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案例頻道1.概述
象山水電站位于黑龍江省黑河市，電站裝機容量為3×6MW，1996年設計時以計算機監控為主，常規控制為輔，主要實現對機組部分的監控，開關站以及公用輔助設備未考慮在內，由于系統的結構和功能不十分完善同時由于設備都已進入老化期，設備陳舊技術落后為電站的管理和維護，以及系統的正常運行都帶來隱患。為保證電站的正常運行，提高電站的管理水平和經濟效益，因此對電廠現行的監控設備進行全面的技術改造。
電站新的計算機監控系統按“無人值班”(少人值守)運行方式設計。采用北京中水科水電科技開發公司的H9000水電站計算機監控系統，整個系統應采用全分布開放式系統結構。電站計算機監控系統由電站控制中心系統和現地控制單元等組成。系統采用最新的計算機硬件、軟件及網絡技術，全站按全計算機監控進行總體設計和系統配置，達到國內同類型水電站計算機監控系統先進水平，系統投入運行后，使全站運行管理達到無人值班(少人職守)。系統高度可靠，各項技術性能指標均達到部頒DL/T578-95《水電站計算機監控系統基本技術條件》及DL/T5065-1999《水力發電廠計算機監控系統設計技術規定》的要求，選擇較高的MTBF指標，從部件、單機和系統多層次保證高可靠性要求。系統配置和設備選型應符合計算機發展迅速的特點，硬件、軟件采用模塊化、結構化的設計，以便于硬件設備的擴充，又可適應功能的增加和系統規模的擴展。實時性好，抗干擾能力強，適應電站的現場環境。人機接口功能強，操作控制簡潔、方便、靈活。在保證系統的實時性和可靠性等技術指標的同時，系統應具有可維護性好，保證較小的MTTR指標。
2.計算機監控系統結構配置
電站以計算機監控系統為基礎。電站設備的運行監視和控制在中控室的操作員工作站上進行，同時也可在各LCU上通過觸摸屏和開關按鈕實現對其所控設備運行的監視和控制。機組單元及開關站/公用單元通過光纖網絡與全廠計算機監控系統連接并接受其監控，同時在這些系統的現地控制柜上設有控制開關以及操作按鈕，可以實現設備的現地監控。
系統包括系統主機兼操作員工作站、辦公樓監視終端、通訊服務器、網絡設備、GPS 時鐘、打印機等
現地控制單元（LCU）包括三套機組LCU (LCU1-LCU3)、一套開關站及公用設備LCU (LCU4) 、一套小機LCU (LCU5)。 LCU完成對監控對象的數據采集及數據預處理及與其它電站設備的通訊，負責向網絡傳送數據信息，并自動服從調度層上位機的命令和管理。同時各LCU也具有控制、調節操作和監視功能，配備有本地操作按鈕和指示元件，當與上位機系統脫機時，仍具有必要的監視和控制功能。LCU采用PLC直接上以太網的方案。
現地控制單元包括：可編程序控制器、現地人機接口、同期裝置、交流采樣設備、轉速裝置及多功能電度表、嵌入式通信控制器、溫度采集設備、電源、機柜、繼電器及按鈕開關、光字等
LCU可編程序控制器完成系統的數據采集及設備的調節與控制(包括順控)。控制器不僅實時性指標高，還應具有可靠性高等特點。LCU采用BITC MX9300系列PLC。該系列PLC針對水電需求，由BITC與惠朋公司（VIPA GmbH）聯合設計，在德國加工生產。
各LCU 的PLC配置的I/O點設計點數如下：
|
LCU單元 |
機組（1－3） |
開關站及公用 |
小機 |
|
開關量輸入（DI+PI） |
128 |
192 |
32 |
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開關量輸入（SOE） |
64 |
64 |
32 |
|
溫度量(RTD) |
24 |
8 |
8 |
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開關量輸出（DO） |
128 |
128 |
64 |
|
模擬量輸入（AI）4~20MA |
16 |
40 |
8 |
以機組單元為例，具體配置如下：
主（1#）機箱(BITC MX9300)
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1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
11 |
12 |
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SOE: MX 321-1BL00 |
SOE: MX 321-1BL00 |
CPU: MX 315-2AG10 |
AI: MX 331-7KF01 |
AI: MX 331-7KF01 |
DI: MX 321-1BL00 |
DI: MX 321-1BL00 |
DI: MX 321-1BL00 |
DI: MX 321-1BL00 |
RTD: MX 331-7KF01 |
RTD: MX 331-7KF01 | |
擴展（2#）機箱(BITC MX9300)
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1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
11 |
12 |
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DP: MX 353-1AG01 |
RTD: MX 331-7KF01 |
RTD: MX 331-7KF01 |
RTD: MX 331-7KF01 |
RTD: MX 331-7KF01 |
DO: MX 322-1BL00 |
DO: MX 322-1BL00 |
DO: MX 322-1BL00 |
DO: MX 322-1BL00 |
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CPU模塊：MX315-2AG10，含以太網接口；32點開關量輸入模塊：MX321-1BL00，6塊；32點開關量輸出模塊：MX322-1BL00,4塊；8點模擬量輸入模塊：MX331-7KF01，2塊；4點溫度量模塊：MX331-7KF01，6塊；MX9300的編程軟件采用SW873，該軟件支持WinPLC7（STL，FBD，LAD) 編程。
3.系統特點及功能
LCU是一套完整的計算機控制系統。與系統聯網時，作為監控系統的一部分，實現系統指定的功能。而當LCU與系統脫離時，則能獨立運行，實現LCU的現地監控功能，并確保被控設備的安全穩定運行。LCU的基本功能如下：
PLC完成各種數據采集與預處理功能。事件順序記錄功能。數據通訊與網絡通訊功能。運行工況的轉換，LCU可完成各類設備的運行工況轉換，如機組的運行工況轉換，斷路器的分合，設備運行方式的轉換等。LCU現地人機聯系功能。系統硬件及軟件診斷與自恢復功能。時鐘同步功能。通過硬件和軟件同步手段，實現系統時鐘同步。
機組現地控制單元(LCU) 控制與調節功能：機組開、停機順序控制：包括單步控制和連續控制兩種順控方式；機組事故停機及緊急停機控制；機組輔助設備的控制；發電機出口斷路器的分/合操作；主變中性點接地開關的分/合操作；機組有功功率調節；機組無功功率/電壓調節；各種整定值和限值的設定；機組的自動/手動準同期并網操作；機組進水口閘門控制；水力機械保護功能。
公用設備/開關站現地控制單元(LCU) 控制操作功能：開關站現地/遠方控制方式的切換操作；開關站各斷路器的分/合操作；開關站各隔離開關的分/合操作；開關站各接地開關的分/合操作；開關站各斷路器的自動準同期合閘操作；廠用電進線及斷路器的分/合操作；廠用電各種運行方式的確定及備用電源自動投入。
4.系統運行
象山電廠監控系統2007年已改造完畢，H9000監控系統已全部投入使用，完全達到了設計要求，各種設備目前運行穩定可靠。
參考文獻：
[1] 周民、姚維達、張毅等：H9000計算機監控系統的新版本，水電自動化與大壩監測，2002.3。
---------惠朋（VIPA GmbH）中國供稿
北京市公安局海淀分局備案號：11010802023656號