發(fā)電廠的控制系統(tǒng)綜述

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1、單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級(jí),第三級(jí),第四級(jí),第五級(jí),*,發(fā) 電 廠 的 控 制 系 統(tǒng),SCADA(Supervisory Control And Data Acquisition)系統(tǒng)，即數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)。SCADA系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域很廣，它可以應(yīng)用于電力系統(tǒng)、給水系統(tǒng)、石油、化工等領(lǐng)域的數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制以及過(guò)程控制等諸多領(lǐng)域。在電力系統(tǒng)以及電氣化鐵道上又稱遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)。,SCADA系統(tǒng)是以計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)的生產(chǎn)過(guò)程控制與調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)。它可以對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的運(yùn)行設(shè)備進(jìn)行監(jiān)視和控制，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、設(shè)備控制、測(cè)量、參數(shù)調(diào)節(jié)以及各類信號(hào)報(bào)警等各項(xiàng)功能。由于各個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域?qū)C

2、ADA的要求不同，所以不同應(yīng)用領(lǐng)域的SCADA系統(tǒng)發(fā)展也不完全相同。,在電力系統(tǒng)中，SCADA系統(tǒng)應(yīng)用最為廣泛，技術(shù)發(fā)展也最為成熟。它作為能量管理系統(tǒng)（EMS系統(tǒng)）的一個(gè)最主要的子系統(tǒng)，有著信息完整、提高效率、正確掌握系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)、加快決策、能幫助快速診斷出系統(tǒng)故障狀態(tài)等優(yōu)勢(shì)，現(xiàn)已經(jīng)成為電力調(diào)度不可缺少的工具。它對(duì)提高電網(wǎng)運(yùn)行的可靠性、安全性與經(jīng)濟(jì)效益，減輕調(diào)度員的負(fù)擔(dān)，實(shí)現(xiàn)電力調(diào)度自動(dòng)化與現(xiàn)代化，提高調(diào)度的效率和水平中方面有著不可替代的作用。,經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，SCADA 已經(jīng)進(jìn)入第三代。90年代按照開(kāi)放的原則，基于分布式計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)以及關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)的能夠?qū)崿F(xiàn)大范圍聯(lián)網(wǎng)的EMS/SCADA系統(tǒng)

3、稱為第三代。這一階段是我國(guó)SCADA/EMS系統(tǒng)發(fā)展最快的階段，各種最新的計(jì)算機(jī)技術(shù)都匯集進(jìn)SCADA/EMS系統(tǒng)中。同時(shí)這一階段也是我國(guó)對(duì)電力系統(tǒng)自動(dòng)化以及電網(wǎng)建設(shè)投資最大的時(shí)期，在三年內(nèi)投資2700億元改造城鄉(xiāng)電網(wǎng)，可見(jiàn)國(guó)家對(duì)電力系統(tǒng)自動(dòng)化以及電網(wǎng)建設(shè)的重視程度。第四代SCADA/EMS系統(tǒng)的基礎(chǔ)條件已經(jīng)或即將具備，預(yù)計(jì)將于21世紀(jì)初誕生。該系統(tǒng)的主要特征是采用Internet技術(shù)、面向?qū)ο蠹夹g(shù)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以及JAVA技術(shù)等技術(shù)，繼續(xù)擴(kuò)大SCADA/EMS系統(tǒng)與其它系統(tǒng)的集成，綜合安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行以及商業(yè)化運(yùn)營(yíng)的需要。,SCADA系統(tǒng)是電力系統(tǒng)自動(dòng)化的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)源，為EMS系統(tǒng)提供大量的實(shí)時(shí)數(shù)

