活動(dòng)鏈接：2013年控制網(wǎng)技術(shù)專(zhuān)題---引領(lǐng)水工業(yè)智能化新時(shí)代 


   1. 項目背景介紹

  深溪溝水電站位于四川省大渡河中游漢源縣和甘洛縣接壤部，為大渡河干流規劃的第十八級電站，隸屬于國電大渡河流域開(kāi)發(fā)公司。電站接瀑布溝水電站尾水，裝機規模為4×165MW，主要任務(wù)是發(fā)電；配合瀑布溝水電站的運行方式，深溪溝水電站相應將承擔腰荷和調峰運行任務(wù)。

  電站樞紐由河床式廠(chǎng)房、窯洞式安裝間、泄洪閘、沖沙閘、擋水壩等水工建筑物組成，壩頂高程662.50m，電站裝設4臺軸流轉槳式水輪發(fā)電機組，單機容量為165MW，額定水頭30m，最大水頭40m，最小水頭20.1m。電站以500kV電壓等級接入電力系統。

  電站發(fā)電機與主變壓器組成兩組擴大單元接線(xiàn)，發(fā)電機額定電壓為15.75kV。發(fā)電機通過(guò)離相封閉母線(xiàn)引出與主變壓器低壓側連接。主變壓器高壓側直接與500kV SF6管道母線(xiàn)（GIS管道母線(xiàn)）連接。主變壓器中性點(diǎn)直接接地。

  電站按無(wú)人值班原則設計，采用計算機監控系統控制，正常情況下由大渡河流域成都集控中心統一調度運行，當成都集控中心由于某種原因退出運行時(shí)，由瀑布溝區域控制中心對本電站進(jìn)行聯(lián)合控制運行。

   國電智深公司在工程項目中承擔全廠(chǎng)計算機監控系統的設備制造與供貨、平臺軟件研發(fā)、工程設計組態(tài)、試驗、現場(chǎng)安裝指導及調試等工作。監控系統包括水輪發(fā)電機組監控系統、開(kāi)關(guān)站控制系統、水電站公用設備控制系統、水電站大壩閘門(mén)自動(dòng)控制系統等。通過(guò)監控系統實(shí)現對水電廠(chǎng)生產(chǎn)過(guò)程的監視、數據采集、控制和調節，實(shí)現對機組、變壓器、線(xiàn)路等電氣設備及全廠(chǎng)油、氣、水系統等輔機的操作、監控和保護功能。

   監控系統與四川省網(wǎng)調、國電大渡河流域成都集控中心、瀑布溝總廠(chǎng)區域控制中心等的通訊接口，可以實(shí)現各級遠方調度和控制；同時(shí)具有AGC/AVC以及語(yǔ)音報警和ON CALL功能。監控系統上位機部分采用國電智深EDPFNT+系統平臺，下位機采用施耐德UNITY QUANTUM系列PLC。

   2. 項目目標與原則

   監控系統滿(mǎn)足水電行業(yè)控制需求，同時(shí)滿(mǎn)足各項文件及規定的條件，讓電站實(shí)現無(wú)人值班少人值守的設計理念。通過(guò)嚴謹的設計和規范的工程實(shí)施，實(shí)現新型監控系統首臺套的順利實(shí)施并投入運行。

   3. 項目實(shí)施與應用情況詳細介紹

   深溪溝水電站項目是國電智深公司承接的第一個(gè)大型水電項目，公司組織工程、研發(fā)、客服、集成等公司各部門(mén)，積極調研學(xué)習，并針對項目特點(diǎn)安排分工。其中工程部門(mén)負責下位機PLC程序的開(kāi)發(fā)、組態(tài)、硬件設計集成及工程具體實(shí)施；客服部門(mén)負責與四川省調、成都集控，瀑布溝區域調度等遠動(dòng)通訊，站內485通訊及場(chǎng)內通訊，ONCALL及語(yǔ)音報警功能開(kāi)發(fā)；研發(fā)部門(mén)負責水電監控系統平臺的開(kāi)發(fā)，為其它部門(mén)的工作提供接口，使之成為一個(gè)完整的系統；深溪溝水電站的監控系統以EDPF-NT plus為基礎，可滿(mǎn)足國電大渡河深溪溝水電站計算機監控系統招標書(shū)的要求。研發(fā)內容包括：

  1）系統結構

   用于水電站現地時(shí)，水電站監控系統的下層是PLC，通過(guò)通訊管理機與廠(chǎng)內其他系統、遠方的梯調等系統交換數據和指令。目前的方案是通過(guò)虛擬DPU的EIO技術(shù)解決與外界系統的數據交換，原有結構基本不變。
國電智深公司自主研發(fā)的擴展IO總線(xiàn)技術(shù)（EIO）,全面支持采用各種現場(chǎng)總線(xiàn)協(xié)議的第三方控制系統及儀表的無(wú)縫接入。

