隨著我國(guó)水電站的興建，微機(jī)綜合自動(dòng)化技術(shù)得到了大力推廣，而無(wú)人值班或少人值守成為水電站重要的發(fā)展方向，并取得了可喜的成果。目前中小型水電站運(yùn)行中還存在很多問(wèn)題，運(yùn)行水平不高，嚴(yán)重制約其經(jīng)濟(jì)效益的發(fā)展，使得安全事故頻發(fā)。因此，必須加強(qiáng)微機(jī)綜合自動(dòng)化的應(yīng)用，提高水電站的運(yùn)行水平，增加其技術(shù)含量和經(jīng)濟(jì)效益，推動(dòng)新時(shí)期中小型水電站的可持續(xù)發(fā)展。
1 中小型水電站微機(jī)綜合自動(dòng)化的發(fā)展
在中小型水電站中，初是運(yùn)用常規(guī)的控制方式來(lái)完成自動(dòng)化的，這就出現(xiàn)設(shè)備笨重、維修量大等問(wèn)題，也增加了人工操作，人為誤操作事故發(fā)生頻繁，使得人機(jī)、人人間的協(xié)調(diào)難度加大，機(jī)組運(yùn)行的可靠性和穩(wěn)定性大幅度降低。而隨著數(shù)字電路技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，微機(jī)綜合自動(dòng)化技術(shù)開(kāi)始發(fā)展起來(lái)，為中小型水電站自動(dòng)化發(fā)展提供了條件，可以將大型水電廠的自動(dòng)化技術(shù)直接套用過(guò)來(lái)，并進(jìn)行一定的簡(jiǎn)化整改。要控制水電站的主設(shè)備和輔助設(shè)備，可以直接通過(guò)微機(jī)系統(tǒng)或控制單元，運(yùn)用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)單元聯(lián)網(wǎng)，加強(qiáng)對(duì)水電站某一功能單元數(shù)據(jù)信息的監(jiān)控管理，終實(shí)現(xiàn)中小型水電站的集中監(jiān)視和遠(yuǎn)程控制。
2 微機(jī)綜合自動(dòng)化中計(jì)算機(jī)的功能
2．1 數(shù)據(jù)通信功能
微機(jī)綜合自動(dòng)化的基本功能就是數(shù)據(jù)通信功能，主要是通過(guò)本單元機(jī)組的控制PLC 設(shè)備、微機(jī)溫度巡檢裝置、微機(jī)調(diào)速器、微機(jī)勵(lì)磁裝置、保護(hù)設(shè)備等來(lái)變換數(shù)據(jù)，對(duì)水電站控制層需要的信息進(jìn)行實(shí)時(shí)上傳，并由水電站控制層發(fā)出命令。
2．2 系統(tǒng)診斷功能
中小型水電站微機(jī)綜合自動(dòng)化的另一個(gè)重要功能就是進(jìn)行系統(tǒng)診斷，通過(guò)機(jī)組現(xiàn)地LCU 進(jìn)行硬件和軟件故障的自檢，直接對(duì)故障的輸入、輸出模板進(jìn)行確定。在離線自檢中還有多種軟件的應(yīng)用，通過(guò)自檢將故障信息向主控級(jí)上傳，使得主控制臺(tái)顯示打印更加方便。
2．3 統(tǒng)計(jì)和分析功能
結(jié)合采集到的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，計(jì)算機(jī)內(nèi)部會(huì)根據(jù)周期定時(shí)進(jìn)行計(jì)算分析，形成計(jì)算數(shù)據(jù)庫(kù)與歷史數(shù)據(jù)庫(kù)，這樣運(yùn)行人員在進(jìn)行監(jiān)視和管理中就會(huì)更加方便，及時(shí)發(fā)現(xiàn)機(jī)器故障，做好機(jī)組運(yùn)行的防范性措施。對(duì)于現(xiàn)成的計(jì)算數(shù)據(jù)，可以將其列為實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并在實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)和歷史數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行存儲(chǔ)，此時(shí)越限報(bào)警、啟動(dòng)處理程序等操作就可以進(jìn)行。
