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【摘要】 本文介绍孔头电厂监控系统应用情况和主要问题，分析问题主要原因，按照监控系统技术水平和发展方向提出改造配置、功能和思路，描述改造前期准备、施工和投运的全过程及注意事项。
【关键词】 计算机监控系统 PLC直接上网 交直流双供 改造
中图分类号：P315.69
1 引言
孔头电厂，1998年10月采用南瑞开发SJ-500型监控系统，其开放式环境下分层分布。上位机控制层包括两台冗余两台操作员站、一台工程师兼培训工作站，一台通讯服务器完成与其它系统调度的通讯任务。由于监控系统功能不够完善、响应速度慢，运行年限较长，相关设备的性能有老化现象，频繁出现系统死机，给安全生产带来安全隐患。
2 改造情况
2.1 设计思路
（1）原有上位机系统，因老化难满足对速度和稳定性要求，升级为HP4300工作站代替原来工程师站，对外通信采用美国Nematron工控机。
（2）现有GE PLC配置升级为CPU360、PLC 网卡、PWR330模件。采用CPU直接上网模式，系统更可靠。
（3）对监控系统进行上位机和现地控制单元软件升级。
（4）增加现地通信装置SJ-30与现场设备通信，保证现场各种表计数据能正常上送。
2.1.1 电源系统
现有系统：采用直流逆变方式，系统电源不稳定，雷击易损坏PLC模件。容易引起逆变电源装置故障，抗冲击能力差，UPS电源断电支持时间短，经常性异常断电、软件系统故障。
改造：采用交直流双供电，直流220V输出，经过开关电源给PLC电源模块供电，实现电源无扰动切换，任何一路电源消失有报警。在交流、直流进线处增设避雷器保证抗雷击能力。
2.1.2 工控机
现有系统：LCU为工控机模式，内部机械式硬盘，容易损坏，易造成系统死机，数据丢失等故障。
改造：工控机改为触摸屏加SJ-30通讯管理装置。内部电子硬盘，更好满足工控机与智能设备通讯功能，对外8个独立编程串口，满足现场不同要求。
2.1.3 网络
现有系统：上位机和LCU为单网结构，以太网，传输介质为粗缆。若交换机故障，网络将瘫痪，起不到冗余作用。低速网络连接设备，通信节点多、通信方式复杂造成速度慢、不稳定。
改造：采用双环网结构，以太网，网络传输介质改为光缆，以网双绞线和现有的粗缆作为备用通道，两台网络交换机，真正实现双网。增设网络柜一台，相关网络设备集中布置。
2.1.4 通讯方式
现有系统：采用计算机网络和工业串口网络结合而成，速度低、中间设备多，故障点多，数据量有限。
改造：采用PLC直接上网，在PLC插槽板上安装以太网接口，简单的配置就可以具备“上网服务器”功能。
2.1.5 模件与交采
现有系统：采用分立变送器，占地面积大，容易故障。
改造：交流量采集更换为性能稳定，精度高的PMAC9900交采装置。
2.1.6 防雷
现有系统：产生干扰信号，数据传输易出错。
改造：完善接地系统，按照规范要求严格接地、减少雷害。
2.2 设计原则
（1） 按少人值班设计和配置，日常运行主要依靠计算机系统，改造效果为流域各厂改造做参考。
（2） 系统的MTBF、MTTR及各项可用性指标达到部颁“水电厂计算机监控系统基本技术条件”DL/T578-95的规定。
（4） 系统配置和设备选型符合计算机发展特点，充分利用计算机领域先进技术。
（5） 采用全分布开放式冗余系统，便于功能和硬件扩充。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增加。
（6） 实时性好，抗干扰能力强。
（7） 人机接口功能强，操作方便，全汉化界面。
2.3 监控系统功能：
系统从功能上分为：电站控制层和现地控制层。能有效地完成对本站被控对象的监控。其主要功能如下：数据采集和处理、 安全运行监视及事件报警、事故追忆、控制操作、自动发电控制、自动电压控制、人机接口、数据通信、历史数据库、系统自诊断与冗余切换。
3 制定改造方案：
3.1 方案实施：
3.1.1 网络部分：以太网不变，更换网络交换机，传输介质改为光缆，以网络双绞线和现有的粗缆作为备用通道，提高网络的可靠性。
3.1.2 网络结构：网络符合国际IEEE802.3和TCP/IP规约，数据传输速率10Mbps～100Mbps。
3.1.3 LCU：将原一体化工控机更新为触摸屏，加装触摸屏控制器。