4、據(jù)。同時(shí)在模擬培訓(xùn)系統(tǒng)，MIS系統(tǒng)等系統(tǒng)中都需要用到電網(wǎng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，而沒(méi)有這個(gè)電網(wǎng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)信息，所有其它系統(tǒng)都成為“無(wú)源之水”。,SCADA系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu),一、,數(shù)據(jù)采集與處理,數(shù)據(jù)采集就是實(shí)時(shí)采集發(fā)電機(jī)組在運(yùn)行過(guò)程中的各種參數(shù)及狀態(tài)，經(jīng)過(guò)計(jì)算機(jī)處理，轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的工程量或狀態(tài)值，通過(guò)CRT顯示器、打印機(jī)或報(bào)警裝置等提供給運(yùn)行值班人員作為監(jiān)視和操作的依據(jù)。,發(fā)電機(jī)組的現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)有溫度、壓力、流量、液位、開(kāi)關(guān)等。對(duì)數(shù)據(jù)采集而言，通常把這些信號(hào)分為模擬量信號(hào)和開(kāi)關(guān)量信號(hào)。因此，火電廠中需要監(jiān)視和控制的物理量呈現(xiàn)為不同的形式，如溫度、壓力、流量、液位、轉(zhuǎn)運(yùn)、振動(dòng)、電流、電壓、設(shè)備啟停狀態(tài)和模擬量參數(shù)越限狀

5、態(tài)等，它們具有不同的物理特性。電子計(jì)算機(jī)是一種以數(shù)字量形式處理、存貯和傳輸信息的機(jī)器。只有以一定代碼形式表示的數(shù)字量才能輸入計(jì)算機(jī)，首先必須把表征現(xiàn)場(chǎng)信息的各種物理量轉(zhuǎn)換成用指定代碼(如二進(jìn)制代碼)表示的數(shù)字量。,現(xiàn)場(chǎng)的物理量雖然種類很多，但從信號(hào)轉(zhuǎn)換的角度看，基本上可分為三類：模擬量、開(kāi)關(guān)量和脈沖量。開(kāi)關(guān)量和脈沖量通常統(tǒng)稱為數(shù)字量。我們把隨時(shí)間連續(xù)變化的量稱為模擬量，模擬量通常應(yīng)按比例轉(zhuǎn)換成數(shù)字量才能輸人計(jì)算機(jī)，這個(gè)數(shù)字量一般由一個(gè)多位(加8位、16位或32位等)二進(jìn)制代碼或BCD碼(二進(jìn)制編碼的十進(jìn)制數(shù))來(lái)表示。,上述三種類型的過(guò)程量均可通過(guò)計(jì)算機(jī)的過(guò)程輸入通道轉(zhuǎn)換成數(shù)字量進(jìn)入計(jì)算機(jī)。它們

6、分別由模擬量輸入通道、開(kāi)關(guān)量輸入通道和脈沖量輸入通道來(lái)實(shí)現(xiàn)。與上述信息流向相反在計(jì)算機(jī)主機(jī)中處理后的信息(數(shù)字量)要輸出到外部設(shè)備或生產(chǎn)過(guò)程現(xiàn)場(chǎng)，必須把計(jì)算機(jī)輸出的數(shù)字量轉(zhuǎn)換成外部過(guò)程控制裝置所能接受的模擬量信號(hào)或開(kāi)關(guān)量信號(hào)，這個(gè)工作是由過(guò)程輸出通道完成。過(guò)程輸出通道分為模擬量輸出通道、開(kāi)關(guān)量輸出通道和脈沖量輸出通道。,1.模擬量數(shù)據(jù)采集通道,模擬量輸入通道(簡(jiǎn)稱模入通道)是用來(lái)實(shí)現(xiàn)把生產(chǎn)過(guò)程中各種被檢測(cè)的模擬量信號(hào)轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)可以接收的數(shù)字信號(hào)的各種設(shè)備的總稱。這些設(shè)備包括：多路切換開(kāi)關(guān)、數(shù)據(jù)放大器、采樣保持電路(sH)、模數(shù)轉(zhuǎn)換器(AD)及接口與控制電路。模入通道的組成原理如圖,對(duì)采集到的

7、現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)，要經(jīng)過(guò)一定的加工處理，才提交顯示、打印等使用。對(duì)現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)的加工處理，除了工程量換算外，還進(jìn)行正確性判斷、限值檢查、更新數(shù)據(jù)庫(kù)等。,(1)正確性判斷。判別采集到的現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)是否在最大允許范圍內(nèi)。如果發(fā)現(xiàn)某個(gè)現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)超出最大允許范圍(由于模擬量輸入卡故障或測(cè)量元件故障等)，計(jì)算機(jī)置該現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)采集結(jié)果為“質(zhì)量壞”標(biāo)志。這樣便于及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障和維修處理，也可避免運(yùn)行人員誤判斷。,(2)限值檢查。不少現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)是有報(bào)警限值的。報(bào)警限值(上限值、下限值等)事先存放在計(jì)算機(jī)中。,(3)更新數(shù)據(jù)庫(kù)。每個(gè)模擬量信號(hào)的名稱、是否報(bào)警的標(biāo)志、報(bào)警上下限值、報(bào)警狀態(tài)、當(dāng)前運(yùn)行值、信號(hào)質(zhì)量等都存放在數(shù)據(jù)庫(kù)中。,2.

