水电站机组自动化运行和监控课件

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1、认识水电厂计算机监控系统认识水电厂计算机监控系统学习情境 七计算机监控系统作用；计算机监控系统发展过程；计算机监控系统结构；计算机监控系统功能；计算机监控系统通信网络及通信协议；计算机监控系统组态软件知识；典型计算机监控系统分析；本节知识点本节知识点计算机监控系统结构；计算机监控系统功能；计算机监控系统通信网络及典型通信协议；典型计算机监控系统分析；本节重点本节重点计算机监控系统作用计算机监控系统作用水电站计算机监控的作用：就是通过对电站各种设备信息进行采集、处理，实现自动监视、控制、调节、保护，从而保证水电站设备充分利用水能安全稳定运行，并按电力系统要求进行与维护成本，改善运行条件，实现无人

2、优化运行，保证电能的质量，同时减少运行值班或少人值守。计算机监控系统发展情况计算机监控系统发展情况计算机与常规计算机与常规计算机与常规计算机与常规控制装置双重控制装置双重控制装置双重控制装置双重监控方式监控方式监控方式监控方式 以常规控制装以常规控制装以常规控制装以常规控制装置为主、计算置为主、计算置为主、计算置为主、计算机为辅机为辅机为辅机为辅以计算机为以计算机为以计算机为以计算机为基础的监控方式基础的监控方式基础的监控方式基础的监控方式 取消常规设取消常规设取消常规设取消常规设备的全计算备的全计算备的全计算备的全计算机控制方式机控制方式机控制方式机控制方式 监控方式监控方式监控方式监控方式

3、演变演变演变演变 计算机只起监视、记录打印、经济运行计算、运行指导等辅助作用，水电站的控制功能仍由常规控制装置来完成。对计算机可靠性的要求不是很高，即使计算机发生故障，水电站的仍可以正常运行，只是局部性能方面有所降低。1.1.以常规控制装置为主、计算机为辅的监控方式以常规控制装置为主、计算机为辅的监控方式两套控制系统之间可以切换，互为备用，保证系统安全可靠运行。由于需要设置两套完整的控制系统，投资比较大；由于两套系统并存，相互之间要切换，二次接线复杂，可靠性可能有所降低。2.计算机与常规控制装置双重监控方式计算机与常规控制装置双重监控方式常规控制部分可以大大简化，平时都采用计算机控制。设立有机

4、旁控制盘，当计算机监控系统出现故障时，可以就地操作。中控室仅设置计算机监控系统的值班员控制台。适合对旧电厂的自动化进行改造，是目前主要的监控形式。3.3.以计算机为基础的监控方式以计算机为基础的监控方式以计算机为基础的监控方式以计算机为基础的监控方式取消了中控室常规的集中控制设备，机旁也取消了自动操作盘。不考虑在机组控制单元发生故障时进行机旁的自动操作。对计算机系统的可靠性提出更高的要求，冗余度也要进一步提高。这种方式投资比较大，比较适合新建电厂的自动化控制，是未来的水电站计算机控制方式的主流。4.取消常规设备的计算机监控方式取消常规设备的计算机监控方式计算机监控系统结构计算机监控系统结构集中

5、式计算机监控系统特点：特点：一般是将数据全部采集到主计算机进行处理。然后根据计算机计算结果，把相关的控制结果传给各个测控点进行控制和调节。简单,较易于实现,改造或系统升级比较方便，投资比较低；可靠性不高。一旦主计算机机出现故障，整个控制系统将面临瘫痪的危险。为了克服对一台集控机过分依赖的缺点，可以增设第二台集控机作为了克服对一台集控机过分依赖的缺点，可以增设第二台集控机作为备用，以提高整个系统的可靠性。为备用，以提高整个系统的可靠性。备用方式一般有备用方式一般有三种：三种：1 1、冷备用方式：、冷备用方式：、冷备用方式：、冷备用方式：平时主计算机运行，备用计算机不参与生产过程的平时主计算机运行