   EIO是國電智深公司開(kāi)發(fā)的工業(yè)實(shí)時(shí)以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò )和協(xié)議，該協(xié)議兼容HSE、EPA等工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議。純數字的現場(chǎng)總線(xiàn)信息和傳統I/O信號通過(guò)各自的協(xié)議轉換模件轉換為EIO信息。EIO網(wǎng)絡(luò )上可以接入一個(gè)或多個(gè)控制器，組成一個(gè)分布式控制單元（DPU）。

  EIO技術(shù)的引入，顛覆了傳統DCS的過(guò)程控制站體系結構，它將兩類(lèi)I/O總線(xiàn)技術(shù)融為一體。一類(lèi)是多種類(lèi)型的現場(chǎng)總線(xiàn)（如FF、PROFIBUS DP/PA、EPA和HART等），另一類(lèi)是傳統I/O總線(xiàn)。系統開(kāi)放性獲得極大提高。

  2）監控界面的跨平臺改進(jìn)

  EDPF-NT plus系統的控制器和通訊管理軟件是跨Windows/Linux平臺的，其余軟件是基于Windows平臺的。而水電站用戶(hù)習慣上信賴(lài)UNIX類(lèi)操作系統，因此需要將EDPF-NT plus系統的部分軟件移植到Linux平臺上，實(shí)現跨Windows/Linux平臺的操作員站、歷史站、通訊管理站和虛擬DPU。工程師站仍然基于Windows（用戶(hù)可接受）。界面開(kāi)發(fā)庫選用QT，底層支持庫選用ACE。

  3）AGC/AVC功能實(shí)現

  水電站的AGC/AVC有其特殊性，與火電廠(chǎng)不同。這是水電站監控系統的必備功能。梯調系統和水電站現地系統中該功能還有差異。本研發(fā)項目?jì)H針對水電站現地系統的AGC/AVC。該功能的計算部分實(shí)現為專(zhuān)用算法，操作部分可通過(guò)過(guò)程畫(huà)面或專(zhuān)用界面實(shí)現。

  4）特殊需求的開(kāi)發(fā)

  水電站監控系統設計了一對冗余的服務(wù)器，用于運行歷史站軟件、數據庫軟件等重要應用。為此需要增加歷史數據同步的功能。

  簡(jiǎn)報窗口是一種分類(lèi)顯示實(shí)時(shí)報警和操作記錄的工具，因為水電站的特殊操作習慣，需要增加這個(gè)工具。

  5）64位系統平臺

  招標書(shū)要求的計算機配置較高，應配套Linux server/Windows Server2003的64位版本。經(jīng)過(guò)測試和評估，最終選擇CENTOS5.4的64位版本作為監控軟件的桌面操作系統。

  6）現地控制單元（PLC）組態(tài)編程工作

   根據工程特點(diǎn)制定下位機PLC 內部數據庫規劃，主要是規范各類(lèi)數據管理、合理應用，制定PLC 內部數據流向圖。制定上位機組態(tài)規劃及上位機通訊數據庫規劃，以合理利用通訊空間。根據水電控制的特點(diǎn)，依據現場(chǎng)情況，設計水輪機負荷控制和線(xiàn)路電壓控制方案，規劃各級控制之間的操作權限切換和控制權限切換的基本思路。

   7）實(shí)現通訊管理機，同時(shí)為對外通訊規約提供標準接口

   水電站現地監控系統通過(guò)通訊管理機向梯調系統發(fā)送大量用于監視的數據，還需要接收梯調指令。需要針對這個(gè)需求設計合理的通訊管理機方案。招標書(shū)規定了與各個(gè)調度中心的通訊采用IEC-10875-101和104規約，調度包括和瀑布溝梯級電站控制中心通訊、大渡河流域成都集控中心的通訊、華中網(wǎng)調、四川省調、南充省備調、雅安地調的通訊。

  另外還需要實(shí)現與其他系統通訊使用的通訊規約，包括與主機設備、水情監控、能量采集、微機五防的通訊。廠(chǎng)內通訊服務(wù)器與安全II區設備之間的通信采用硬件防火墻進(jìn)行邏輯隔離，與安全III區設備之間的通信采用正/反向安全隔離裝置進(jìn)行隔離，來(lái)確保計算機監控系統對外通信的安全性和可靠性。