3.1.4 PLC硬件：增加PLC以太网通讯模块，实现PLC直接上网。
3.1.5 PLC程序：在PLC程序中增加开停机控制流程，增加故障判断条件。
3.1.6 应用程序：根据公司技术部提出的要求，对机组数据库、顺控流程、PLC顺控流程、监视画面等进行修改；对现场控制回路进行部分必要修改。
2.5.1.7 电源系统：加装直流系统逆变器给监控系统提供工作电源。
3.2 改造方案优缺点分析：
3.2.1
优点：
1、效果好：对主要设备进行了全面更新，采用了先进合理系统结构，从根源上对问题加以解决。体现在三个方面：
（1）采用PLC直接上网，可以通过网络直接对PLC进行监控，改变了以往通讯方式，减少故障节点，提高通讯速度，上位机信息更准确、真实；
（2）在PLC程序增开停机控制流程，增故障判断，发挥PLC速度快、运行稳定特点。
（3）更新操作系统，原有系统版本低，扩展性差，遇到系统故障不便维护，。
2、使用寿命长：对整个系统进行重新设计，采用性能稳定的设备和系统结构，整个系统寿命延长。
缺点：
1、费用高：要更新较多设备和重新设计系统，需要较多资金。
2、工期长：采用新的系统，需要确定现场实际情况；还要评估、论证，进行充分测试，最终投入运行，需要时间长。
3.3.3 综合分析
改进系统结构后更合理，符合本厂实际情况，根源上解决系统问题，改造后系统稳定，通讯速度快，故障点少。其存在缺点用以下方法解决：
1、 费用高：虽然一次性资金多，但改造后系统稳定，维护简单，从长期来看节约了维护费用。
2、工期长：对系统更新统一规划，利用每年大修技改期对设备更新，可分步骤对系统更新，既保证技术改造顺利进行，也不影响正常生产活动和效益。
4 施工安排
监控系统改造所涉及设备较多，回路复杂，为取得改造经验，第一台LCU改造结合机组大修进行。成功后，剩余机组LCU改造结合机组小修进行。全部工作完成后，安排一次全开关站停电进行流程模拟试验。成功后向流域推广。
5 结束语
监控系统改造在资金有限情况下，因选型得当，改造后运行稳定、可靠，人机界面优良，提高了自动化控制水平，为实现“少人值守”奠定基础。在总结经验基础上，分别对良浅、范厝、大言水电站监控系统进行了改造，取得了很大成功。随着计算机技术发展，监控系统网络结构采用双环网、PLC直接上网等技术，以适应发电站智能化控制技术需求，提高生产系统运行效率。
【关键词】 计算机监控系统 PLC直接上网 交直流双供 改造
中图分类号：P315.69
1 引言
孔头电厂，1998年10月采用南瑞开发SJ-500型监控系统，其开放式环境下分层分布。上位机控制层包括两台冗余两台操作员站、一台工程师兼培训工作站，一台通讯服务器完成与其它系统调度的通讯任务。由于监控系统功能不够完善、响应速度慢，运行年限较长，相关设备的性能有老化现象，频繁出现系统死机，给安全生产带来安全隐患。
2 改造情况
2.1 设计思路
（1）原有上位机系统，因老化难满足对速度和稳定性要求，升级为HP4300工作站代替原来工程师站，对外通信采用美国Nematron工控机。
（2）现有GE PLC配置升级为CPU360、PLC 网卡、PWR330模件。采用CPU直接上网模式，系统更可靠。
（3）对监控系统进行上位机和现地控制单元软件升级。
（4）增加现地通信装置SJ-30与现场设备通信，保证现场各种表计数据能正常上送。
2.1.1 电源系统
现有系统：采用直流逆变方式，系统电源不稳定，雷击易损坏PLC模件。容易引起逆变电源装置故障，抗冲击能力差，UPS电源断电支持时间短，经常性异常断电、软件系统故障。
改造：采用交直流双供电，直流220V输出，经过开关电源给PLC电源模块供电，实现电源无扰动切换，任何一路电源消失有报警。在交流、直流进线处增设避雷器保证抗雷击能力。
2.1.2 工控机
现有系统：LCU为工控机模式，内部机械式硬盘，容易损坏，易造成系统死机，数据丢失等故障。
改造：工控机改为触摸屏加SJ-30通讯管理装置。内部电子硬盘，更好满足工控机与智能设备通讯功能，对外8个独立编程串口，满足现场不同要求。
2.1.3 网络
现有系统：上位机和LCU为单网结构，以太网，传输介质为粗缆。若交换机故障，网络将瘫痪，起不到冗余作用。低速网络连接设备，通信节点多、通信方式复杂造成速度慢、不稳定。
改造：采用双环网结构，以太网，网络传输介质改为光缆，以网双绞线和现有的粗缆作为备用通道，两台网络交换机，真正实现双网。增设网络柜一台，相关网络设备集中布置。
