动强度大大降低。 3）实现经济运 行。水电厂实现自动发电控制以后，可以使水电厂经常处在优化工况 下运行，以达到多发电、少耗水的目的。3、水电厂计算机监控系统的主要性能指标：1 可靠性。 2实时性。3 可维护性。 4 系统安全性。 5 可扩充性。 6 可变性。 7 简单性 和经济性。 8 使用寿命4、为提高系统的可靠性/可用性，可采取的措施：1 增加冗余度。2 改善环境条件。 3抗电气干扰。 4 减少元件数量。 5 设置自诊 断，及时找出故障点。 6 在设计时要特别注意增加系统结构的 可靠性。5

3、、 通信的传递方式？什么是串行?什么是并行？（1）、并行通信：传输中有多个数据位，同时在两个设备之间进行， 一般情况下按字节传送。串行通信的特点：1）传输速度快，一位时间内可传输一个字符。2） 通信成本高，每位传输要求一个单独的通道支持。3）不支持长距离 传输，由于信道之间的电容感应，远距离传输时可靠性较低（2）、串行通信：把一个数据单元字符，由低位至高位顺序地一位一 位传动。串行通信的特点：1）传输速度较低，一次一位。2）通信成本也较低， 只需一个通道。3）支持长距离传输，目前计算机网络中所用的传输 方式均为串行传输。串行通信的方向性结构有3 种：单工、半双工、全双工。单工通信方式:收和发是

4、固定的，信号传输方向不变，两侧仅有一种 功能的设备。半双工方式：双方都有接收和发送能力，但接收与发送不能同时进行 而是交替 进行，通常用双线实现。全双工方式：同一对线上同时进行收发两种工作（3）、通信规约（4）、差错控制技术7、常规水电站功耗：开机、停机、调相8、监控系统四种类型：集中式（冷备用、热备用、温备用）、功能分 散式、分层分布式、开放式9、现地控制单元以高性能PLC为基础构成的现地控制单元组成由：控制器、智能I/O 模块、冗余现场总线、模拟量采集装置。10、监控系统的工作原理？1）实时数据采集。对来自测量变送装置的被控量的瞬时值进行 检测和输入2）实时控制决策。对采集到的被控制量进行

5、分析和处理，并按 已定的控制规律，决定将要采取的控制行为。3）实时控制输出。根据控制决策，适时地对执行机构发出控制 信号，完成控制任务。上述过程不断重复，使整个系统按照一定的品质指标进行工作， 并对被控制量和设备本身的异常现象及时作出处理。10、在线方式：在计算机监控系统中，生产过程和计算机直接连接， 并受计算机控制的方式。 离线方式：生产过程不和计算机相连，且不受计算机控制，而是靠人 进行联系并作相应操作的方式。 实时：是在信号的输入、计算和输出都要在一定的时间范围内完成。11、自动电压控制：调无功自动发电控制：调有功12、水电厂层次由高到低： 1 电厂控制层。水电厂监控系统的最高层。 用于

6、整个水电厂的运行管理、协调控制各台机组的发电与工况转换、 建立数据库，并向上（电网监控层）传递数据。2 机组控制层。这一 层用来实现机组的直接控制操作与信息采集操作，包括机组的开停机、工况转换、有功与无功调节、机组运行状态监测以及与厂级间的 通信。3 功能控制层。是处于机组控制层和现场设备驱动层间的一些 自治性自动控制子系统，如机组的调速系统、励磁系统、同期装置等， 这类系统或装置可以独立工作，不依赖于监控系统来完成一些特定功 能。4 现场设备驱动层。控制设备是现场的各种控制控制模件或基本 控制器，控制对象是现场的机械、电气设备，如各种泵类、阀门、开13、电厂控制级的功能：1 数据采集。2 数

7、据处理。3控制和调节。 它包括由计算机系统自动启动的控制和调节，以及由运行人员通过计 算机系统进行的集中控制和调节。举例如下（1）机组的开/停操作、 各种运行工况的转换、有功功率和无功功率的调节。（2）断路器、隔 离开关及电厂公用设备的控制。（3）电厂自动发电控制（AGC）、自 动电压控制（AVC）。4人机接口。5通信功能。6编辑、软件开发、 培训和系统管理。 7 系统自诊断和故障处理。 8 时钟同步。 9 专家系 统功能 14、功能分布式的电厂控制级功能节点的具体配置：1 工程师工作站。 担负电厂控制级功能中的培训、开发功能。 2 厂级工作站。担负电厂 运行管理及某些监控功能，如报表的生成、