  8）On-Call子系統

   ONCALL子系統包括語(yǔ)音報警和語(yǔ)音查詢(xún)，短信通知和查詢(xún)。當出現重要故障和事故時(shí)，應能通過(guò)移動(dòng)通信卡或語(yǔ)音卡向預先規定固話(huà)用戶(hù)發(fā)送語(yǔ)音或向手機用戶(hù)發(fā)送短信，告訴對方報警內容，同時(shí)支持語(yǔ)音和短信的撥入查詢(xún)功能。

  發(fā)現、發(fā)明及創(chuàng )新點(diǎn)：

   1）首次將冗余的虛擬控制器應用于控制系統的核心環(huán)節。

   在水電系統中將虛擬控制器將做為水電監控系統中的核心節點(diǎn)，負責與PLC通訊，以及完成必要的邏輯運算，虛擬控制器本身要實(shí)現冗余，完成數據的同步，使系統完全是面向工程應用的，脫離了腳本和編程語(yǔ)言，這是其它水電監控系統還沒(méi)能實(shí)現的。

   2）開(kāi)發(fā)了圖形模塊化的AGC/AVC算法。

   模塊化的AGC/AVC算法的開(kāi)發(fā)成功，標志著(zhù)EDPF-NT+系統完全可以應用于水電行業(yè)。

   3）引入發(fā)布訂閱功能，優(yōu)化了EDPF-NT+系統的內部通訊機制，進(jìn)一步提高了通訊效率。 

   4）EDPF-NT+系統的擴展IO（EIO）技術(shù)的成功應用

   EDPF-NT+系統與PLC、梯調等系統通訊都依賴(lài)于EIO技術(shù)。

  EIO是國電智深公司自主研發(fā)的擴展IO總線(xiàn)技術(shù),全面支持采用各種現場(chǎng)總線(xiàn)協(xié)議的第三方控制系統及儀表的無(wú)縫接入。純數字的現場(chǎng)總線(xiàn)信息和傳統I/O信號通過(guò)各自的協(xié)議轉換模件轉換為EIO信息。EIO網(wǎng)絡(luò )上可以接入一個(gè)或多個(gè)控制器，組成一個(gè)分布式控制單元（DPU）。

   EIO技術(shù)的引入，顛覆了傳統DCS的過(guò)程控制站體系結構，它將兩類(lèi)I/O總線(xiàn)技術(shù)融為一體。一類(lèi)是多種類(lèi)型的現場(chǎng)總線(xiàn)（如FF、PROFIBUS DP/PA、EPA和HART等），另一類(lèi)是傳統I/O總線(xiàn)。系統開(kāi)放性獲得極大提高。

  5）實(shí)現了監控界面跨平臺的應用，功能上融合了火電和水電的優(yōu)點(diǎn)。

  6）增強了歷史站的功能

  本項目將EDPF-NT+系統原有的歷史站功能移植到linux平臺，并做了功能擴展，不僅實(shí)現了實(shí)時(shí)數據的采集和查詢(xún)，還實(shí)現了系統的狀態(tài)和操作記錄的采集和查詢(xún)以及多個(gè)歷史站的數據同步。

   7）實(shí)現高效穩定的通訊站

  全新開(kāi)發(fā)了通訊管理平臺（通訊管理機），可以滿(mǎn)足不同類(lèi)型水電站以及其他行業(yè)的對外通訊需要。

  與電網(wǎng)調度的通訊實(shí)現了101規約和104規約間轉換的無(wú)縫切換；104規約（省調用2002版和省調用97版并行運行）間多任務(wù)運行；各調度間梯級控制權的管理

  8）現地控制單元功能的開(kāi)發(fā)

  采用先進(jìn)的數據流向設計理念，實(shí)現了PLC 內部數據區規劃及數據流向處理功能。

  根據水電控制需求和控制安全考慮，工控水電小組開(kāi)發(fā)出專(zhuān)用于施耐德PLC與國電智深EDPFNT系統兼容的PLC基礎程序，可以實(shí)現雙機熱備切換，邏輯自動(dòng)同步，專(zhuān)用功能塊的調用，SOE事件處理，操作安全閉鎖功能及專(zhuān)屬數據結構控制。

  4. 效益分析

  1） 購買(mǎi)成本。EDPF-NT+監控系統的價(jià)格同比國內外自動(dòng)化控制系統便宜100萬(wàn)元以上；

  2） 先進(jìn)的AGC/AVC功能算法，快速有效的響應負荷調整，增加考核優(yōu)良率，提高了年發(fā)電量，年度效益增加500萬(wàn)元以上；

  3） 實(shí)現無(wú)人值班、少人值守的運行模式，每年減少運行成本100萬(wàn)元以上；

  4） 系統整體設計先進(jìn)，每年減少維護成本50萬(wàn)元以上。