6、，备用计算机不参与生产过程的控制。控制。2 2、温备用方式：、温备用方式：、温备用方式：、温备用方式：主、备用计算机都运行，备用计算机一般只承担监备用计算机一般只承担监视任务，当主计算机出现故障时，人为切换到备用计算机。视任务，当主计算机出现故障时，人为切换到备用计算机。3 3、热备用方式：、热备用方式：、热备用方式：、热备用方式：两台计算机是并列运行的，执行同样的程序两台计算机是并列运行的，执行同样的程序，双，双机可以同时进行操作，互不影响。一台计算机故障不影响另外一台计算机可以同时进行操作，互不影响。一台计算机故障不影响另外一台计算机的运行，提高了系统的可靠性。机的运行，提高了系统的可靠性

7、。分布式计算机监控系统地域上控制设备比较分散，分散于主厂房、中控室、开关站、闸门控制室等处。各个设备通过通信相连，从而减少了二次电缆的铺设。凡是不涉及全系统性质的监控功能可安排在较低层实现，提高了响应性能，减轻了控制中心的负担，减少信息传输量。系统的局部故障一般不会引起全系统的故障，从而提高系统的可靠性。可以灵活地适应被控制生产过程的变更和扩大，可实施分阶段投资，提高了系统的灵活性和经济性。软件比较复杂，相互必须协调好，否则会使得系统无法正常工作。开放式计算机监控系统1.体系结构模块化2.模块接口标准化3.功能处理分布化4.应用软件的可移植性5.不同系统之间的相互操作性计算机监控系统功能计算机

8、监控系统功能电站主控层的主要功能电站主控层的主要功能 数数据据采采集集与与处处理理 设设备备操操作作监监视视 运运行行安安全全监监视视 人人机机接接口口功功能能 事事故故记记录录、追追忆忆功功能能 统统计计计计算算功功能能 打打印印报报表表功功能能 自自诊诊断断诊诊断断功功能能A AG GC C/A AV VC C 数据处理功能l对采集的数据是否有效进行鉴别，去掉无效数据；l对有效采集的数据进行必要的变换；l对采集的模拟量进行越限检查，越限时产生报警报告并自动记录；l对报警的数字量产生报警报告并记录，包括事件顺序记录；l根据监控或管理要求对采集的数据进行各种计算，包括累加和统计计算，趋势或梯度

9、分析；l将有关数据生成数据库，如实时数据库和历史数据库。实时数据库是将从各个设备采集并传来的各种物理量经过处理后，进行存放和管理的数据库，以供不同的画面用于实时显示、事件处理、历史操作等。历史数据库主要包括历史数据和趋势记录等，可用保存、显示、查询历史数据，能够根据历史数据生成趋势数据。数据采集与处理l通过计算机网络通信自动采集各现地控制单元的电站设备运行数据；l通过与外部系统通信接收电网调度命令、电站或其他枢纽系统送来的数据。运行安全监视全厂数据监视-如电压、电流、温度、压力等。越复限监视事故顺序判别趋势分析故障、事故状态显示人机接口功能l实时显示电站内各系统的运行状态、设备的动态操作过程、

10、事故和故障报警、有关参数和运行监视图、操作接线图等画面，以及趋势曲线、各一览表等；l通过CRT、鼠标或键盘等输入设备，向计算机系统发出电站设备的监控命令；对计算机系统进行各种操作；l事故、故障的音响或语音报警；l各种记录、报表、操作票等的打印；l提供编辑、软件开发和操作员培训的接口。事故记录、追忆功能l能够记录系统发生事故的原因、时间、动作值等信息；l能够根据设定的要求，在发生事故时记录和事故发生有关的相关量；l能够在事故发生后，查询事故发生的原因、时间、动作值及相关量，方便用户分析或查找发生事故的具体原因；统计计算功能l能够计算和统计每年、每月、每日的发电量；l能够进行经济运行计算，如每度电

