水电厂计算机监控系统改造和实践

一、总述
福建水口发电公司是华东地区最大的水电厂，装机7*200MW，直接担负电网调峰调频重任，安全可靠运行非常重要。原有的监控系统是由美国SI公司开发引进的，随着科技的快速发展，原有系统的软、硬件水平落后，功能不完善，系统响应速度慢等缺点已不能满足机组安全高效运行的要求。因此，公司对监控系统进行了全面改造，采用了新一代计算机监控系统软件NARI NC2000（NARI ACCess plus）计算机监控系统。它是国电自动化研究院自控所（南瑞自控）在总结多年开发水电厂计算机监控系统经验的基础上，充分吸收国际上计算机科学领域中的最新技术，将面向对象的设计方法结合国内水电厂综合自动化的新要求，开发的基于分布式对象技术的具有真正跨平台风格的水电厂自动化监控系统。NC2000 秉承了NARI ACCess 的诸多优点，运行安全、可靠，具有充分的开放性和可扩展性，专门为水电厂设计的丰富功能和应用，用户界面更加友善。
二、监控系统硬件配置
水口水电厂计算机监控系统采用NARI NC2000计算机监控系统和NARI SJ500现地控制单元：
1、上位机设备
两台HP公司的DS20E数据服务器作为主机，用于运行与监控系统相关的所有驱动程序、实时数据处理以及AGC/AVC等软件，完成历史数据查询、数据备份等。两台主机的节点名称分别为skmain1和skmain2，它们采用主机－热备用机的工作方式，当工作主机故障或停机时，热备用机可自动升为主机工作，以提高系统的可靠性。
两台SUN BLADE2000工作站作为操作员站，各配有一台21吋液晶显示器，它们是监控系统的运行控制台，完成实时监视和实时控制工作。同时两台操作员站都有语音报警和打印历史数据的功能。两台操作员站的节点名称分别为skop1和skop2。
工程师工作站及培训工作站，也采用SUN BLADE2000工作站。工程师工作站用于修改定值，增加和修改画面，并可进行系统维护、软件开发工作及远程诊断等。培训工作站可用于离线设置，对运行人员进行监控仿真培训。工程师工作站和培训工作站均可作为操作员站，可实现操作员站的所有功能，节点名称分别为skeng1和skeng2。
一台HP公司的DS20E服务器作为WEB查询服务器，用于通过连接MIS系统的用户对监控数据进行网络浏览。考虑到网络安全，配有3个网络接口，其中两个连到监控系统的双以太网上；另一个连到MIS网上。
厂内通讯服务器一套，采用SUN BLADE2000工作站。用于完成与厂内MIS系统、水情系统、大坝观测系统、消防系统、模拟屏及工业电视的接口。
通信工作站两套，采用SUN BLADE2000工作站。用于完成与中调、福州控制中心的通信。一台NARI GPS 用于整个监控系统的卫星同步对时。两台打印机用于打印画面、报表、一览表和历史曲线等。
2、下位机设备
十一套LCU现地控制单元，实现对各个生产对象的监控。它们分别是：七套机组LCU，节点名分别为sklcu1-7；一套主变LCU，节点名为sklcu8；一套开关站LCU，节点名为sklcu9；一套厂用电LCU，节点名为sklcu10。
LCU采用SJ-500型智能分布式现地控制装置，每套LCU上的人机接口界面采用触摸屏实现对生产对象的监控。LCU可独立运行使用，操作人员可在LCU当地实现对被控对象的全部操作。它们通过网络与上位机系统通信。
每套LCU配有若干PMAC9900系列数据采集模件，用于采集相关交流量数据。并配有十七块RTD模块。每块可采集8点温度量，并在LCU内实现温度保护功能。每套机组LCU配有一套SJ-12C型双微机同期装置。
三、系统软件配置
NARI NC2000计算机监控系统软件功能包括：
1、 LCU驱动软件
NC2000中的LCU驱动软件负责与LCU通信，完成报警、数据采集、控制信号发送等基本处理。
2、人机接口软件
读取不同的图形文件并用各种方式显示实时数据，并可完成对生产对象的控制和调节功能。通过简报窗口和语音报警实现报警功能。通过光字查询窗口提供光字报警功能。支持各种运行报表、统计报表的查询、显示和打印功能。支持各种操作、事故、故障、状变、越复限、自诊断记录的查询、显示及打印功能。支持模拟量的历史曲线查询、显示和打印功能。
3、数据库软件
完成数据库语言定义的语法检查和数据的加载，处理对于数据库数据的存取请求。针对数据库中具有不同功能要求的数据进行运算处理，使数据库成为一个实时变化的信息库。
4、网络通讯软件
用于判断各个节点的运行状态，并完成各个节点间的数据交换和对时。
5、顺序控制管理和执行软件