8、開(kāi)關(guān)量數(shù)據(jù)采集通道,計(jì)算機(jī)對(duì)開(kāi)關(guān)量信號(hào)的采集方式為周期性采集和隨機(jī)采集兩類。,對(duì)一般的電動(dòng)門(mén)、開(kāi)關(guān)等普通開(kāi)關(guān)量，SCADA通常以1s周期進(jìn)行采集。聯(lián)鎖、保護(hù)等動(dòng)作時(shí)，計(jì)算機(jī)立即響應(yīng)并進(jìn)行采集處理，即隨機(jī)采集。,開(kāi)關(guān)量的報(bào)警檢查。SCADA把采集到的開(kāi)關(guān)量狀態(tài)存放在數(shù)據(jù)庫(kù)，并進(jìn)行報(bào)警檢查。加熱工保護(hù)動(dòng)作，即開(kāi)關(guān)量狀態(tài)值翻變(由0變1或由1變0)，SCADA立即把該設(shè)備的報(bào)警標(biāo)志送進(jìn)數(shù)據(jù)庫(kù)中，供報(bào)警打印、顯示用。開(kāi)關(guān)量的報(bào)警與否，不同的設(shè)備可能是不致：在正常情況下，某個(gè)電動(dòng)門(mén)是開(kāi)的，那么從“開(kāi)”翻變到“關(guān)”可以定義為這個(gè)電動(dòng)門(mén)報(bào)警，在正常情況下，若某個(gè)電動(dòng)門(mén)是關(guān)的，那么從“關(guān)”翻變到“開(kāi)”可以定義

9、為報(bào)警。這樣定義的報(bào)警對(duì)有些開(kāi)關(guān)量是合適的，對(duì)某些開(kāi)關(guān)量可能是不確切的，特別是運(yùn)行值班人員操作而設(shè)備動(dòng)作與設(shè)備自己不正常動(dòng)作，SCADA無(wú)法判別。設(shè)備不正常地自己動(dòng)作應(yīng)報(bào)警，而同一設(shè)備由運(yùn)行人員正常操作而動(dòng)作，則不應(yīng)該報(bào)警。在SCADA實(shí)際應(yīng)用中設(shè)計(jì)人員和運(yùn)行人員往往愿意把這兩種情況引起的設(shè)備動(dòng)作都定義為報(bào)警。,3.脈沖量數(shù)據(jù)采集通道,在發(fā)電廠需要計(jì)量電能的各個(gè)電氣回路中應(yīng)裝設(shè)脈沖式電能表，以便計(jì)算機(jī)采集脈沖數(shù)，計(jì)算出相應(yīng)的電度數(shù)供顯示和打印。脈沖電能表輸出的脈沖數(shù)決定于所帶的負(fù)荷和持續(xù)的時(shí)間。負(fù)荷愈大，持續(xù)時(shí)間愈長(zhǎng)，脈沖數(shù)也愈多。因此，脈沖數(shù)的多少，也就反映電度量的大小。,4.模擬量和開(kāi)關(guān)量

