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一、項目介紹
廣西羅城寶壇水電站工程位於廣西壯族自治區羅城仫佬族自治縣境內的寶壇河上。寶壇電站為一、二、三級同時開發，寶壇電站三級站位於寶壇鄉府附近，距羅城縣城58km；一二級站廠房距三級站約23km，公路可直通廠址。一級站裝機2×630kW臥軸混流式水輪發電機組，二級站裝機2×3200kW臥軸混流式水輪發電機組，一二級站共用一個廠房及35kV升壓站，以35kV一級電壓接入係統，35kV出線2回，其中1回備用。
二、係統配置
現xian地di控kong製zhi單dan元yuan為wei電dian站zhan監jian控kong係xi統tong全quan分fen布bu式shi結jie構gou中zhong的de智zhi能neng控kong製zhi設she備bei，由you它ta實shi現xian監jian控kong係xi統tong與yu電dian站zhan設she備bei的de接jie口kou，完wan成cheng監jian控kong係xi統tong對dui電dian站zhan設she備bei的de監jian控kong。它ta可ke以yi作zuo為wei所suo屬shu設she備bei的de獨du立li監jian控kong裝zhuang置zhi運yun行xing，當dang現xian地di控kong製zhi單dan元yuan與yu主zhu控kong級ji失shi去qu聯lian係xi時shi，由you它ta獨du立li完wan成cheng對dui所suo屬shu設she備bei的de監jian控kong，包bao括kuo在zai現xian地di由you操cao作zuo人ren員yuan實shi行xing的de監jian控kong及ji由you現xian地di控kong製zhi單dan元yuan對dui設she備bei的de自zi動dong監jian控kong。
2.1 機組現地控製單元
機組現地控製單元每台機組配置JNLCS-200一套，分別編號為1#LCU、2#LCU、3#LCU、4#LCU。屏上配有觸摸屏、PLC模塊、jiaoliuliangzhinengbiansongqi，meitaojizuxiandikongzhidanyuancaiyongwendubiansongqijizhinengwenduxunjianzhuangzhiliangzhongfangshicaijijizugecewendiandewendu。wenduxunjianzhuangzhijingtongxinjiekouyubendanyuanjinxingtongxin。xiangguandebeiyong、調相、發電、故障和事故等狀態指示，以及開停機、緊停、過速保護等功能按鈕及連片。
機組現地控製單元的PLC采用西門子S7-200 CN可編程控製器（PLC）模塊。該係列PLC 適用於各行各業，各種場合中的檢測、監測及控製的自動化。S7-200 CN係列的強大功能使其無論在獨立運行中，或相連成網絡皆能實現複雜控製功能。因此S7-200 CN 係列具有極高的性能/價格比。
根據係統要求，PLC配置如下：
① 中央處理模塊（CPU）：選用CPU226（24點DI/16點DO）。
② 數字量輸入模塊（DI）：選用EM221，共2塊（16點DI/塊）。
③ 數字量輸入輸出模塊（DI/DO）：選用EM223，1塊（16點DI/16點DO）。
④ 溫度量輸入模塊（RTD）：選用EM231，共2塊（8點/塊）
⑤ PROFIBUS-DP接口模塊：EM277，1塊。
⑥ PROFIBUS-DP網絡連接器1個。
觸摸屏配置