2.1.4 通讯方式
现有系统：采用计算机网络和工业串口网络结合而成，速度低、中间设备多，故障点多，数据量有限。
改造：采用PLC直接上网，在PLC插槽板上安装以太网接口，简单的配置就可以具备“上网服务器”功能。
2.1.5 模件与交采
现有系统：采用分立变送器，占地面积大，容易故障。
改造：交流量采集更换为性能稳定，精度高的PMAC9900交采装置。
2.1.6 防雷
现有系统：产生干扰信号，数据传输易出错。
改造：完善接地系统，按照规范要求严格接地、减少雷害。
2.2 设计原则
（1） 按少人值班设计和配置，日常运行主要依靠计算机系统，改造效果为流域各厂改造做参考。
（2） 系统的MTBF、MTTR及各项可用性指标达到部颁“水电厂计算机监控系统基本技术条件”DL/T578-95的规定。
（4） 系统配置和设备选型符合计算机发展特点，充分利用计算机领域先进技术。
（5） 采用全分布开放式冗余系统，便于功能和硬件扩充。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增加。
（6） 实时性好，抗干扰能力强。
（7） 人机接口功能强，操作方便，全汉化界面。
2.3 监控系统功能：
系统从功能上分为：电站控制层和现地控制层。能有效地完成对本站被控对象的监控。其主要功能如下：数据采集和处理、 安全运行监视及事件报警、事故追忆、控制操作、自动发电控制、自动电压控制、人机接口、数据通信、历史数据库、系统自诊断与冗余切换。
3 制定改造方案：
3.1 方案实施：
3.1.1 网络部分：以太网不变，更换网络交换机，传输介质改为光缆，以网络双绞线和现有的粗缆作为备用通道，提高网络的可靠性。
3.1.2 网络结构：网络符合国际IEEE802.3和TCP/IP规约，数据传输速率10Mbps～100Mbps。
3.1.3 LCU：将原一体化工控机更新为触摸屏，加装触摸屏控制器。
3.1.4 PLC硬件：增加PLC以太网通讯模块，实现PLC直接上网。
3.1.5 PLC程序：在PLC程序中增加开停机控制流程，增加故障判断条件。
3.1.6 应用程序：根据公司技术部提出的要求，对机组数据库、顺控流程、PLC顺控流程、监视画面等进行修改；对现场控制回路进行部分必要修改。
2.5.1.7 电源系统：加装直流系统逆变器给监控系统提供工作电源。
3.2 改造方案优缺点分析：
3.2.1
优点：
1、效果好：对主要设备进行了全面更新，采用了先进合理系统结构，从根源上对问题加以解决。体现在三个方面：
（1）采用PLC直接上网，可以通过网络直接对PLC进行监控，改变了以往通讯方式，减少故障节点，提高通讯速度，上位机信息更准确、真实；
（2）在PLC程序增开停机控制流程，增故障判断，发挥PLC速度快、运行稳定特点。
（3）更新操作系统，原有系统版本低，扩展性差，遇到系统故障不便维护，。
2、使用寿命长：对整个系统进行重新设计，采用性能稳定的设备和系统结构，整个系统寿命延长。
缺点：
1、费用高：要更新较多设备和重新设计系统，需要较多资金。
2、工期长：采用新的系统，需要确定现场实际情况；还要评估、论证，进行充分测试，最终投入运行，需要时间长。
3.3.3 综合分析
改进系统结构后更合理，符合本厂实际情况，根源上解决系统问题，改造后系统稳定，通讯速度快，故障点少。其存在缺点用以下方法解决：
1、 费用高：虽然一次性资金多，但改造后系统稳定，维护简单，从长期来看节约了维护费用。
2、工期长：对系统更新统一规划，利用每年大修技改期对设备更新，可分步骤对系统更新，既保证技术改造顺利进行，也不影响正常生产活动和效益。
4 施工安排
监控系统改造所涉及设备较多，回路复杂，为取得改造经验，第一台LCU改造结合机组大修进行。成功后，剩余机组LCU改造结合机组小修进行。全部工作完成后，安排一次全开关站停电进行流程模拟试验。成功后向流域推广。
5 结束语
监控系统改造在资金有限情况下，因选型得当，改造后运行稳定、可靠，人机界面优良，提高了自动化控制水平，为实现“少人值守”奠定基础。在总结经验基础上，分别对良浅、范厝、大言水电站监控系统进行了改造，取得了很大成功。随着计算机技术发展，监控系统网络结构采用双环网、PLC直接上网等技术，以适应发电站智能化控制技术需求，提高生产系统运行效率。