水电站计算机监控系统组成和功能

      当我们提及水电站计算机监控系统时，您脑海中首先浮现的是什么呢？

      是中控室内那一台台的电脑和显示器，还是厂房内那一排排整齐的LCU控制盘柜？

      这些设备，正是构成水电站计算机监控系统的核心部分，它们在水电站的运行中发挥着至关重要的作用。

      今天这篇文章将和您一同回顾和学习水电站计算机监控系统的组成和功能。若有不足之处，欢迎大家批评指正。

一、现地控制层设备及功能

      水电站的现地控制层，主要由机组LCU、公用LCU、开关站LCU和闸门LCU等设备共同组成。

      每套LCU设备通过PLC（可编程逻辑控制器） CPU、内存、输入输出接口、数据通讯接口、人机接口、同期装置、交流采样表、通讯管理机、水机保护回路等相应硬软件组成。

其中主要设备的功能如下：

      CPU：PLC的核心部件，负责处理和执行存储在内存中的程序。CPU读取输入信号的状态，根据程序逻辑执行相应的操作，并输出控制信号。

      内存：用于存储PLC程序和数据的地方。内存分为只读存储器和随机存取存储器，分别用于存储固定程序和临时数据。

      输入输出接口：用于连接PLC与外部设备的接口。输入接口接收来自传感器和其他设备的信号，输出接口将控制信号传递给下层设备或执行机构。

      数据通讯接口：用于PLC之间的数据交换或与其他系统进行通信的接口。这包括串行通讯接口、以太网接口等，使得PLC能够与上级控制系统或者同层系统设备、下层系统设备进行数据交换和通信。

      人机接口：操作人员与PLC之间的交互界面。人机接口可以包括触摸屏、显示屏、键盘、鼠标等设备，用于显示监控数据和控制指令的输入。

      同期装置：用于实现发电机组的并网控制。同期装置检测发电机组的运行状态，自动调整机组的转速和电压，确保与电网同步并实现并网操作。

      交流采样表：用于对水电站运行过程中的交流电流、电压等进行采样和测量，提供实时的电气参数。

      通讯管理机：用于实现水电站监控系统中的数据通讯和管理，与上下级控制系统或设备进行数据交换和通信。

      水机保护回路：通过一系列的硬回路逻辑或独立的PLC软回路控制和保护措施，确保发生严重水力或电气事故时的安全停机后备保护。

现地控制层设备整体的功能如下：

      数据采集与处理：LCU能够采集水电站运行过程中的各种数据，如电流、电压、频率、功率等，并进行处理和分析。这些数据有助于了解机组的运行状态，为进一步的监控和控制提供依据。

      安全运行监视：LCU能够实时监控机组的运行状态，一旦发现异常或故障，及时进行报警和处理，确保水电站的安全运行。

      控制和调节：根据设定的参数和实际情况，LCU能够控制机组的运行模式和参数，如开关机、调速、调压等。这有助于确保机组在最优状态下运行，提高水电站的运行效率和稳定性。

      机组辅助设备的控制：LCU能够控制机组辅助设备的工作状态和参数，如进出水阀门、冷却水系统、气系统、油系统、冷气风机等。这有助于确保机组辅助设备与主机的协同工作，提高整个水电站的运行效率。