11、耗水量的计算等；l能够统计开停机次数，每个设备发生故障的次数等信息；打印报表功能l能够根据用户要求生成各种表格；l能够进行定时或召唤打印各种表格；自诊断功能l能够对系统的运行是否正常运行进行监视，当出现故障或异常时，能够根据检测的结果，给予用户足够的信息；l能够在出现问题时，自动进行必要的处理，如双击切换、自动切除故障部分，以免影响整个系统的安全运行；AGC、AVC功能l能够实现无功的自动分配和电压稳定运行；通信技术通信技术无论是集中式计算机监控系统，还是分布式计算机监控系统，通信是系统中非常关键的部分，通信系统设计的好坏，对系统的可靠性、实时性、稳定性有着不可估量的影响。利用通信，计算机监控

12、系统可以和各种控制设备（如LCU、温度仪、励磁、保护）等交换数据。同时，计算机监控系统还可以和计算机管理系统MIS、调度进行数据交换。通信介质通信介质计算机监控系统当采用有线通信时，其通信介质一般有：屏蔽电缆：采用屏蔽电缆进行通信时，距离不能太长，同时要防止雷击，屏蔽层必须可靠接地。电缆线要留有一定的余量。双绞线：用于以太网通信，通信距离不能超过100米。要做好防雷工作。光纤：利用光信号进行传输数据，具有传输距离远、抗干扰能力强，不怕雷击的特点。是计算机监控系统通信介质的首先。通信协议通信协议为保证通信的进行，双方必须按一定的标准进行通信，否则双方无法接收和发数据。通信的标准从两个方面进行理解

13、：硬件方面，也就是规定了硬件接线的个数、信号电平的表示及通信接头的形状等，一般称为通信接口标准；软件方面，也就是双方如何理解收或发数据的含义，以何种格式收发数据等，一般把它称为通信协议；通信接口标准通信接口标准RS-232C接口RS-232C是广泛应用的一种接口标准，计算机串行通信口就是此接口标准；信号采用负逻辑，3V15V表示逻辑状态“1”，3V15V表示逻辑状态“0”；最大的通信速率为20K/s，最大的通信距离为15m；采用9针（孔）或25针（孔）D型连接器；通信时可只用三根线:Rx（接收）线、Tx（发送）线、GND（地）线。通信接口标准通信接口标准RS422A接口采用的是平衡驱动、差分接

14、受电路，从而取消了地线信号。收发数据的硬件接线各有两根。RS422A接收的数据是通过两个数据传输线之间的电压差值来判断是0还是1。收发数据的两根线要区分极性，分别标记为A()和B（）。为提高抗干扰的能力，在首尾端并联一个120左右的电阻。最大通信速率为10Mbit/S，此时通信的距离为12m。当速度为100Kbit/S时，通信的距离可以达到1200m。通信接口标准通信接口标准RS485接口RS-485时RS-422A的变形，通信速率和接线要求和RS-422A类似，RS-485为半双工通信。使用RS-485通信接口和连接线路可以组成串行通信网络，实现分布式控制系统。当RS485通信网络中，为了区

15、别每个设备，每个设备都有一个编号，成为地址。地址必须是唯一，否则会引起通信混乱。通信接口标准通信接口标准工业以太网接口传输速度可以是10M、100M或1000M；通常采用RJ45或光纤接口，可以应用在不同距离的数据传输场合；是目前计算机监控系统主网络的首要选择；通信接口标准通信接口标准现场总线定义：是连接智能现场设备和自动化系统的数字式、双向传输、多分支结构的全数字式通信网络。特点：1.用于自动设备之间或与现场仪表互连的现场通信网络，把通信线一致延伸到生产现场或生产设备；2.互操作性：指不同厂家、不同的的现场设备，可以做到“即插即用”；3.开放式互连网络：现场总线为开放式互连网络，通过网络对现