觸摸屏采用西門子K-TP178micro觸摸屏。該屏是西門子專門針對中國中小型自動化產品用戶需求而設計的全新觸摸屏。通過點對點連接（PPI或者MPI）完成和S7-200CN控製器的連接，整個係統渾然一體，具有良好的穩定性和抗幹擾性。通信速率可達187.5kbaud。它的操作界麵非常友好，不但可以通過觸摸屏來執行操作，更可以通過麵板上的6個按鍵來執行操作。此外該屏采用了32位ARM7的CPU處理芯片，同時擁有超大的內存空間使操作響應更加快速。
2.2公用及開關站現地控製單元
公用及開關站現地控製單元配置JNLCS-200一套，編號為5#LCU，配置西門子PLC模塊、溫度采集模塊、CM-320B多對象微機準同期裝置、交流量智能變送器、西門子K-TP178micro觸摸屏、開出繼電器、交流采樣裝置等相關器件。主要對全廠公用的油、氣、水輔助係統，廠用交流電源係統，直流電源係統及開關站等監控對象的數據采集及實時控製。
根據係統要求，PLC配置如下：
① 中央處理模塊（CPU）：選用CPU226（24點DI/16點DO）。
② 數字量輸入模塊（DI）：選用EM221，共2塊（16點DI/塊）。
③ 數字量輸入輸出模塊（DI/DO）：選用EM223，1塊（16點DI/16點DO）。
④ 溫度量輸入模塊（RTD）：選用EM231，共2塊（8點/塊）
⑤ 模擬量輸入模塊（AI）：選用EM231，1塊（4點AI）。
⑥ PROFIBUS-DP接口模塊：EM277，1塊。
⑦ PROFIBUS-DP網絡連接器1個。
2.3現地控製單元係統實現的功能：
2.3.1數據采集與處理
收集電廠內機組現地控製單元（LCU）采集的模擬量、數字量（包括狀態量、順序事件數字量、脈衝量、報警數字量）。
對采集來的數據進行分析、處理、計算，形成主站各種監控及管理功能所需的數據。
對一些數據作為曆史數據予以記錄、整理和保存。
2.3.2安全運行監視
安全運行監視包括全廠運行實時監視及參數在線修改、狀變監視、越限檢查、過程監視、趨勢分析和監控係統異常監視。
2.3.3控製與調節
機組現地控製單元能自動完成開、停機操作和有功、無wu功gong功gong率lv的de調tiao節jie，而er不bu需xu依yi賴lai於yu電dian站zhan控kong製zhi中zhong心xin。在zai接jie受shou電dian站zhan控kong製zhi中zhong心xin命ming令ling後hou，工gong況kuang轉zhuan換huan及ji調tiao節jie能neng自zi動dong完wan成cheng，也ye能neng分fen步bu自zi動dong完wan成cheng。機ji組zu現xian地di控kong製zhi單dan元yuan也ye能neng執zhi行xing現xian地di人ren機ji接jie口kou發fa出chu的de現xian場chang命ming令ling。
機旁設控製權切換開關（上行信息不受切換開關位置影響）。開關置於“中控室”時，則機組僅受控於電站控製中心，置於“現地”時則僅可由運行人員通過現地控製單元對機組進行控製。
機組控製單元順序控製
機組同步並網
機組輔助設備的自動控製、監視
① 事件檢測和發送
自動檢測本單元所屬的設備、繼電保護和自動裝置的動作情況，當發生狀變時，將事件的性質依次檢測、歸類存檔，並上送電站控製中心。
2.3.4數據通信
完成與電站控製中心的數據交換，實時上送電站控製中心所需的過程信息，接收電站控製中心的控製和調節命令。
機組現地控製單元接收電站控製中心所用的同步時鍾信息以保持同電站控製中心同步。
與電能計量裝置及其他承包商提供的微機勵磁調節器、微機調速器、微機繼保裝置、微機測速裝置、溫度巡檢裝置等之間通信，進行信息交換，提供接口軟件。
2.3.5係統診斷
機組現地控製單元硬件故障診斷：可在線或離線自檢設備的故障，故障診斷能定位到模塊。
軟件故障診斷：應用軟件運行時，若遇故障能自動給出故障性質及部位，並提供相應的軟件診斷工具。
在線運行時，當診斷出故障，能自動閉鎖控製出口或切換到備用係統，並將故障信息上送電站控製中心以便顯示、打印和報警。
係統配備上位機一台，該機還兼做語音報警服務器。
2.4上位機配置