10、輸出,在SCADA中，模擬量輸出僅用于記錄儀表的輸出。例如，SCADA自動(dòng)選擇汽機(jī)軸瓦溫度最高的一點(diǎn)信號(hào)通過(guò)記錄儀記錄下來(lái)。開(kāi)關(guān)量輸出僅用于“點(diǎn)燈”，以表示某些重要報(bào)警或重要設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)等。模擬量輸出出是周期性進(jìn)行的。開(kāi)關(guān)量輸出往往是隨機(jī)進(jìn)行的，即一旦某些重要報(bào)警，應(yīng)立即“點(diǎn)燈”或驅(qū)動(dòng)音響告訴運(yùn)行值班人員。,二、基本單元,1.過(guò)程控制單元,它是一種以微處理機(jī)為核心的控制裝置，其作用相當(dāng)于常規(guī)系統(tǒng)中的模擬調(diào)節(jié)器，基本功能是一方面直接與過(guò)程相連，實(shí)現(xiàn)對(duì)過(guò)程的閉環(huán)控制，另一方面通過(guò)高速數(shù)據(jù)通道與主機(jī)及系統(tǒng)中的其它單元進(jìn)行聯(lián)系。另外還可以與就地操作顯示單元相連實(shí)現(xiàn)就地操作和顯示。,2.CRT工作站,C

11、RT操作站用于操縱工藝生產(chǎn)過(guò)程、監(jiān)視工廠的運(yùn)行狀態(tài)、組態(tài)回路和調(diào)整回路參數(shù)，如設(shè)定值及報(bào)警值等，它是人機(jī)聯(lián)系的關(guān)鍵設(shè)備。其核心部件CRT監(jiān)視裝置和操作鍵盤(pán)，是帶有微處理器及外圍設(shè)備接口的智能顯示裝置，以分級(jí)顯示形式反映電廠的運(yùn)行狀態(tài)。通常CRT操作站還配有打印機(jī)和磁帶機(jī)，以打印、記錄、存貯過(guò)程參數(shù)和數(shù)據(jù)。,3.過(guò)程接口單元,過(guò)程接口單元主要是進(jìn)行數(shù)據(jù)的變換和傳送，它是帶有微處理機(jī)的智能裝置。它將采集到的過(guò)程信號(hào)(模擬量、數(shù)字信號(hào)、開(kāi)關(guān)量)變換成適合于系統(tǒng)數(shù)字通信所要求的信息格式，并以開(kāi)關(guān)量和模擬量的方式，把計(jì)算機(jī)的控制信號(hào)送到過(guò)程終端元件。,4.高速數(shù)據(jù)通道,它是由同軸電纜或半導(dǎo)體纖維構(gòu)成的數(shù)

12、據(jù)通信線，分散于各單元中的數(shù)據(jù)信息由它進(jìn)行傳輸。通信系統(tǒng)的可靠性如何將直接影響到整個(gè)系統(tǒng)的可靠性，一般采用冗余技術(shù)，即采用兩套數(shù)據(jù)通信線，對(duì)傳輸錯(cuò)誤信息具有鑒別和檢驗(yàn)的能力等，以確保通信傳輸?shù)目煽啃院蜏?zhǔn)確性。,5.主計(jì)算機(jī),主計(jì)算機(jī)的任務(wù)是對(duì)機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視，數(shù)據(jù)處理以及定點(diǎn)控制或直接數(shù)字控制。有的系統(tǒng)將它稱之為管理命令系統(tǒng)。常規(guī)的模擬儀表相比，它具有無(wú)可比擬的優(yōu)越性。,SCADA系統(tǒng)基本功能,SCADA,系統(tǒng)具有數(shù)據(jù)采集、處理、報(bào)警、事故記錄、顯示功能、打印、拷貝、通信、事故分析等功能。,一,、數(shù)據(jù)采集,根據(jù)第2節(jié)的介紹，數(shù)據(jù)采集部分概括起來(lái)主要有如下功能：,A.從各種不同的通道中采集

13、數(shù)據(jù)報(bào)文。,B.依據(jù)不同的協(xié)議解釋采集到的原始報(bào)文。,C.執(zhí)行操作者的遙控指令。,D.實(shí)時(shí)監(jiān)控各條通道的狀態(tài)。,E.觸發(fā)事件聲音報(bào)警。,F.對(duì)解釋處理好的遙測(cè)數(shù)據(jù)定時(shí)入庫(kù)。,主要采集量包括：,1.模擬量,主要包括：,1)發(fā)變組及輸電線有功功率，無(wú)功功率,2)發(fā)變組及輸電線電流，電壓,3)配電線電流,4)各種母線電壓,5)主變分接位置,2.狀態(tài)量,主要包括：,1)事故總信號(hào),2)事件預(yù)告信號(hào),3)保護(hù)動(dòng)作信號(hào),狀態(tài)量采集方式分為兩種：周期掃描，事件驅(qū)動(dòng)方式,A.周期掃描方式周期性的掃描狀態(tài)量，判斷變化情況，更新數(shù)據(jù)；,B.事件驅(qū)動(dòng)方式是當(dāng)狀態(tài)變化時(shí)，立即響應(yīng)，將變化狀態(tài)檢出。,二、顯示,顯示是運(yùn)