8、历史数据的记录、趋势分 析、统计或累计分析、 AGC 和 AVC 中的电厂控制级功能、专家系统 功能、外部通信功能。 3 操作员工作站。担负控制台功能，是电厂操 作的平台。是全厂集中监视和控制的中心，是操作员与计算机的接口。4 通信工作站。担负电厂对外通信的任务，在大范围内可用于与网调、 省调、梯调的联系，在小范围内可实现与水情测报系统、闸门控制系 统等的信息交换。5 远程监控站。担负电厂外对电厂的监控任务，如 厂长、总工监视站、在家值班监控站等，根据监控站的功能要求和装 设地点的远近，可作为电厂控制级网络上的节点或从通信服务器引 出。15、电厂控制级的硬件的选择：1中央处理器CPU。是计算机

9、的核心 部件，由它执行各种运算和指令，并统一指挥和控制计算机各个部件 进行操作，控制程序的执行并完成对数据的处理。 CPU 由运算器、控 制器、寄存器、总线和时钟等组成。 CPU 的性能参数主要考虑 CPU 位数、时钟频率、中断级和高速缓冲存储能力。 CPU 位数是以 CPU 的数据总线的根数来描述的，它决定了中央处理器和计算机的其他部 件每次交换数据的位数。 CPU 时钟频率是指 CPU 的时钟发生器中的 晶体振荡频率，它是计算机的时序脉冲的最高频率，在一定程度上反 映了计算机的速度。中断是指当发生与计算机工作有关的需立即处理 的事件时，立即将计算机 CPU 当前正执行的程序暂停或挂起，转向

10、 另一服务程序去处理这一事件，并在处理完毕后再返回源程序。高速 缓冲存储器是设在 CPU 与主存储器之间的存储速度高但容量较小的 高速存储器，用以解决高速运算的 CPU 与读写速度较慢的主存储器 之间的不匹配的矛盾，以提高计算机的速度。 2 主存储器。主存储器 是用来存放当前正在执行的程序以及被程序所使用的数据，主存的技 术参数主要是存储容量和读写时间。 3 辅助存储器。用来存放当前不 需要立即使用的信息，这些信息在需要时再与主存储器成批地交换， 故它是主存的后备和补充。4 显示器。5 输入设备。6 输入/输出接口。 16、计算机的操作系统：按功能可分为单用户操作系统、批处理系 统、实时操作系

11、统、分时操作系统、网络操作系统、分布式操作系统。 操作系统对处理器的管理主要是中断处理和处理器调度。操作系统对 处理器的调度，主要是负责动态地把处理器分配给进程。调度策略可 采用优先数法、轮转法和分级调度。17、带一般 I/O 或智能 I/O 的工控机或微处理器的结构：1 主控制 器。一般由CPU （含存储器）、通信模板、I/O模板等组成。2子控制 器。 3 现场总线。18、常见的抗干扰系数：干扰信号、干扰源19、现场总线的定义：连接智能现场设备和自动化系统的数字式、 双向传输、多分支结构的网络通信，是应用在生产过程控制现场，通 过共有通信介质，在微机化测量控制设备之间实现双向串行多节点数 字

12、通信和数据总线。20、现场总线控制系统的特点：1 系统的开放性。开放是指对相关标 准的一致性、公开性，强调对标准的共识与尊从，而所谓开放系统， 是指它可以与任何遵守相同标准的其他设备或系统相连。 2 互可操作 性与互用性。互可操作性是指实现互联设备间、系统间的信息传送与 沟通，可实现点对点、一点对多点的数字通信。 3 现场设备的智能化 与功能自治性。 4系统结构的高度分散性。由于现场设备本身已可完 成自动控制的基本功能，使得现场总线已构成一种新的全分布式控制 系统的体系结构。从根本上改变了原有分散控制系统中集中与分散相 结合的集散控制系统体系，简化了系统结构。5 系统具有对现场环境 的适应性。

13、21、现场总线控制系统的优点：1 节省硬件数量与投资。2 节省安装 费用。3 节省维护开销。4 用户具有高度的系统集成主动权。5 提高 了系统的准确性与可靠性。22、(1)基金会现场总线：两种通信速率。H1为用于过程控制的低 速总线，传输速率为31.25kb/s。通信距离可达1900m,可支持总线 供电，支持本质安全防爆环境。 H1 可支持本安设备 26 台、非本安 设备232台。H2为用于制造自动化的高速总线，传输速率可分为 1Mb/s和2.5Mb/s两种。其通信距离分别为750m和500m。FF的 传输介质可支持屏蔽双绞线、同轴电缆、光纤和无线电，每段最多可 带 124 个节点，其物理媒介