2．4 安全運(yùn)行監(jiān)視和報(bào)警功能
微機(jī)綜合自動(dòng)化中要對(duì)主要設(shè)備進(jìn)行安全性的實(shí)時(shí)監(jiān)視，通過(guò)計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行人員就可以對(duì)主機(jī)工作站顯示器屏幕進(jìn)行操控，實(shí)時(shí)監(jiān)控全廠設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)和運(yùn)行參數(shù)，比如狀態(tài)變化、越限檢查、歷史趨勢(shì)分析和監(jiān)控系統(tǒng)異常等。在監(jiān)視機(jī)組運(yùn)行轉(zhuǎn)換過(guò)程中，如果發(fā)生過(guò)程阻滯，其阻滯原因就會(huì)顯示，機(jī)組現(xiàn)地控制單元可以進(jìn)行其安全狀態(tài)的轉(zhuǎn)換。在分析其趨勢(shì)中，分析機(jī)組主要是對(duì)運(yùn)行參數(shù)的變化進(jìn)行分析，比如機(jī)組軸承和發(fā)電機(jī)的溫度變化趨勢(shì)、機(jī)組電壓和負(fù)荷變化、勵(lì)磁電壓和電流變化等。在監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)控中，其工作狀況、通信狀態(tài)等都要保證可以正常運(yùn)行。而且微機(jī)綜合自動(dòng)化還具備故障報(bào)警記錄功能，通過(guò)其周期性的故障信號(hào)掃描，如果有故障發(fā)生系統(tǒng)就會(huì)產(chǎn)生響應(yīng)并進(jìn)行處理。其中故障的發(fā)生時(shí)間、動(dòng)作設(shè)備器件名稱、事故內(nèi)容等都會(huì)被系統(tǒng)記錄下來(lái)，并對(duì)故障報(bào)警語(yǔ)句進(jìn)行顯示，發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)，排列故障發(fā)生的先后順序，在數(shù)據(jù)庫(kù)中直接將形成的故障記錄存入。
3 微機(jī)綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的配置
3．1 電站控制層
在控制室會(huì)設(shè)置電站控制層設(shè)備，主機(jī)操作員工作站對(duì)其進(jìn)行控制管理，其中包括通訊工作站、主控制臺(tái)、漢字打印機(jī)、GPS 時(shí)鐘同步裝置、語(yǔ)音報(bào)警裝置、UPS 電源等設(shè)備。這一配置的功能很多，主要是對(duì)各現(xiàn)地控制層工作進(jìn)行協(xié)調(diào)和管理，處理存儲(chǔ)其收集到的信息，并進(jìn)行本站被控對(duì)象的安全監(jiān)視和控制。而且操作員可以通過(guò)主控制室的人機(jī)接口直接在線修改數(shù)據(jù)庫(kù)和畫(huà)面，人工設(shè)定、設(shè)置監(jiān)控狀態(tài)、修改限值、事故處理指導(dǎo)和恢復(fù)操作指導(dǎo)等都是其主要的功能，會(huì)在LCU得到傳遞。如果監(jiān)控主機(jī)取得工作執(zhí)行的控制權(quán)，監(jiān)控命令就可以輸出，而另一臺(tái)工作站只作監(jiān)測(cè)和數(shù)據(jù)通信，它們可以互相跟蹤，并進(jìn)行跟蹤判別，如果發(fā)現(xiàn)異常，系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)進(jìn)行信號(hào)切換，主機(jī)工作就會(huì)由其他工作站代替。此時(shí)主機(jī)故障也會(huì)顯示，一旦主機(jī)修復(fù)啟動(dòng)，主機(jī)就會(huì)繼續(xù)進(jìn)行監(jiān)控，數(shù)據(jù)也會(huì)輸入主機(jī)系統(tǒng)。
3．2 現(xiàn)地控制層( LCU)