16、场设备和功能块统一组态，把不同厂家的设备融为一个整体。常见现场总线：ProfiBus总线；CAN总线等。通信协议通信协议通讯协议的作用：让收发数据的双方理解收到数据的格式、含义、实际值的计算方法等。在实际使用时，尽量使用开放的通讯协议，如Modbus、TCP/IP、UDP、CDT、IEC103等。通信协议通信协议常用的通讯协议：Modbus协议：采用主从方式，一般可以连接31台设备。通讯协议简单，当有多个设备时，不适合实时数据传输。最好采用1对1的方式，提高通讯速度。分为ASCII和RTU传输模式：ASCII模式：以ASCII形式传输数据，方便用户显示通讯的数据。RTU模式：采用二进制数的形式

17、传输数据，效率教ASCII模式高。可以很方便的在串口、以太网上实现。采用CRC检验，提高了通讯的可靠性。通信协议通信协议ModbusRTU传输通讯格式：发送数据格式一字节从站地址，必须唯一读或写数据的地址（前）和长度（后）各占两个字节，高位在前低位在后位CRC检测，高位在前，低位在后通信协议通信协议ModbusRTU传输通讯格式：收数据格式（正常）一字节从站地址，必须唯一响应的功能码读出的数据，每个数据占位，按顺序排列，数据高位在前低位在后位CRC检测，高位在前，低位在后通信协议通信协议常用的通讯协议：收数据格式（正常）一字节从站地址，必须唯一响应的功能码读出的数据，每个数据占位，按顺序排列，

18、数据高位在前低位在后位CRC检测，高位在前，低位在后通信协议通信协议常用的通讯协议：收数据格式（非正常）一字节从站地址，必须唯一响应的功能码（或）错误代码：无法识别命令：数据地址错误：个数出错：写入数据不对等位CRC检测，高位在前，低位在后通信协议通信协议常用的通讯协议：TCP/IP、UDP协议：用于以太网通讯，（InternetProtocol网际协议）为网际通讯协议，使得数据可以在不同的局域网中进行通讯。TCP（TransmissionControlProtocol）传输控制协议：传输数据时建立虚电路。TCP数据包中包括序号和确认，所以未按照顺序收到的包可以被排序，而损坏的包可以被重传。从

19、而实现可靠的数据传输，由于要建立虚电路，所以传输的时间、协议比UDP复杂。一般用于控制命令等关键数据的传输。UDP（UserDatagramProtocol）用户数据包协议：不用建立连接电路，不管数据包的顺序、错误或重发。一般用于实时采集的数据传输。通信协议通信协议常用的通讯协议：CDT协议：IEC03协议：计算机监控系统计算机安装要求计算机监控系统计算机安装要求安装防护软件，专人负责计算机的维护，保证计算机系统的安全;3 3应配置数据记录设备，便于历史数据与资料的记录、保存;2 2应选用耐高温、防尘、防震的工业应用型产品；1 1应配置在线式不间断电源UPS或逆变电源;4 4系统应该可靠接地，

20、防止雷击等事件的发生；5 5计算机监控系统软件要求计算机监控系统软件要求应采用模块化结构，界面友好应采用模块化结构，界面友好;3 3应用软件应具有自诊断功能应用软件应具有自诊断功能;2 2操作系统应为实时多任务、主流的软件操作系统应为实时多任务、主流的软件;1 1应用软件应该使用方便，更改容易应用软件应该使用方便，更改容易;4 4屏幕显示的颜色应该是按国家相应规程的颜色标示；屏幕显示的颜色应该是按国家相应规程的颜色标示；5 5软件应该有严格的权限管理功能；软件应该有严格的权限管理功能；6 6计算机监控系统组态软件选择计算机监控系统组态软件选择组态软件可以选择专为水电厂计算机监控系统订制的组态软

