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文献标识码：B 文章编号：1003－0492(2002)01－0014－03 中图分类号：TP277
广州蓄能水电厂B 厂计算机监控系统
SCADA System in Guangzhou Pumped Storage Power Station Plant B
（广州蓄能水电厂，广州 从化 510950） 刘 昕
摘要：对广州蓄能水电厂B 厂计算机监控系统的构成与配置，PROKON-LSX 计算机监控系统的技术特性、主要功能及特点进行介绍、分析与讨论。文中对该监控系统中的一些设计亮点进行了阐述，从实际应用角度对该系统作出了评价。 关键词：水电厂；监控系统；自动化；远程测控终端
Abstract: Introduction, analysis and discussion of the structure and configuration of SCADA system, the technical characteristics of PROKON-LSX system, and the main functions and features of the SCADA system in Guangzhou Pumped Storage Power Station Plant B. The highlights of the system design are described in this paper, and the system is evaluated on the view of practical application.
Key words: hydraulic power plant ；SCADA ；automation ；RTU
1 引言
广州蓄能水电厂是我国第一座高水头、世界上装机容量最大的抽水蓄能电厂。电厂一、二期工程（即
A 、B 厂）总装机容量240万千瓦，安装了8台30万千瓦可逆式水泵水轮机组。其中，B 厂4台30万千瓦机组主要采用德国西门子-伏伊特联合体进口设备。机组转速500转/分，设计水头535米，电厂综合效率为76%。电厂的运行控制核心—计算机监控系统的作用尤为突出。本文重点对广州蓄能水电厂B 厂（以下简称广蓄B 厂）计算机监控系统的构成、配置及主要功能进行介绍、分析与讨论。 2 系统的构成与配置
广蓄B 厂的计算机监控系统是以数据总线为通
收稿日期：2001－09－04 作者简介：刘昕（1974－），男，陕西省宝鸡市人，电气助理工程师，大学本科学历，1996年毕业于重庆大学电子信息工程学院，主要从事发电厂计算机监控系统的运行维护、设备检修和系统开发工作。 信介质，能远程监控、自动运行的智能型分层分布的开放式控制系统。整个系统由调度层、中控室层和单元控制层组成，结构如图1所示。
图1 广蓄B 厂计算机监控系统结构图
调度层包括广东省电力局中心调度所（以下简称中调）的EMS 能量管理系统及其与广蓄B 厂中控室层相连接的通信设备和通信介质。电厂监控系统通过通信门向中调EMS 系统发送上行遥测、遥信量，并接受中调发出的遥控、遥调量。
中控室层为采用多工作站结构的双总线型计算机网络。主要包括8台SUN Ultra 1 Model 140型工作站。它们分别是两台互为热备用的主计算机（MC ），两台互为冷备用的数据库服务器（DC ），一台工程师站及三台相互独立的操作员工作站（OC ）。各工作站除具有通用的功能外，还能完成各自特有的功能。在运行过程中，它们均可通过网络远程登录到其它任何一台工作站读取其中的信息。通信总线为采用西门子SINEC-H1现场总线的光纤网络。
应用实例 广州蓄能水电厂Ｂ厂计算机监控系统
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单元控制层由10个采用可编程序控制器（PLC ）的远程测控终端（RTU ）和两套事故追忆（SOE ）装置组成。根据其控制对象的不同，5～8号机组为RTU1～4，500kV 开关站为RTU5，机组公用RTU6，全厂公用RTU7，上水库RTU8，下水库RTU9及模拟屏RTU10。两套SOE 事故追忆装置，一套位于开关站，一套位于主厂房（四台机组公用）。所有RTU 均采用西门子PLC 系列产品SIMATIC S5。在10个RTU 中，除上、下水库外，均采用SIMATIC S5-155H ，CPU948R 双重化结构配置。上、下水库RTU 采用SIMATIC S5-155U ，CPU948非双重化配置。两套SOE 事故追忆装置也由S5-155U 组成，采用OSC-E490为事件实时记录模块，实现分辨率为1ms 的控制信号的事件记录及计算。
3 PROKON-LSX 技术特性
广蓄B 厂计算机监控系统采用西门子公司专门为水电厂设计的PROKON-LSX 系统。它是基于UNIX 操作系统的分布式进程控制系统，支持包括OSI 和TCP/IP 通信协议、SQL 数据库访问、C 语言编程、DYNAVIS-X 及Motif 图形用户接口等一系列标准，是符合现代开放式系统标准的可扩充分布式体系结构。ORACLE 数据库通过使用工业标准的查询语言SQL 能灵活的对数据进行查询和检索。另外，先进的图形显示技术通过图形用户接口（GUI ）提供现代的全图形窗口式工作环境，运行在分布式环境下的单显示器或双显示器工作站上。GUI 采用的标准是DYNAVIS-X 、X-WINDOWS/Motif ，其监控画面的内部结构可分若干级，每级下面又可分多层。在SUN Ultra 1 Model 140工作站支持下调用画面的响应时间在1s 以内，工作站支持双以太网。由于广蓄B 厂计算机监控系统各工作站采用分布式体系结构，将各种监视功能合理的分配到各工作站，因而不像集中式系统对主机的性能有太高的要求，由此使主机的CPU 负载率得以降低，整个系统达到合理而可靠的状态。 采用PROKON-LSX 系统的中控室层与单元控制层RTU 的通信是通过SIMATIC S5与PROKON-LSX 之间的标准通信接口LSX-CI 来完成的。该接口采用Client/Server 通信模式，并通过接口管理模块实现数据交换的监视和管理。
