隔河巖電廠改造分析論文

　　摘要：本文結(jié)合清江隔河巖水電廠計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)現(xiàn)地控制單元改造工程，重點探討了在國內(nèi)大型水電廠首次使用施耐德以太網(wǎng)產(chǎn)品實現(xiàn)直接上網(wǎng)LCU的新型結(jié)構(gòu)，討論了在這種結(jié)構(gòu)下實現(xiàn)輸入、輸出、電源、CPU、聯(lián)接等冗余策略，特別是在二元輸入情況下，實現(xiàn)開關(guān)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(jié)構(gòu)化文本（ST）編寫PLC程序應(yīng)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(xiàn)地進(jìn)行LCU改造縮短工期的有效途徑。

　　關(guān)鍵詞：水電廠現(xiàn)地控制單元改造結(jié)構(gòu)無人值班

　　經(jīng)過多年努力，計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)在水電廠及其它領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛。對于水電廠來說，采用一套結(jié)構(gòu)合理、功能完善、可靠性高、人機(jī)界面友好的計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，是水電廠提高安全生產(chǎn)水平，實現(xiàn)“無人值班（關(guān)門運行）”的環(huán)節(jié)。非常可喜的是，經(jīng)過國內(nèi)同行們的努力，國內(nèi)計算機(jī)監(jiān)控技術(shù)的發(fā)展很快，已經(jīng)接近或達(dá)到同類產(chǎn)品的國際先進(jìn)水平。

　　隨著近幾年計算機(jī)硬件、軟件的快速發(fā)展，國內(nèi)計算機(jī)監(jiān)控技術(shù)不斷得到發(fā)展。本文作者參加了清江隔河巖水電廠計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)改造工程，現(xiàn)就該廠LCU改造的特點，改造中所采用的新技術(shù)及LCU新型結(jié)構(gòu)，進(jìn)行初步探索，談一下個人的看法，不當(dāng)之處，希望批評指正。

　　1．監(jiān)控系統(tǒng)改造的目標(biāo)

　　隔河巖水電廠原采用加拿大的計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，已穩(wěn)定運行多年，為該廠安全生產(chǎn)及創(chuàng)國內(nèi)一流水電廠作出了應(yīng)有的貢獻(xiàn)。但隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，對電力系統(tǒng)、對電廠的要求越來越高，向國際的一流水電廠的技術(shù)、管理水平看齊，創(chuàng)建國際一流水電廠，從而實現(xiàn)管理水平高、技術(shù)先進(jìn)、人員進(jìn)一步精練、關(guān)門運行的目標(biāo)，勢在必行。一方面，原有的系統(tǒng)功能已不能滿足要求，另一方面?zhèn)淦穫浼嗀浽絹碓嚼щy，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(tǒng)必須進(jìn)行更新改造，以便為創(chuàng)國際一流水電廠打下堅實的基礎(chǔ)。對于LCU，改造的方法是：現(xiàn)地設(shè)備僅保留原有的盤柜柜體、自動準(zhǔn)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(xué)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(xiàn)場安裝調(diào)試等改造工作，本文是對改造工作的總結(jié)和思考。

　　2．LCU改造的特點

　　2．1控制流程方式不同

　　原監(jiān)控系統(tǒng)是加拿大CAE研制的，CAE的模式與國內(nèi)的一貫做法有很大差異。比如，開機(jī)有九大步，停機(jī)也有九大步。對于常規(guī)水電廠的機(jī)組，而我們的一貫做法是五態(tài)轉(zhuǎn)換，所謂五態(tài)即停機(jī)態(tài)、空轉(zhuǎn)態(tài)、空載態(tài)、發(fā)電態(tài)、不定態(tài)（前四種狀態(tài)中過渡狀態(tài)稱為不定態(tài)）。（對于有調(diào)相任務(wù)的機(jī)組，還有調(diào)相態(tài)；對于抽水蓄能機(jī)組，還有水泵態(tài)；但不在討論的常規(guī)機(jī)組范圍之內(nèi)。）機(jī)組一定處于五種狀態(tài)之中。機(jī)組的開機(jī)、停機(jī)、解列、解列后并網(wǎng)等操作，不過就是機(jī)組在的停機(jī)態(tài)、空轉(zhuǎn)態(tài)、空載態(tài)、發(fā)電態(tài)四種狀態(tài)間的轉(zhuǎn)換。雖然兩種表示方法實質(zhì)是一致的，但習(xí)慣于五態(tài)轉(zhuǎn)換的人，要熟悉開機(jī)、停機(jī)各九大步，需要一定的時間。考慮到電廠從運行人員到檢修維護(hù)人員都諳熟這開、停機(jī)九大步這一因素，雖然編程與調(diào)試都需要付出較大的努力去適應(yīng)，還是采用了原來的開、停機(jī)九大步形式，以方便電廠人員的運行與維護(hù)。

　　2．2使用結(jié)構(gòu)化文本語言來編程

　　原有計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的LCU的程序是使用文本化語言編寫的，它的風(fēng)格與C語言相類似。與機(jī)組開停機(jī)形式采用各九大步相類似，由于電廠維護(hù)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(xué)、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(xiàn)場維護(hù)人員方便的進(jìn)行對程序的維護(hù)。在隔河巖計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)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(biāo)準(zhǔn)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)化文本（有JUMP指令），數(shù)據(jù)處理能力不強(qiáng)（無循環(huán)FOR語句），只能適合較小規(guī)模的控制。ST語言是一種結(jié)構(gòu)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(shù)據(jù)處理能力非常強(qiáng)，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(biāo)準(zhǔn)化。它與FBD、LD、SFC相比，不夠直觀，與電氣二次展開圖相去較遠(yuǎn)。另外，它的不足之處是占用較多內(nèi)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(yōu)點，F(xiàn)BD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(shù)據(jù)處理能力不夠強(qiáng)。根據(jù)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(jié)合；（3）使用ST與LD相結(jié)合。（2）和（3）兩種方法能夠?qū)煞N語言的特點結(jié)合起來，是比較好的方式。因為用數(shù)據(jù)處理能力強(qiáng)的文本化語言處理數(shù)據(jù)，用直觀性好的LD或FBD編制順控流程，現(xiàn)場的技術(shù)人員能夠比較容易接受、容易理解、容易接受。現(xiàn)場的技術(shù)人員最關(guān)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(shù)人員來說，或者對于特別復(fù)雜的順控流程用LD或FBD實現(xiàn)很困難的情況，使用結(jié)構(gòu)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(jī)監(jiān)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(jī)組順控流程也很復(fù)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(fēng)格上接近，電廠的技術(shù)人員比較容易理解和維護(hù)。實踐證明，選擇ST語言是正確的。