這一配置有兩部分: 機(jī)組LCU 和公共LCU，其中的主要設(shè)備包括人機(jī)界面終端、智能I /O 控制器、I /O 模塊、輸出繼電器、準(zhǔn)同期裝置、溫度測(cè)量裝置、轉(zhuǎn)速信號(hào)測(cè)量裝置、數(shù)字式測(cè)量?jī)x表和交直流雙供電源等。在現(xiàn)地控制層中，可以實(shí)時(shí)監(jiān)控水輪發(fā)電機(jī)組、電氣一次設(shè)備和公用設(shè)備，工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò)可以實(shí)現(xiàn)現(xiàn)地控制層和全站控制層信息的連續(xù)交換，并完成數(shù)據(jù)共享。如果電站控制層出現(xiàn)故障，使得運(yùn)行停止，現(xiàn)地控制層也不會(huì)受到其影響，可以繼續(xù)運(yùn)行?，F(xiàn)地LCU 和以太網(wǎng)聯(lián)接了微機(jī)保護(hù)裝置、轉(zhuǎn)速、溫度巡檢、調(diào)速器和勵(lì)磁系統(tǒng)等設(shè)備，有利于加強(qiáng)其參數(shù)的監(jiān)視和控制。還有一些設(shè)備沒(méi)有通訊接口，現(xiàn)地控制單元中的I /O 模塊可以完成其控制和狀態(tài)檢測(cè)。
3．3 通訊網(wǎng)絡(luò)設(shè)備
微機(jī)綜合自動(dòng)化中的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)形式通常是以工業(yè)以太網(wǎng)、網(wǎng)絡(luò)通信介質(zhì)為多模光纖和屏蔽雙交電纜線。在微機(jī)綜合自動(dòng)化的網(wǎng)絡(luò)傳輸中，其傳輸速率是100 Mbit / s，節(jié)點(diǎn)數(shù)達(dá)340 個(gè)，使得網(wǎng)絡(luò)的任一節(jié)點(diǎn)都可以與其它節(jié)點(diǎn)和網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行信息交流，如果其中某一節(jié)點(diǎn)有故障，它就會(huì)自動(dòng)退出網(wǎng)絡(luò)，并不會(huì)對(duì)網(wǎng)絡(luò)的其它節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生影響。對(duì)電站控制層工作站間、現(xiàn)地控制層( LCU) 全部數(shù)據(jù)的傳輸和訪問(wèn)請(qǐng)求，網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)都可以完成，而且其開(kāi)放性良好。在這一監(jiān)控系統(tǒng)中，任何元器件故障和出現(xiàn)系統(tǒng)誤操作的情況都不會(huì)發(fā)生，其網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)更加成熟可靠。
3．4 系統(tǒng)軟件
水電站中微機(jī)綜合自動(dòng)化系統(tǒng)軟件運(yùn)用的是中文版的Windows NT 軟件，其實(shí)時(shí)性、穩(wěn)定性、可靠性和保密性都非常好。對(duì)于整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的資源都可以進(jìn)行管理，比如CPU、存儲(chǔ)器、外部設(shè)備等，其它軟件和系統(tǒng)資源的接口它也可以直接提供。而其應(yīng)用軟件也有很好的人機(jī)界面和開(kāi)放性，多種通訊協(xié)議的監(jiān)控軟件都可以運(yùn)行，其監(jiān)控畫(huà)面、控制流程、報(bào)表等方面都有非常靈活的配置，使用維護(hù)更加方便。
4 結(jié)語(yǔ)
隨著我國(guó)水電站的興建，其中出現(xiàn)了很多問(wèn)題，使得微機(jī)綜合自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用成為必然。目前微機(jī)綜合自動(dòng)化在中小型水電站中應(yīng)用普遍，其不僅實(shí)現(xiàn)了對(duì)水電站運(yùn)行狀態(tài)的控制、監(jiān)視和報(bào)警要求，還滿足了水電站的遙測(cè)、遙控、和少人值守的需求，推動(dòng)了中小型水電站的穩(wěn)定發(fā)展。