14、的传输信号采用曼彻斯特编码。(2) ProfiBus总线：ProfiBusDP (H2)型用于分散外设间的高速 数据传输，每秒可以传输12Mbit，适合于制造业自动化领域的应用。 ProfiBusFMS采用了应用层，其传输速率为9.6kb/s12Mb/s，最 大传输距离在12Mb/s时为100m，1.5Mb/s时为400m，用中继器 可延长至10km，传输介质可以是双绞线和光纤，最多可挂接127个 节点。 ProfiBus 总线采用了 OSI 模型的物理层、数据链路层。 ProfiBus 总线是传输速率最快的总线。(3) CAN 总线：其信号传输采用短帧结构，传输时间短，抗干扰能 力强，通信速

15、率可达1Mb/s/40m，最大传输距离可达10km/5kb/s， 节点数可达110，其传输介质为双绞线。模型结构只采用了两层：物 理层、数据链路层。 23、现场总线是连接智能现场设备和自动化系统的数字式、双向传输、 多分支结构的通信网络。24、水电厂计算机监控系统的演变：1 以常规控制装置为主、计算机 为辅的监控方式。先采用能实现数据采集和监视记录等功能的计算机 系统。2 计算机与常规控制装置双重监控方式。3以计算机为基础的 监控方式。4 取消常规设备的全计算机控制方式。25、水电厂计算机监控系统的功能：1 数据采集和处理。（1）模拟量。 模拟量是指电气模拟量、非电气模拟量和温度量等实测量，电

16、气模拟 量系指电压、电流及功率。非电气模拟量主要指转速、位移、压力、 流量、水位、油位以及振动、摆度。（2）开关量。经变换后可转换为 0、1 型的数字信号。电厂的事故信号、断路器分合及重要继电保护 的动作信号等作为中断型开关输入。（3）脉冲量和数码量。其输入为 无源接点或有源电脉冲。（4）相关量、计算量、人工设定值。相关量 可以是开关量输入信号的非信号。计算量如各种累加值，全厂总功率， 每班、每日累计发电量。2 设备的操作监视和控制。3 自动发电控制。其任务是在满足各项限制条件的前提下，以迅速、 经济的方式控制整个水电厂的有功功率来满足电力系统的需要。4 自动电压控制。是在满足水电厂和机组各种

17、安全约束条件下，比较 高压母线实测值和设定值，根据不同运行工况对全厂的机组作出实时 决策（改变励磁），或改变联络变压器分接头有载调节位置，以维持 高压母线电压稳定在设定值附近，并合理分配厂内各机组的无功功 率，尽量减少水电厂的功率消耗。26、水电厂信息源：1 发电机、电动机的信息有定子绕组及铁芯温度、 推力轴承和导轴承温度、轴承油温、空气冷却器进/出口的水和空气 温度、轴承油位、轴承油混水、轴振动、推力轴承高压油系统、机组 消防系统、机组制动系统、冷却系统及继电保护系统等。2 水轮机和 水泵/水轮机的信息有导轴承温度、导轴承油温、导轴承油位、轴密 封水流、轴冷却水流、轴空气围带气压、轴振动、轴

18、承油混水、导叶 剪断销、导叶/喷嘴位置、锁定位置、桨叶位置、蜗壳水压、尾水管 压力、尾水管水位、水轮机润滑系统。3 调速器的信息有机组转速开 关、过速保护、机组蠕动、机组转速测量、开度限制位置、导叶开度、 开/停电磁阀位置、功率设定反馈、压油管油压、压油管油位、调速 器运行方式、调速器设备监视。4 引水系统设备的信息有进水口闸门 位置、进水阀位置、压力管道压力、平压阀门位置、尾水门位置、上 下游位置、上下游水位、引水管流量、引水系统控制设备控制信息。 5 厂用交 / 直流电源设备的信息有高压厂用变压器电气测量和监视、 高压厂用断路器位置、高压厂用母线测量和监视、高压厂用电源设备 自投监视、低压

19、厂用电源背自投监视、低压厂用电源各自投监视、厂 用直流系统监视。传感器和变送器定义：都是将被测物理量转换成电气参量来实现对该 物理量的监测。也许可以认为转换输出要求不同是两者主要区别。传 感器的输出信号小，不考虑输出信号的传达和接口；变送器的输出电路设计则要考虑输出信号的传送和接口要求。27、功能控制层完成哪些控制？ 调速系统、励磁系统、同期装置（并网）、继电保护、水力机械保护、 事故录波28、模拟量的输入通道有哪些组成？ 模拟量输入通道一般由传感器、信号处理、多路转换器、放大器、采 样保持器、A/D转换器、接口及控制逻辑等组成。29、典型的开关量输入通道的组成：1 信号变换器。将过程的非电量