PROKON-LSX 与中调层的通信是通过通信接口Link Server 来实现的。通过两台主计算机的4个串行口与中调相连接，采用VAN-COMM 通讯协议，每台主计算机都通过一个同步调制解调器和一个异步调
制解调器分别与中调的主控系统和备用系统相连接。由于PROKON-LSX 是运行在SUN 的UNIX 工作站上的监控系统，而它本身并不支持VAN-COMM 协议，需另外增加两台符合工业标准的PC 机作为PROKON-LSX 与中调通信的接口。这样，支持VAN-COMM 协议的两台PC 机就成为PROKON-LSX 系统主计算机与中调之间的通信桥梁。整个Link Server 采用超时检测来确定各部分之间的连接是否正常。
4 系统主要功能及特点
(1) 中控室层自动周期性地采集单元控制层各RTU 和调度层的有关过程参数，并采用循环采样与门槛采样相结合的方式压缩数据传送量，提高系统的实时性。
(2) 中控室层将采集到的所有数据进行处理，并进行多级报警、梯度监视和趋势分析。除完成一般性的过程控制与监视任务，还对系统运行状况进行异常监视。对全厂机组及其它控制对象进行控制与调节，特别是机组工况转换控制、自动发电控制、自动电压控制、抽水联合控制、频率控制、水库水位管理及地下厂房水位升高事故处理。同时提供压缩报警和语音报警，形成各类记录报表，统计资料。累积电厂运行数据，为提高电厂运行维护水平提供技术管理的依据。中控室层还具有GPS 时钟同步控制、系统诊断、容错及软件开发等功能。
(3) 单元控制层的各RTU 是控制对象与监控系统上位机之间的重要桥梁。肩负着接收上位机下达的命
令、数据采集、机组开停机顺序控制、就地监视机组参数、故障检测及报警、内部闭锁、打时标及自动控制并向上位机传送信息的重任。
(4) 单元控制层的RTU 软件采用面向对象的程序设计方法，该程序由组织块、程序块、功能块、数据块和顺控块等组成。系统将一些常用功能编制成标准功能块，在实际应用中反复调用，使整个RTU 的软件结构清晰、可读性强。功能性分块的编程理念使RTU 程序组织更加合理，控制方式更加灵活，更趋集成化。
(5) 单元控制层的各RTU 的通信功能及通信设计使该层结构清晰，层次分明。简化了不少冗余的硬件连接及接口，提高了通信效率，降低了信号接入的成本，并在可靠的通信方式支持下发挥了各控制对象组团的“小系统”优势，使各个小系统既内部管理、操控得当，又与RTU 保持了密切的信号交流，并处
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在RTU 的完全监管之下，既扩大了监控面、监控点及信息量，又不致加重RTU 的处理负担，提高了RTU 的经济运行效率。
(6) 针对各种控制对象组团的不同情况，基于SIMATIC S5的RTU 提供了多种通信解决方案。如通过Profibus 双端口通信，并以硬件连接作后备，通过Profibus 单端口通信，通过串口连接RS485/RS232通信及通过现场总线SINEC-H1、SINEC-L2通信等，各种方案针对不同的控制对象，因此，适应性强、效果好。在广蓄B 厂计算机监控系统从建设调试期到投产达标的生产实践中，这种基于“小系统”的RTU 通信设计方案表现出运行稳定、工作可靠、故障率极低的优势，为监控系统的可靠、稳定运行打下了坚实的基础。
(7) 强大的自诊断功能及灵活的编程方式是单元控制层RTU 的另一特。基于双重化结构设计的RTU 保证了其高可靠的运行。各种硬件及软件的故障诊断方法确保了RTU 的故障能够迅速的定位，方便的分析及快速的解决和处理。通过RTU 编程器联机故障诊断功能，使用中断堆栈、块堆栈及故障诊断数据块（Error DB ），RTU 的故障就可迎刃而解。另外，利用便携式编程器PG740或网络编程器PG760，可方便地实现RTU 的软件编制、修改及测试。值得一提
的是其网络编程器PG760通过与计算机监控系统双总线的方便挂接，利用工业以太网的远程通信，可方便的实现身处一地，访问全厂不同地点RTU 的便利。特别是对于离主厂房位置较远的RTU ，如开关站RTU 及上、下水库RTU ，这一功能更显实用，避免了编程人员携带编程器远途奔波之苦，也提高了系统故障时的快速响应能力。
5 结语
广蓄B 厂计算机监控系统1998年开始安装调试至今的运行期间也遇到了不少问题。例如，RTU 采集信号信息量定义不足导致一些监控对象的信息无法全面的显示与监控，有的监控变量定义不合理，机组RTU 控制软件存在某些编制缺陷等，但都在调试人员的努力下得到解决和进一步完善。随着电厂运行日趋稳定和监控系统的日益完善，该系统的绝大多数故障集中在一些就地传感元件及执行机构上。从调度层到中控室层再到单元控制层，整个监控系统的运行日趋稳定，出错率越来越低，可靠性、实用性大大提高，为整个广蓄B 厂的安全稳定运行创造了一个良好的条件，同时也大大提高了电厂的各项运行指标和考核指标。2001年6月，广蓄B 厂正式实行中控室“无人值班”。
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2002年5月《自动化博览—现场总线技术文集》
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