      数据通信：LCU能够与上级控制系统进行数据通信，上传机组的运行数据和状态信息，接收控制指令和设置参数。

      同时，LCU能够与调速、励磁、发电机保护、电能表等系统或设备通信，作为硬回路信号的补充，有助于LCU全面了解水电站的运行状况。

这有助于实现水电站的远程监控和操作。

      自诊断功能：LCU具备自诊断功能，能够对机组及其控制设备进行自诊断，发现故障及时报警并指示故障位置和类型。这有助于快速定位和解决问题，提高水电站的运维效率。

各现地控制层LCU的功能如下：

      机组LCU主要负责监控水轮发电机组及相关设备的运行。

      它通过与机组的调速、励磁、辅机等系统及相应的传感器和执行器进行数据交换，实时监测机组的运行状态，如转速、功率、压力和温度等。

      机组LCU还根据中控室的指令和预设的控制逻辑，控制机组的启动、停止和调节，确保机组在最优状态下运行。

      此外，机组LCU还具备故障诊断和预防性维护功能，能够及时发现潜在的故障并进行处理，提高机组的可靠性和寿命。

      公用LCU主要负责对水电站公用设备的监控和控制，例如水泵、风机、油泵、空气压缩机等辅助设备。

      通过与这些设备的传感器和执行器进行数据交换，公用LCU能够实时监测设备的运行状态和参数，并根据需要对其进行控制和调节。

      开关站LCU主要负责对水电站内的开关站进行监控和控制。

      开关站是水电站的重要组成部分，负责电能的分配和传输。

      开关站LCU能够实时监测开关站断路器、刀闸设备的运行状态和参数，如分闸、合闸、电压、电流、频率等。

      此外，开关站LCU还具备保护功能，能够根据设定的逻辑参数对开关站设备进行保护和控制，确保其安全稳定运行。

      闸门LCU主要负责对水电站内的闸门进行监控和控制。

      闸门是水电站中用于调节水位的关键设备。通过与闸门的传感器和执行器进行数据交换，闸门LCU能够实时监测闸门的开度、水位等信息。

      同时，根据实际需要和控制逻辑，闸门LCU可以控制闸门的开启和关闭，确保水电站的水位调节和水流控制。

二、厂站控制层设备及功能

      水电站计算机监控系统的厂站控制层设备主要包括数据采集服务器、历史数据服务器、操作员工作站、工程师站、厂内通讯工作站、语音报警工作站、报表工作站、卫星同步时钟系统及网络交换机等。这些设备共同协作，完成对水电站的监控任务。

具体功能如下：

      数据采集与处理：数据采集服务器负责实时采集水电站各设备的运行状态、参数等信息，并进行必要的预处理和计算。

      这些数据包括电气、温度、压力、液位和流量等，有助于计算机系统用于画面显示、更新，控制调节、记录检索、统计报表，操作、管理指导和事故分析等。

      实时调节及控制：操作员工作站负责实时监控水电站的运行状态，并根据实际需要和控制逻辑，进行必要的调节和控制。

      它能够实现开停机、分合开关等顺序控制，机组有功功率和无功功率调节，自动发电控制和自动电压控制等功能。

      运行参数设定及计算：如设定电气参数、控制逻辑等，并完成相应的优化和调整。

      实时监视及异常报警：各控制层设备都能够实时监控水电站的运行状态，并在发现异常或故障时及时进行报警和处理，确保水电站的安全运行。

      报表制作：可以利用历史数据服务器记录的数据，根据需要制作生成各种报表，如运行统计报表、故障记录表等，为水电站的运行管理和决策提供数据支持。

      系统诊断：工程师站负责对整个监控系统进行诊断和维护，及时发现和修复系统故障，确保系统的稳定性和可靠性。

三、调度控制层设备及功能

      水电站计算机监控系统的调度控制层设备是实现水电站与上级调度中心之间有效沟通的关键环节，有助于提高整个流域或区域的能源利用效率和水电站运行安全性。

      水电站计算机监控系统的调度控制层设备主要包括调度通讯服务器和相关网安设备等，其主要功能如下：

      数据采集与处理：与厂站控制层类似，调度控制层设备也负责采集和处理水电站各设备的运行状态、参数等信息。这些数据经过处理后，将被用于监视、控制、分析和存储。

      接收并处理调度指令：调度控制层能够接收来自上级调度中心的指令，并根据这些指令调整水电站的运行状态。这些指令可能包括调整机组出力、改变开关状态等。

      数据通信：调度控制层负责与其他系统进行数据交换，如网调、省调、水情测报系统等。

      通过数据通信，调度控制层可以实时获取水电站及其周边环境的各种信息，如水文数据、电网状态等。

      人机交互：调度控制层提供人机交互界面，使得操作员可以直观地监控水电站的运行状态，并下达相应的控制指令。

      故障报警与处理：当水电站出现异常或故障时，调度控制层能够及时报警，并根据预设的逻辑进行处理，确保水电站的安全运行。

      历史数据管理：调度控制层负责存储和管理水电站的历史数据，如机组运行记录、故障记录等。这些数据对于分析水电站运行状态、预测未来趋势等具有重要的参考价值。

      与其他系统的集成：调度控制层能够与其他智能数据采集功能装置进行集成，实现更广泛的数据共享和远程监控。

四、网络设备及功能

      在水电站计算机监控系统中，网络层设备通过两台主网络交换机和多台现地网络交换机的协同工作，通过光缆连接，采用环形、星形或混合网络拓扑结构。

      形成了各层之间互联互通的网络系统，按照约定的网络协议组成数据链路，可实现数据的可靠传输、软硬件资源共享和信息通信的目的。

      主网络交换机是整个监控系统中的核心设备之一，主要负责与上层控制层和下层现地控制层之间的数据交换。

      主网络交换机具有高速数据传输能力和高可靠性，能够保证数据在网络中的稳定传输。

      同时，主网络交换机还具备多种网络管理功能，有助于提高网络管理的效率和安全性。

      现地网络交换机是连接现地控制层设备和主网络交换机的关键设备。

      每台现地网络交换机负责将多个现地控制层设备接入到主网络中，实现数据的传输和路由。

      现地网络交换机具有灵活的扩展性和可靠性，能够适应各种工业环境下的恶劣条件，保证数据传输的稳定性和实时性。

      这种结构能够满足水电站监控系统对数据传输的实时性、可靠性和稳定性的要求，保证水电站的稳定运行和高效管理。

      随着技术的不断进步和应用需求的增加，这些网络层设备和功能也在不断升级和完善，以提高系统的性能和稳定性，更好地适应各种复杂的工业环境。