20、 开关量转换为电压或电流的双值逻辑值。 2 整形电路。将混有毛刺之 类干扰的输入双值逻辑信号或其信号前后沿不符合要求的输入信号 整形为接近理想状态的方波或矩形波，而后再根据系统要求变换为相 应形状的脉冲信号。 3 电平变换电路。将输入的双值逻辑电平转换为 与 CPU 兼容的逻辑电平。 4 总线缓冲器。暂存数字量信息。并实现与CPU数据总线的连接。5接口电路。协调通道的同步工作，并向CPU 传递状态信息并控制开关量到CPU的输入。29、UPS 是不间断电源，保持运行的可靠性。慟30、传感器的作用是吧生产现场的非电量转换为电量A/D 转换器：把模拟量转换为数字量，以便计算机读取、计算、分析 和处理

21、。多路转换器实质上就是多路模拟开关 采样保持器：保持 A/D 采样期间输入信号不变的电路称为采样保持 电路放大器：将采样得来的模拟信号放大至 A/D 转换器所要求的输入电 平。31、监测振动和摆度的传感器类型有振动传感器、速度传感器、加速 度传感器、电涡流传感器。32、“值班”是指对水电厂运行的监视、操作调整等有关的运行值班工 作。主要包括运行参数及状态的监视，机组的开、停、调相、抽水等 工况转换操作，机组有功功率、无功功率的调整及必要的电气接线操 作切换等工作。”值守”则指一般的日常维护、巡视检查、检修管理、 现场紧急事故处理及上级调度临时交办的其他有关工作。33、巨型机组特大型电站计算机监

22、控系统须进一步考虑更多问题：1 由于巨型机组特大型电站在电力系统中的重要性进一步提高，其控制 系统可靠性的措施更需加强，以避免由于控制设备的可靠性影响发电 可靠性及电网安全。2 巨型机组的强电磁场对控制系统电子设备的电 磁干扰。3 发电机、水轮机等重要设备的监测点急剧增加，如何提高 监控系统的海量数据实时采集与处理能力。4 由于机组及电站的重要 性，控制系统的性能指标要求应进一步提高，如数据采集周期、事故 处理响应时间、控制响应时间等。5 海量报警信息的智能化处理与辅 助运行技术水平应进一步提高。34、分散型控制系统：采用分散控制、集中操作、分级管理、分而自 治和综合协调的设计原则，把系统从上

23、到下分为分散过程控制级、集 中操作监控级、综合信息管理级，形成分级分布式控制。35、水电厂计算机监控系统的划分：1 集中式监控系统。双机备用方 式：（1）冷备用：指正在运行的主计算机发生故障后，另一台具有相 同功能的但未加电的备用计算机通过上电并启动操作系统及应用程 序顶替已发生故障的主计算机运行。（2）温备用：指正在运行的主计 算机发生故障后，另一台具有相同功能且已加电的备用计算机通过启 动应用程序顶替已发生故障的主计算机运行。（3）热备用：指两台计 算机以主备用方式运行，当主计算机发生故障后，备用计算机在不中 断任务的方式下自动顶替已发生故障的主计算机运行。2 功能分散式 监控系统。3 分

24、层分布式监控系统。4 开放式系统。36、并行通信：并行通信传输中有多个数据位，同时在两个设备之 间进行，一般情况下按字节（Byte）传送，并行方式主要用于近距离 通信。串行通信：串行通信是把一个数据单元字符，由低位至高位顺 序地一位一位（bit）传送，各计算机的发送端（TXD）与接收计算机 的接收端（RXD）相连接，特点是传输速度较低，一次一位。通信成 本也较低，只需一个通道。支持长距离传输，目前计算机网络中所用 的传输方式均为串行传输。37、串行通信的方向性结构有 3 种：单工、半双工和全双工。对于 能同时进行发送和接收的接口，称为双工。而可以发送和接收、但不 能同时进行，则称为半双工。只能

25、发送或只能接收的称为单工。 38、电能质量指标：频率和电压。计算机网络分类：总线型、环型、星型、树型和点到点互连型。 计算机网络传输介质：双绞线、同轴电缆和光纤。TCP/IP 协议是当前最主要的网络通信协议标准。39、干扰来源：1 电源问题引起的干扰。水电厂计算机监控系统的工 作电源一般来自水电站的厂用电源，厂用电源又来自于电网或水轮发 电机组机端。2 输入/输出接口通道干扰。水电站计算机监控系统与 电站设备的接口数量众多，相应的接口通道数量也很多，众多的接口 通道就成为干扰进入计算机监控系统的途径。3电磁场干扰。4 计算 机监控系统内部。当印刷电路板上的集成电路器件、电源线、信号线 布置的很