① 服務器 (DELL P4 2.8G處理器、512MB內存、80GB的硬盤)。
② 彩色顯示器 (DELL 21寸彩色顯示器)。
③ 語音報警設備 (多媒體聲卡、音箱)。
④ CP5611網卡
⑤ SIMATIC NET 6.0。
⑥ WINCC 5.1。
上位機監控係統采用西門子WinCC人機接口軟件，該軟件可以很好的支持S7係列CPU，且具有強大的畫麵組態、報警設置、數據存檔、報表設計等功能。此外還集成了多種網絡連接方式，使其與自動化係統連接起來更加方便。
2.5上位機監控係統實現的功能：
2.5.1數據采集與處理；
主控級自動采集和處理各現地控製單元的各類實時數據和處理電站設備的運行參數，采集的數據及處理量主要有以下幾種：① 電氣量：主控級收集由現地控製單元采集的各電氣量：② 模擬量溫度：機組上導、下導、水導、推力軸承的瓦溫、油溫、冷卻水溫、轉子線圈、定子線圈和鐵芯的溫度及變壓器油溫等。③ 數字量：各現地控製單元將采集到的數字量上送主控級進行處理或現地處理④ 脈衝量：各現地控製單元對采集到的脈衝量進行累計，換算成相應的電度量後，上送主控級進行全廠日、月、年發電量累加處理。⑤ 數據壓縮精簡：對實時數據和曆史數據按要求進行篩選整理，去掉無用的數據後，將“壓縮”了的數據存入數據庫。
2.5.2安全運行監視；
安全運行監視包括全廠運行實時監視及參數在線修改、狀變監視、越限檢查、過程監視、趨勢分析和監控係統異常監視。
① 全廠運行實時監視及參數在線修改：運yun行xing值zhi班ban人ren員yuan通tong過guo顯xian示shi器qi對dui全quan廠chang各ge主zhu設she備bei及ji輔fu助zhu設she備bei的de運yun行xing狀zhuang態tai進jin行xing實shi時shi監jian視shi控kong製zhi及ji在zai線xian修xiu改gai參can數shu。對dui職zhi責ze不bu同tong的de各ge級ji運yun行xing人ren員yuan，其qi操cao作zuo權quan限xian的de內nei容rong也ye各ge不bu相xiang同tong。對dui監jian控kong係xi統tong監jian控kong的de所suo有you設she備bei，具ju有you一yi定ding操cao作zuo權quan限xian的de運yun行xing值zhi班ban人ren員yuan能neng在zai線xian修xiu改gai運yun行xing參can數shu。
② 狀變監視：狀(zhuang)變(bian)分(fen)成(cheng)兩(liang)類(lei)。一(yi)類(lei)為(wei)自(zi)動(dong)狀(zhuang)變(bian)即(ji)自(zi)動(dong)控(kong)製(zhi)或(huo)保(bao)護(hu)裝(zhuang)置(zhi)動(dong)作(zuo)所(suo)導(dao)致(zhi)的(de)狀(zhuang)變(bian)，如(ru)斷(duan)路(lu)器(qi)事(shi)故(gu)跳(tiao)閘(zha)，機(ji)組(zu)的(de)自(zi)動(dong)起(qi)動(dong)等(deng)，另(ling)一(yi)類(lei)為(wei)受(shou)控(kong)狀(zhuang)變(bian)，即(ji)由(you)來(lai)自(zi)人(ren)工(gong)控(kong)製(zhi)的(de)命(ming)令(ling)所(suo)引(yin)起(qi)的(de)狀(zhuang)變(bian)。發(fa)生(sheng)這(zhe)兩(liang)種(zhong)狀(zhuang)變(bian)時(shi)，均(jun)可(ke)在(zai)顯(xian)示(shi)器(qi)上(shang)顯(xian)示(shi)。狀(zhuang)變(bian)量(liang)以(yi)數(shu)字(zi)量(liang)形(xing)式(shi)采(cai)入(ru)。