实现对顺序控制语言程序的语法检查和执行操作，可单步或连续执行顺控语言程序，可对流程进行调试。
6、历史数据库软件
历史数据的保存，并可以通过一览表、报表和历史曲线查询。
7、外部通讯软件
完成与外部设备的通讯，并进行相应的处理。
8、系统组态软件
包括交互式监控图形编辑软件、交互式报表编辑软件、数据库组态软件以及顺序控制程序编辑软件
四、基本功能
具备信息采集和监视、机组顺序控制（启停）及非正常条件的闭锁、综合量计算、报警、温度监视、事件记录、有功、无功功率调节、一览表、报表、历史曲线查询、与保护、励磁及原监控系统的通信功能。
五、图形组态软件
图形组态软件是计算机监控系统中重要组成部分，它通过图形来表示实时控制生产过程的设备状态和现场运行情况，给人以直接、生动、一目了然的效果。图形组态软件可以在图形编辑和实时图形显示两种状态之间切换。图形编辑和实时图形显示分别实现生成图形和实时显示图形两种功能。实时图形显示将实时数据快速准确、形象直观地通过图形方式在屏幕上显示出来，同时能接受用户指令做相应的操作控制。
图形编辑是创建图形显示文件的工具，图形显示文件包括构成一幅图象所需要的全部住处。通过使用标准物体和多个物体组成的符号，我们可以建立适当表示所采集数据的设备图形。
实时图形显示对已建立的图形显示文件进行处理，并控制图形的显示。
1、图符动态连接
动态连接操作是将数据库中测点与画面中的图符建立某种连接。实际运行时，根据该测点的测值进行动态显示，或通过直观的图形动态效果反映出来。
动态连接包括动态显示和鼠标操作两种。
2、图形界面设计思路
针对具体生产实际，图形显示窗口中的图形应该也必须实时的反映全厂的运行情况。各个图形反映的内容不完全相同，所以功能也不同。有的图形内容比较多，可以将图形放大来查看而不应使图形失真。相关图形之间可以进行切换。运行人员登录系统后允许在图形上作控制操作，如控制操作、功率调节等。在界面的设计风格上应该做到美观大方，同时易于操作，以减轻运行操作人员的劳动强度为目标,，以提高劳动生产率为目的。
3、图形界面设计结果
综上所述，在设计并制作计算机监控系统的界面时，采用黑色做为背景色，做到图形界面的清晰，醒目。同时针对公司技改项目较多的情况，全面收集了各类图纸并到现场进行核对，找出与图纸不符的并一一加以更正，从而能在计算机监控系统里准确的反映现有的设备状况。准确并逐一测试动态连接中各测点与设备的连接，在设计过程中广泛利用网络查找并设计能更生动准确表示设备的图符，注意发现在软件中出现的问题并认真与厂家、开发人员进行沟通，不断的完善我厂的计算机监控系统。为运行操作人员设计出了理想的人机交互界面。
4、监控系统操作控制
图形与数据库之间的动态连接有两类：一类是操作类动态连接，可以对生产对象进行控制操作；另一类是显示类动态连接，显示生产对象当前运行的状况及参数。将鼠标在图形上移动，鼠标指示变成手形，表示该图符有操作类动态连接。图符有颜色变化或数据有刷新表示该图符有显示类动态连接，在此图符上点击鼠标右键，该窗口列出该图符动态连接测点的相关参数，包括测点名称、测点类型、当前测值、品质等。
对于内容比较多的图形，有些图符比较小，不容易看清楚或看起来比较吃力，可以将图形放大来查看，图形不会失真，在图形上拖动鼠标选中要放大来查看的区域，释放鼠标左键，整个图形就会被放大，被选中的区域位于屏幕中间。拖动图形显示窗口的滚动条，可以查看放大后的图形全貌。放大后的图形还可以再放大，操作方法同上。图形放大的极限大小是正常大小图形的10×10倍。要将放大后的图形恢复正常大小，只需将鼠标移到没有动态连接的地方，点击鼠标右键即可。图形之间的切换主要用“画面”菜单和“画面索引”图来切换。
当运行人员登录系统后，可进行输入数据操作和设备控制操作。PID可调并且投入调节后，用到输入数据操作可进行有功或无功微调等操作。对于机组、断路器和辅助设备等对象可进行控制操作。选择操作条件满足（呈灰色的项目表示操作条件不满足）且要操作的项目，确认后点击“执行”按钮，对话框关闭，又出现另一确认对话框，点击“确认”按钮，控制命令即可发出。
六、总结
在信息量日益膨胀的今天，一套设计优秀，界面友好的计算机监控系统给电力企业的安全优质高效的生产带来的好处不言而喻。而福建水口发电有限公司做为国有特大发电企业，其计算机监控系统的改造，解决了以往设备陈旧，可靠性差，无法满足现代化生产的需要的难题，同时经过近一年的试运行，在实践上证明了该系统的优越性和良好的操控性。不但减轻了生产运行人员的劳动强度，还使得安生生产更上一个台阶，改造后的监控系统代表了目前我国水电厂自动控制的先进水平。