隔河巖電廠改造分析論文

　　摘要：本文結合清江隔河巖水電廠計算機監控系統現地控制單元改造工程，重點探討了在國內大型水電廠首次使用施耐德以太網產品實現直接上網LCU的新型結構，討論了在這種結構下實現輸入、輸出、電源、CPU、聯接等冗余策略，特別是在二元輸入情況下，實現開關量輸入冗余的方法。分析了國際電工委員會IEEE1131五種語言FBD、LD、SFC、ST、IL各自不同特點，討論了使用結構化文本（ST）編寫PLC程序應采用的策略和方法。分析了使用交流采樣裝置與變送器的策略。討論了在水電廠現地進行LCU改造縮短工期的有效途徑。

　　關鍵詞：水電廠現地控制單元改造結構無人值班

　　經過多年努力，計算機監控系統在水電廠及其它領域的應用越來越廣泛。對于水電廠來說，采用一套結構合理、功能完善、可靠性高、人機界面友好的計算機監控系統，是水電廠提高安全生產水平，實現“無人值班（關門運行）”的環節。非?？上驳氖牵涍^國內同行們的努力，國內計算機監控技術的發展很快，已經接近或達到同類產品的國際先進水平。

　　隨著近幾年計算機硬件、軟件的快速發展，國內計算機監控技術不斷得到發展。本文作者參加了清江隔河巖水電廠計算機監控系統改造工程，現就該廠LCU改造的特點，改造中所采用的新技術及LCU新型結構，進行初步探索，談一下個人的看法，不當之處，希望批評指正。

　　1．監控系統改造的目標

　　隔河巖水電廠原采用加拿大的計算機監控系統，已穩定運行多年，為該廠安全生產及創國內一流水電廠作出了應有的貢獻。但隨著國民經濟的發展，對電力系統、對電廠的要求越來越高，向國際的一流水電廠的技術、管理水平看齊，創建國際一流水電廠，從而實現管理水平高、技術先進、人員進一步精練、關門運行的目標，勢在必行。一方面，原有的系統功能已不能滿足要求，另一方面備品備件訂貨越來越困難，而且價格非常高，對電廠的安全運行形成隱患。為此對老系統必須進行更新改造，以便為創國際一流水電廠打下堅實的基礎。對于LCU，改造的方法是：現地設備僅保留原有的盤柜柜體、自動準同期裝置和24V電源、照明等少量附件，其它全部拆除，取而代之的是新的LCU，采用施耐德公司Quantum系列PLC作為控制器。中國水利水電科學研究院自動化所提供了五套LCU，本文作者參加了LCU的研制、現場安裝調試等改造工作，本文是對改造工作的總結和思考。

　　2．LCU改造的特點

　　2．1控制流程方式不同

　　原監控系統是加拿大CAE研制的，CAE的模式與國內的一貫做法有很大差異。比如，開機有九大步，停機也有九大步。對于常規水電廠的機組，而我們的一貫做法是五態轉換，所謂五態即停機態、空轉態、空載態、發電態、不定態（前四種狀態中過渡狀態稱為不定態）。（對于有調相任務的機組，還有調相態；對于抽水蓄能機組，還有水泵態；但不在討論的常規機組范圍之內。）機組一定處于五種狀態之中。機組的開機、停機、解列、解列后并網等操作，不過就是機組在的停機態、空轉態、空載態、發電態四種狀態間的轉換。雖然兩種表示方法實質是一致的，但習慣于五態轉換的人，要熟悉開機、停機各九大步，需要一定的時間?？紤]到電廠從運行人員到檢修維護人員都諳熟這開、停機九大步這一因素，雖然編程與調試都需要付出較大的努力去適應，還是采用了原來的開、停機九大步形式，以方便電廠人員的運行與維護。

　　2．2使用結構化文本語言來編程

　　原有計算機監控系統的LCU的程序是使用文本化語言編寫的，它的風格與C語言相類似。與機組開停機形式采用各九大步相類似，由于電廠維護人員熟悉文本化語言，要求全部采用文本化的編程語言編寫LCU的程序。在使用可編程控制器（以下稱為PLC）時，我們通常使用梯形圖的語言。它的好處是編程易學、直觀、與電氣二次展開圖極為相似，非常適合電廠人員掌握，可以使現場維護人員方便的進行對程序的維護。在隔河巖計算機監控系統LCU部分改造中，采用了施耐德（Shneider）公司的Quantum系列PLC，編程軟件采用Concept2.2。該軟件支持國際電工委員會IEEE1131的標準的全部五種語言，即：支持FBD（FunctionBlockDiagram功能塊圖）、SFC（SequentialFunctionChart順序功能圖）、LD（LaddarDiagram梯形圖）、ST（StructuredText結構化文本）和IL（Instructionpst指令表）五種語言。前三種語言是圖形方式，后兩種是文本方式。由于指令表IL語言指令的特點，具有可讀性差，指令簡單，不直觀，可移植能力差，非結構化文本（有JUMP指令），數據處理能力不強（無循環FOR語句），只能適合較小規模的控制。ST語言是一種結構化的文本語言。它與C語言很相似。它不僅具有豐富的邏輯處理能力，它還具有IF、CASE、FOR、WHILE、REPEAT、EXIT、EMPTY等語句，數據處理能力非常強，沒有GOTO、JUMP或類似的指令。因此，它的移植性很好,有利于程序的標準化。它與FBD、LD、SFC相比，不夠直觀，與電氣二次展開圖相去較遠。另外，它的不足之處是占用較多內存且掃描周期要長一些（均與FBD、LD、SFC相比）。上面提到了LD語言的一些優點，FBD圖與電氣二次的原理圖更接近。FBD、SFC、LD都不具備IF、CASE、FOR、WHILE、REPEAT、EXIT、EMPTY等語句，數據處理能力不夠強。根據我個人使用情況，比較可取的方法有：（1）全部使用ST；（2）使用ST與FBD相結合；（3）使用ST與LD相結合。（2）和（3）兩種方法能夠將兩種語言的特點結合起來，是比較好的方式。因為用數據處理能力強的文本化語言處理數據，用直觀性好的LD或FBD編制順控流程，現場的技術人員能夠比較容易接受、容易理解、容易接受。現場的技術人員最關心的是順控流程。我個人比較傾向于（3）的方式。

　　但是對于熟悉使用C語言或類似C語言的其它文本化語言的工程技術人員來說，或者對于特別復雜的順控流程用LD或FBD實現很困難的情況，使用結構化文本ST語言是一個明智的選擇。隔河巖的情況就是這樣，他們原來加拿大CAE計算機監控的LCU的全部流程是用類似C語言的文本化的語言編制的，他們的機組順控流程也很復雜，因此電廠要求所有流程使用ST語言編制。這樣，改造后的LCU的程序，與原來的程序風格上接近，電廠的技術人員比較容易理解和維護。實踐證明，選擇ST語言是正確的。