③ 越限檢查：檢查設備異常狀態並發出報警，異常狀態信號在顯示器上顯示並記錄。
④ 過程監視：監視機組各種運行工況（發電、調相、停機）的轉換過程所經曆的各主要操作步驟，並在顯示器上顯示；當發生過程阻滯時，在顯示器上給出阻滯原因，並由機組現地控製單元將機組轉換到安全狀態或停機。
⑤ 趨勢分析：分析機組運行參數的變化，及時發現故障征兆，提高機組運行的安全性。
⑥ 間歇運行的輔助設備的運行監視和分析：監視機組及電站各間歇運行的輔助設備（如壓油泵、技術供水泵、空壓機等）起動次數、運yun行xing時shi間jian和he間jian歇xie時shi間jian。在zai機ji組zu及ji電dian站zhan不bu同tong運yun行xing方fang式shi下xia，其qi起qi動dong及ji運yun行xing間jian隔ge有you一yi定ding的de規gui律lv，通tong過guo分fen析xi這zhe些xie規gui律lv的de變bian化hua情qing況kuang，監jian視shi間jian歇xie運yun行xing設she備bei及ji其qi對dui應ying的de主zhu設she備bei是shi否fou異yi常chang。
⑦ 監控係統異常監視：監控係統的硬件或軟件發生事故則立即發出報警信號，並在顯示器及打印機上顯示記錄，指示故障部位。
2.5.3實時控製和調整；
2.5.4監視、記錄、報告；
在中控室裝有彩色顯示器，用於顯示電站的運行情況。全廠所有監控對象的操作、報警事件及實時參數報表等可記錄下來，並能以中文格式在顯示器上顯示，在打印機上打印。打印記錄分為定時打印記錄、事故故障打印記錄、操作打印記錄及召喚打印記錄等工作方式。
2.5.5事件順序記錄；
在電站發生事故時，由各現地控製單元采集繼電保護、自動裝置及電站主設備的狀態量，並上送電站控製中心，完成事件順序排列，顯示、打印和存檔。每個事件的記錄和打印包括點名稱、狀變描述和時標，記錄的分辨率不大於5ms。
2.5.6事故追憶和相關量記錄；
記錄在事故發生前5s和後20s時間裏重要實時參數的變化情況。追憶量包括35kV線路的有功及無功功率，三相電流，35kV線路電壓及頻率、機組線電壓、三相電流和有功、無功功率等。采樣周期為1s。追憶量除了打印外還可以用曲線在顯示器上顯示。
相關量記錄：自動記錄與事故、故障有關的參數。當機組某一參數越限時，監控係統同時顯示打印其相關參數的對應數值。
2.5.7正常操作指導和事故處理操作指導；① 正常操作：操(cao)作(zuo)順(shun)序(xu)提(ti)示(shi)，能(neng)根(gen)據(ju)當(dang)前(qian)的(de)運(yun)行(xing)狀(zhuang)態(tai)判(pan)斷(duan)設(she)備(bei)是(shi)否(fou)允(yun)許(xu)操(cao)作(zuo)並(bing)給(gei)出(chu)相(xiang)應(ying)的(de)標(biao)誌(zhi)，如(ru)操(cao)作(zuo)是(shi)不(bu)允(yun)許(xu)的(de)，則(ze)提(ti)示(shi)其(qi)閉(bi)鎖(suo)原(yuan)因(yin)並(bing)盡(jin)可(ke)能(neng)提(ti)出(chu)相(xiang)應(ying)的(de)處(chu)理(li)辦(ban)法(fa)；操作票編輯、顯示、打印；運行報表顯示、打印等。② 事故處理：在出現故障征兆或發生事故時，由監控係統提出事故處理和恢複運行的指導性意見。
2.5.8數據通訊；① 與地調、水情測報等係統的通信。② 與各現地控製單元通信，向各現地控製單元發送指令，並接收各現地控製單元上送的各種信息。
2.5.9屏幕顯示；
