1、第 1 页 共 20 页兴宁市信东河电站自动化监控系统软硬件设备介绍概况:为了适应电网发展、技术进步的需要，满足设备更新、改造要求,开发水电厂计算机监控系统以实现全厂和开关站主要设备的安全监控、经济运行和实时管理等功能，不但将使全厂的综合自动化水平大大提高，而且能改善劳动条件，取得显著的经济效益。监控系统设计原则:1按照全厂综合自动化以计算机监控为主、常规控制为辅的指导思想进行总体设计和系统配置，使计算机在水电厂的应用达到一个新的水平。2对于梯级电站，计算机监控系统之间进行通讯；从安全性和经济性的角度实现部分梯级调度的功能。 3系统应高度可靠、高度冗余，不但其本身的局部故障不会影响现场设备的正
2、常运行，而且系统的 M T B F 等各项指标均达到部颁“水电站计算机监控系统设备技术要求“的规定。4系统配置和设备选型应符合计算机发展迅速的特点，充分利用计算机领域的先进技术。5、全分布开放式系统，既便于功能和硬件的扩充，又能充分保护用户的投资。分布式数据库及软件模块化、结构化的设计，使系统更能适应功能的增加和规模的扩充。6.实时性好，抗干扰能力强。7人机接口功能强，操作方便。系统结构及配置说明1.系统结构1.1 分布式开放系统（1）主计算机管理全厂的自动化运行控制。即全厂经济运行（E D C） 、自动发电控制(A G C)、自动电压控制（AVC ） 、历史数据保存、运行报表打印、与外系统的
3、通讯等。（2）值班员工作站作为运行人员与计算机系统的人机接口，完成实时的监视与控制。（3）当地控制单元 L C U实现对当地生产对象的监控。每个 L C U 单元，完成 L C U 的运行管理和控制，并同主服务器进通讯，实现开放式全分布系统的数据库分布，并实现 L C U 上网。（4）所有上述计算机都按 I E E E 802.3 E t h e r n e t 标准联成网络，网络介质则采用同轴电缆( 或光纤电缆)。（5）所有上述计算机都采用开放系统的操作系统 UNIX，图形系统符合 X-Window 标准,网络协议为 T C PI P。（6）厂级计算机通过网络终端服务器串行通讯接口与打印机以
4、及外系统通讯。（7）时钟同步。采用电视时钟系统与厂级计算机及各 L C U 进行时钟同步。1.2 系统特点（1）采用局域网的分布式开放系统结构，L C U 的 C P U、厂级主计算机、中控室操作值班员工作站均使用 UNIX 操作系统，网络软件为 TCPIP，工作站图形系统符合 X-Window 标准。上述各计算机都直接接入网络，可获得高速通讯和共享资源的能力。如来自 LCU 的实时信息直接在工作站 CRT 上显示，控制命令直接由工作站下达给各 L CU，都不需要经厂级计算机转发。第 2 页 共 20 页（2）网络上接入的每一设备都具有自己特定的功能。实现功能的分布，既提供了某一设备故障只影响
5、局部功能的优点，又利于今后功能的扩充。（3）厂级计算机和操作员工作站采用国际上先进的工作站，该系列工作站是目前国际上最高性能的计算机之一。L C U 的 CPU 采用符合工业标准的微机，性能优越。（4）系统先进。冗余化的设计和开放式系统结构，使系统可靠实用、便于扩充，整个系统性能价格比高。（5）系统高度冗余、可靠。a.计算机为双机热备用。b.中控室操作值班员工作站可互为备用。1.3 关于开放系统开放环境使用的原因，是因为近年来计算机系统更新换代速度很快，价格不变的情况下，计算机性能和速度成倍提高。硬件设备的质量也已各有所长，没有一家公司的硬件可以独自称雄。用户会发现在前几年还是非常先进的设备，
6、现在已到了淘汰的时候。换言之，现在选的机器会不会过几年又要淘汰。而淘汰意味着，过去的设备元器件、备件将难以买到，对计算机上的巨大应用投资会丢失，在监控系统上多年积累的使用经验将会丢失。系统全部硬件/软件的状况不复存在。这就对计算机信息系统的研究开发者提出了以下课题：（1）对用户来说如何保护其在开发大型系统中积累的资源和投资。即如何提供不同计算机的互操作性。（2）如何保证用户在更新其计算机设备的同时，应用软件依然可用。即如何解决不同产品间的可移植性。（3）如何提供给用户一个网络环境，让其使用最适合自己的不同厂商的硬件设备。即提高系统对计算机设备的可集成性。因此，IEEE（国际电子及电机工程协会）