21、件通用组态软件国电自动化研究院国电自动化研究院NARIACCessNARIACCess国电自动化研究院国电自动化研究院NARIECessNARIECess水科院自动化所水科院自动化所H9000H9000四方四方HSC2000HSC2000GEGEiFixiFixWonderwareWonderware公司公司InTouchInTouch北京亚控北京亚控组态王组态王昆仑组态昆仑组态MCGSMCGS西门子公司西门子公司WinCCWinCC计算机监控系统组态软件特点计算机监控系统组态软件特点专业软件特点：专为水电厂设计，针对性强，用户开发、使用方便；组态系统具有多年运行的经验，运行可靠稳定；和厂家相

22、关设备的连接方便，无需用户开发设备驱动程序；和厂家硬件系统关联性强，扩展非常见设备叫困难。计算机监控系统组态软件特点计算机监控系统组态软件特点专业软件公司开发，软件性能好，可靠性高；系统组态比较困难，对开发的用户要求高，要求其必须灵活掌握组态软件的使用；有些组态软件对设备支持不是很好，要求用户必须单独购买或开发设备驱动程序；系统容易升级；通用组态软件特点组态软件结构组态软件结构实时数据库（变量表）画面画面趋势分析模块趋势分析模块数据库数据库历史数据管理历史数据管理模块模块事件管理模块事件管理模块（操作等）（操作等）报警管理模块报警管理模块脚本语言模块脚本语言模块设备驱动程序设备驱动程序实时报表

23、模块实时报表模块历史数据报表历史数据报表模块模块用户权限管理用户权限管理模块模块设备实时数据库管理模块实时数据库：为系统关键部分，实时数据库的数据取自设备，当用户进行操作，要改变设备数据时，同样先把数据写入实时数据库，然后再送入设备。*要取得设备的数据，必须要有设备的驱动程序，才能完成数据的交换。数据库：用于保存数据、事件、报警、用户操作等信息。数据库管理软件有Foxpro、Acess、MSSQLServer、Orcal、Sybase等。一般采用ODBC接口，连接数据库和组态软件，从而减少组态软件对数据库的依赖。典型计算机监控系统实例分析典型计算机监控系统实例分析学习情境 七仿真系统计算机监控

24、系统结构仿真系统计算机监控系统结构主要监控画面主要监控画面系统结构图系统结构图4 4台机组温度监视图台机组温度监视图全厂监控图全厂监控图4 4台机组关键数据台机组关键数据监视图监视图4 4台机组顺控及监视图台机组顺控及监视图全厂油压监控图全厂油压监控图线路监测、操作画面线路监测、操作画面闸门监控图闸门监控图 4 4台调速器监控图台调速器监控图4 4台励磁监控图台励磁监控图技术供水监控图技术供水监控图设备状态监控图设备状态监控图开关站监控图开关站监控图电量实时曲线图电量实时曲线图历史数据查询图历史数据查询图历史报警查询图历史报警查询图电度数据电度数据报表打印等报表打印等典型画面典型画面典型画面典

25、型画面典型画面典型画面典型画面典型画面典型画面典型画面水电站培训中心计算机监控及系统结构图水电站培训中心计算机监控及系统结构图主要监控画面主要监控画面系统结构图系统结构图机组温度监视图机组温度监视图全厂监控图全厂监控图机组关键数据机组关键数据监视图监视图电量、温度等数据列表电量、温度等数据列表发电过程图发电过程图水泵房监控图水泵房监控图 调速器监控图调速器监控图励磁监控图励磁监控图设备状态监控图设备状态监控图电量实时曲线图电量实时曲线图历史数据查询图历史数据查询图历史报警查询图历史报警查询图报表打印等报表打印等数据仿真界面数据仿真界面典型画面典型画面典型画面典型画面典型画面典型画面典型画面典型画面p查阅相关资料，写一篇关于黄龙潭电厂计算机监控系统硬件、通信、软件配置的报告。p分析黄龙潭电厂计算机监控系统的特点。p分析黄龙潭电厂计算机监控系统如何和MIS、水情系统交换数据。任务一任务一谢谢 谢！谢！