畫hua麵mian顯xian示shi是shi計ji算suan機ji監jian控kong係xi統tong的de主zhu要yao功gong能neng之zhi一yi，畫hua麵mian調tiao用yong將jiang允yun許xu以yi自zi動dong或huo召zhao喚huan方fang式shi實shi現xian。自zi動dong方fang式shi是shi指zhi當dang有you事shi故gu發fa生sheng時shi或huo進jin行xing某mou些xie操cao作zuo時shi有you關guan畫hua麵mian能neng夠gou自zi動dong推tui出chu，召zhao喚huan方fang式shi則ze指zhi操cao作zuo某mou些xie功gong能neng鍵jian或huo以yi菜cai單dan方fang式shi調tiao用yong所suo需xu畫hua麵mian。畫hua麵mian種zhong類lei包bao括kuo各ge種zhong係xi統tong圖tu、棒形圖、曲線、表格、提示語句等。畫麵清晰穩定、構圖合理、刷新速度快且操作簡單。
2.5.10電站設備運行維護管理；
積累電站運行數據，為提高電站運行、維護水平提供依據。
2.5.11係統診斷；
電站控製中心係統設備如工作站、通訊網絡、主站外設等設備的故障自診斷，故障時發出信號，並將結果記錄和打印。
2.5.12軟件開發；
離線進行係統軟件的開發與編輯，包括畫麵、報表、數據庫等的編輯，從而實現對係統的管理、維護與升級。
2.5.13仿真培訓；
上位機係統可具備培訓仿真功能，使用戶技術人員能夠全麵掌握係統功能及原理。
三、關鍵技術的使用
3.1 PROFIBUS現場總線技術
隨著製造業自動化和過程自動化中分散化結構的迅速增長，現場總線的應用日益廣泛，現場總線實現了數字和模擬輸入/輸出模塊、智能信號裝置和過程調節裝置與可編程邏輯控製（PLC）和PC之間的數據傳輸，把I/O通道分散到實際需要的現場設備附近，從而使整個係統的工程費用、裝配費用、硬件成本、設備調試和維修成本減少到最少。PROFIBUS現場總線滿足了生產過程現場數據可存取性的重要要求，一方麵它覆蓋了傳感器/執行器領域的通信需求，另一方麵又具有單元級領域的所有網絡通信功能。
在寶壇一、二級站計算機監控係統中各控製單元之間通過PROFIBUS現場總線連接。裝有CP5611網卡的上位機作主站，各控製單元以PROFIBUS-DP從站的方式接入上位機
編程時，首先要配置CP5611網卡。像配置S7-300站一樣將其組態為PROFIBUS主站（DP-MASTER），將其下載到硬件中。WinCC側的組態，在WinCC程序中添加PROFIBUS-DP協議，並設置其係統參數。在DP連接協議下添加新的連接及變量即可。
3.2 數據庫軟件Sybase
數據庫軟件采用了Sybase公司的Sybase服務器軟件，利用Sybase數據庫強大的數據引擎，確保各個電站子控製係統的曆史數據和操作、報警記錄的迅速而準確的記錄，同時保證各個電站子控製係統對曆史數據的報表統計、查詢等功能的實現。並為將來和MIS係統的連接作好預留手段。
3.3 S7-200與PMAC通訊
係統采用的S7-200係列226CPU模塊上具有兩個可編程的自由通訊口， PMAC采用標準的485通訊方式，支持PROFIBUS通訊協議。我們將PMAC的485+極接入CPU一個通訊口的3腳，485-極接入8腳，用STEP 7-Micro/WIN軟件對通訊口進行編程。
編程時在項目文件中創建一個子程序，如下圖中的“pmac_com”,程序的具體語句如下圖。
圖中語句將該通訊口定義為PROFIBUS通訊方式，這樣隻需要在主程序main中調用該子程序，即可實現PLC與PMAC的通訊。
四、結束語
寶壇一、二級站計算機監控係統工程的實施及成功完成，有效的提高了電站綜合自動化水平，方便了對電站生產過程的監視、控製和調節，為實現電站的“少人職守”創造了有利的條件。
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