7、负责制订可移植操作系统接口(POSIX) 标准的 P1003 工作组，把开放系统定义为：“按照开放的接口、服务和支持格式规范而实现的系统，使应用软件能以最少修改，实现在不同系统中的移植；并能同本地的或远程系统中的应用实现互操作；能以方便用户迁移的方式实现用户的交互。 ”1.4 分布式我们推荐的全分布式方式，是指系统上的每个节点都可安装与本节点应用相关的数据库以及有关的控制和执行程序。对系统而言，节点功能、资源相对独立而又便于为其它节点共享，同时了便于分期投运，并且为今后扩充提供了较大的方便。完全满足分布式的三个特征即自治性、模块性、并行性。上一代监控系统常用的分层分布模式，一般都有一个主计算机
8、（或称得上位机） ，系统的全部数据集中在主计算机中，数据库不分布，自治性不好。这样的缺点是一旦上位机出现故障，系统数据库全部丢失，系统功能如监视、控制功能也只有丢失，这样只有冗余，即使冗余工作正常也不能满足系统分期投运和今后扩充的要求。所谓全分布是指数据库、控制功能分布。图形工作站不依赖于任何一台机器，可直接读写 LCU 数据库或厂级控制数据库，直接实现全系统监视和控制。网络上的任一部分不工作，不影响系统其它部分。1.5 成熟性全分布开放系统是目前国际上应用于水电厂计算机监控系统中最先进的系统。第 3 页 共 20 页2.1 设备配置系统设备的详细配置由系统概算决定，选用当前先进、可靠的名牌机
9、型。2.1.1 中央处理机：中央处理系统两套；每套推荐配置：选用高性能的工作站或服务器， （视应用环境可采用高性能的工控机） 。控制台终端为 19以上高分辨率彩色 CRT。2.1.2 操作工作站：中控室操作值班员图形工作站两套；每套推荐配置：选用高性能的图形工作站。控制台终端为 21高分辨率彩色 CRT。2.1.3 LCU：LCU（本地控制单元）分两部分，一部分是机组用 LCU，即每台机组配置一套 LCU；另一部分是公用 LCU，总共配置一套公用 LCU。LCU 的具体配置如下：（1）同期控制：机组 LCU 带有一套单对象的双微机自动准同期装置。开关站 LCU 带有一套多对象的双微机自动准同期
10、装置。 （2）处理机：LCU 的 CPU 部分，采用工业控制微机。用以管理各自 LCU 的/装置、实现开放式全分布系统的数据库分布，并组织 LCU 上网。（3）I/O 容量：每套 LCU 均可支持以下 I/O 量：中断开关量输入（包括脉冲量） 、非中断开关量输入、模拟量输入、开关量输出。2.1.4 机组控制装置（PLC）：选用进口可编程控制器作为主设备（可支持采用各种主流 PLC 设备） ，并配有机柜、电源、风机、插箱以及必要的当地操作面板等设备。机组顺序控制的机柜与机组 LCU 的CPU 进行通讯，机组顺序控制装置可以独立使用。每套 PLC 可支持以下 I/O 量：开关量输入/输出（包括面板
11、及通讯使用的点数） 、模拟量输入，并可实现与 LCU 之间的开关量上/下行通讯及模拟量上/ 下行通讯。2.1.5 网络支持：主处理机、操作站、LCU 之间，采用以太网来进行通讯以实现数据传输及控制管理，通讯线（网线）采用五类双绞线为传输介质。网络环境的具体配置如下：（1）网卡（如果采用双网结构，则每个节点需配两块网卡）：要求配置的节点有：中央处理机、操作员工作站、各 LCU 的控制机；（2）网线；（3）网络交换机；（双网结构需两台）（4）网络服务器；（视应用需要而定）2.1.6 时钟同步系统：设置一套卫星时钟系统，作为系统的时钟标准，并对全系统进行时钟同步。时钟装计算机房，直接与中央处理机进行
12、通讯，再由中央处理机对各 LCU 进行时钟同步。 （也可让各节点直接与 GPS 进行时钟同步，推荐采用前者）2.1.7 网络打印服务器：采用一台网络终端服务器，用于连接打印机及与外系统的备份。2.1.8 其它设备（1）中央处理机配有磁带机，用于主处理机及工作站的系统安装以及系统的备份。第 4 页 共 20 页（2）打印两台，一台用于中控室，一台用于机房。（3）音响报警系统，一套。2.1.9 UPS（选件）：（1）各 LCU 均带有交直流双供电源，可替代常规的 UPS 不间断电源；（2）中央处理机与工作站配有不间断电源，可维持 30 分钟的备用供电；2.1.10 与外系统的通讯接口：网络终端服务
13、器留有与外系统的异步串行接口 RS-232C，可用于连接实现：（1）长监视终端；（2）安全监测系统；（3）中调；（4）管理网；（5）为实现联合调度，电站监控系统进行通讯；系统技术指标1 对系统的一般技术要求：1.1 环境条件：（1）周围环境温度和湿度：a. 环境温度：机房（有空调）：夏季 232；冬季 202；每小时温度变化率0.5,个数0.5,个数100ms; 负载能力 10mA；（2）输入电平：无源接点或 12VDC/24VDC 电平。3.4 数字量输入：输入电平：无源接点或 12VDC/24VDC 电平。3.5 开关量输出：（1）开关量输出信号采用继电器输出。（2）每一开关量输出设有 L