26、密集时，则这些元器件和线路之间的电磁感应干扰就不能被 忽略。40、干扰信号的主要传播途径：1 公共阻抗耦合。控制系统中的电源 线、公共地线或汇流总线都具有一定量值的电阻、电容或电感，对于 多回路而言，它们的作用相当于公共阻抗。公共阻抗上通过的电流较 大时，它产生的干扰信号不可忽视。2 电磁耦合。电磁感应现象在电 子线路中是普遍存在的，计算机控制系统也不例外。从直导线至多匝 电抗元件，其相互间的电磁感应大多属于分布电感的影响。分布参数 引入的信号是干扰信号。3 静电耦合。控制系统的元器件间、线间、 匝间和绕组的层间屏蔽，以及插件板、金属框架与大地之间，都存在 着分布电容。经过分布电容耦合，干扰电

27、场形成的干扰信号窜入耦合 回路。在屏蔽不佳或屏蔽接地不良时，尤为严重。4 电磁波辐射。运 行中的控制系统，除了因环境影响可能接收到外部辐射源的干扰信号 源外，由于天线效应，各种引线或未屏蔽的元器件，还会受到系统自 身的辐射干扰。5 漏电流耦合。系统中紧密相邻的线路之间、元器件 之间、部件的输入与输出之间，以及印刷电路板的表面上，由于材料 或工艺方面的原因，都可能产生漏电流。漏电流将两个无关的回路联 系起来，形成干扰信号通路。6 电源引入。无论是电网中经常发生的 瞬变过程，还是自然界中雷电等对电网的冲击，都有各种干扰信号经 电源馈线引入控制系统。41、电网干扰的抑制：1 使用低通滤波器。2 使用

28、隔离变压器。3 使 用浪涌电压吸收器。4 使用交流稳压器。5 使用不间断电源。6 使用 正弦波恒压变压器。7 设计计算机控制系统综合抗干扰电源。42、在计算机监控系统中，一般有以下几种地线：模拟地、数字地、 安全地、系统地、交流地。43、数字地作为计算机中各种数字电路的零电位，应该与模拟地分开， 避免模拟信号受数字脉冲的干扰。44、通道馈线的接地技术：1 电路一点地基准。一个实际的模拟量输 入通道，总可以简化成由信号源、输入馈线和输入放大器3 部分组成。 将信号源与输入放大器分别接地的方式是不正确的，因为它不仅会导 致磁场耦合的影响，而且还会因为 A 和 B 两点地电位不等而引起环 流噪声干扰

29、。忽略导线电阻，误认为 A 和 B 两点都是地球地电位应 该相等，是造成这种接地错误的根本原因。2 电缆屏蔽层的接地。当 信号电路是一点接地时，低频电缆的屏蔽层也应一点接地。如欲将屏 蔽层一点接地，则应选择较好的接地点。当一个电路有一个不接地的 信号源与一个接地放大器相连时，输入线的屏蔽应接至放大器的公共 端；当接地信号与不接地放大器相连时，即使信号源接地的不是大地， 输入线的屏蔽层也应接到信号源的公共端。45、电气量采集有两种方式：一种方式是通过加电量变送器将有关电 气量信号转换成420mA或土5V或05V或010V信号输入给 I/O 板的模拟量输入通道；另一种方式是采用微机电量采集装置，此

30、 装置通过数字接口直接连在I/O智能模块的内部总线接口上。由于第 二种方式省掉了比较容易出故障的变送器这个中间环节，因此，这种 方式越来越多地被水电厂计算机监控系统制造厂家采用。温度采集也有两种方式：一种方式是通过加温度变送器将温度信号转 换成420mA或05V或010V信号输入给I/O板的模拟量输入 通道；另一种方式是采用微机温度采集装置（RTD的信号线可直接连 在装置的输入接口上），此装置通过数字接口直接连在 I/O 智能模块 的内部总线接口上。由于温度变送器很容易产生漂移，甚至可能由于 误测而造成停机，而且采用第二种方式还可以省掉大量的温度变送器 和价格相对来说比较昂贵的模拟输入板（因为要监测的机组温度量信 号一般比较多），因此这种方式也就越来越多的被广泛的采用。第二种方式一般采用的是恒流源原理，当温度发生变化时，恒流源两侧的电压也随之变化，电压值经过工程转换即变成温度测量值。