14、ED 状态显示。（3）开关量输出接口参数：输出形式：空接点接点容量：阻性：50Hz，220VAC ，5A；220VDC，0.3A 感性负载：30W。4.电源：4.1 主控级计算机：主控级计算机（包括主机、各工作站以及对外通信服务站等）配有 UPS。（1）交流电源消失，备用蓄电池应能维持负载 0.5 小时以上。（2）输入电压：AC220V20% ；（3）输入电源频率：50Hz5%；（4）输出电压：220V2% ；（5）输出电压波形：工频正弦波，50Hz1%；（6）波形失真：8000 小时；（2）现场控制单元 MTBF16000 小时；3.可利用率（可用性）：（1）计算机监控系统全系统可种用率99
15、.96%；（2）系统运行中的可用性考核计算所取时间以设备投运后一年时间为限；（3）非关键性故障以及冗余部件中不影响功能的故障，不计入故障时间中；第 19 页 共 20 页4.可维护性：设备平均故障排除时间4 小时。为增强系统可维护性要求承包单采取的措施：（1）设备具有自诊断和寻找故障的程序，按照现场可更换部件水平确定故障点；（2）软件故障检测可准确到任务级；（3）具有便于试验和隔离故障的断开点；（4）配备有合适的专用实装和拆卸工具；（5）互换件和不可互换件应有保证识别的措施；（6）预防性的维修所造成的磨损性故障将尽量减少；（7）提高硬件的代换能力；5.系统安全性：系统的安全性、容错性主要由系统
16、全分布方式保证。由于各节点独立，每节点的退出不影响系统的其它部分，或者说对系统的影响最小。为了保证每一节点的可靠性，LCU、CPU 各节点与相邻节点 CPU 冗余。主计算机和工作站都是两个以上节点冗余，使系统整体和局部的安全性均为最佳。系统通讯采用光纤以太网，使现场的强电磁干扰对网络通讯无丝毫影响。为保证网络通讯的绝对可靠还可考虑使用双网络冗余。本系统的用户对图形、顺控流程、打印报表、操作票的格式内容均可在线修改、生成。这种修改要求修改者有一定的用户级别并知道该级别的口令。数据库的各节点均可独立修改，此时系统其它部分照样工作，本节点退出。系统的各部分功能可以移动。如主计算机的一些功能可以移至工
17、作站，工作站的功能在主计算机硬件允许时也可以移至主计算机。工作站的数量可以增加，不需增加软件投资。LCU 的数量和功能也可由于电厂的扩充而扩充。以上变动均不影响系统的正常工作。计算机监控系统有判断不合适或者不希望的动作和状态的能力，其结果将产生报警或拒绝执行或两者兼。安全性包括以下三个方面：（1）操作安全性：a. 为系统每一功能和操作都提供检查和校核；b. 当操作有误时能自动地闭锁并产生报警；c. 任何自动及手动操作都可以记录、存贮并做出提示；d. 按控制层次实现操作闭锁，其优先顺序为 LCU 最高，主控级 次之，中调最低。（2）通信安全性：a. 系统的设计将保证报文信息的一个信息错误不会导致
18、系统关键性故障（如外部设备的误动作，系统主要功能故障或系统作业的故障） ；b. 定期地通过正常使用或通过测试信息来证实通道工作正常；c. 系统与远程终端及调度系统的远程通信的信息了错控制将保证在每 10 的 4 次方位有1 位错误的限制下工作时未检测出位错误的概率不大于 10 的负 10 次方；d. 主机系统与 LCU 之间：主机将对上行数据采集信息进行有效性合理性判断，如果连续三次发生异常则判定通道故障并进行通道切换及报警。LCU 响应主机发出的控制指令也应当接受三次，当三次数据相同且经判定无误后指令方可执行，若其中有一次数据异常则判定为故障，同时闭锁该操作指令并报警。（3）硬件、软件及固件
19、的安全性：第 20 页 共 20 页a. 具有电源故障保护和自动重新启动的功能；b. 初使状态可以预置并进行重新预置；c. 有自检能力，检测出故障时能自动报警；d. 设备故障时可以自动切除和自动切换；e. 系统中任何地方单个元件的故障都不应造成生产设备的误动作；f. 软件具有自我防疫能力； g. LCU 地址使用固件。6.系统可扩性和可变性：（1）可扩充性：a. CPU 的平均负载率不超过 50%b. 磁盘使用率在任何一个 3 秒周期内不超过 50%c. 通道利用率最大不超过 70%d. 系统具有一定的开放能力，在功能、配置、通信接口等方面均有一定的扩展能力。（2）可变性：a. 系统允许用户补充、修改被测点的定义、定值、单位、标度及其它数据特征；b. 允许在主机数据库为已有的 LCU 重新安排检测点的分类以及提供新的检测点；c. 允许对 LCU 或终端重新编址和重新布置；d. 允许用户自行开发画面、打印格式及其它功能。