14、行人員監(jiān)視發(fā)電機(jī)組運(yùn)行情況的最主要手段，也是SCADA用于發(fā)電機(jī)組安全監(jiān)視的主要功能。SCADA顯示功能主要有系統(tǒng)模擬圖顯示、系統(tǒng)參數(shù)顯示、報(bào)警顯示、趨勢(shì)曲線顯示、歷史數(shù)據(jù)顯示和其他一些顯示。,CRT上顯示的所有畫(huà)面的左上角或右上角一般都有日期或時(shí)鐘顯示，可以讓人知道SCADA本身在正常地運(yùn)行。,1.系統(tǒng)模擬圖顯示,系統(tǒng)模擬圖有發(fā)電機(jī)組總系統(tǒng)畫(huà)面；有表示發(fā)電機(jī)組各局部系統(tǒng)的畫(huà)面，如汽水系統(tǒng)、風(fēng)煙系統(tǒng)、循環(huán)水系統(tǒng)還有更局部更細(xì)的系統(tǒng)圖。這樣的系統(tǒng)模擬圖，往往有3040幅。系統(tǒng)模擬圖簡(jiǎn)潔而形象地層示出發(fā)電機(jī)組的某個(gè)局部系統(tǒng)?，F(xiàn)場(chǎng)信號(hào)的實(shí)際運(yùn)行值也顯示在圖上的相應(yīng)部位。,一幅系統(tǒng)模擬圖在CRT上顯示

15、的過(guò)程中，系統(tǒng)圖是不變的，而現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)的數(shù)值或狀態(tài)是及時(shí)變化的，數(shù)值或狀態(tài)的顯示還配以相應(yīng)顏色的變化。,如果某個(gè)現(xiàn)場(chǎng)模擬量信號(hào)報(bào)警了，系統(tǒng)模擬圖上顯示的該測(cè)點(diǎn)的實(shí)際運(yùn)行數(shù)值則變?yōu)榧t色（有的SCADA中，越上限用紅色顯示數(shù)值，越下限用黃色顯示)；如果現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)不報(bào)警或恢復(fù)正常，實(shí)際運(yùn)行數(shù)值用綠色顯示；如果現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)質(zhì)量壞，顯示的數(shù)值變?yōu)榘咨?，并且閃爍。,2.系統(tǒng)參數(shù)顯示,系統(tǒng)參數(shù)是指接入SCADA的現(xiàn)場(chǎng)模擬量參數(shù)和開(kāi)關(guān)量參數(shù)。在SCADA中，可以單獨(dú)選擇某點(diǎn)參數(shù)顯示，即單點(diǎn)顯示，也可以選擇一組參數(shù)同時(shí)顯示，即成組顯示。,(1)單點(diǎn)顯示。單點(diǎn)顯示可以顯示出一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)參數(shù)的運(yùn)行值或運(yùn)行狀態(tài)，還可以顯示出它在

16、數(shù)據(jù)庫(kù)中有關(guān)的情況，如是否報(bào)警、報(bào)警的上、下限限值、報(bào)警優(yōu)先級(jí)、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換類型、單位等。單點(diǎn)顯示既供運(yùn)行值班人員使用，也供維護(hù)SCADA數(shù)據(jù)庫(kù)的工作人員使用。,(2)成組顯示。按參數(shù)的相關(guān)性，把現(xiàn)場(chǎng)參數(shù)分成很多組。選擇其中一組顯示時(shí)，組內(nèi)參數(shù)按統(tǒng)一規(guī)定的格式在CRT上顯示出來(lái)。一組參數(shù)通常有16-24點(diǎn)。顯示格式有如下兩種。,1)CRT屏上每行顯示一個(gè)模擬量參數(shù)或一個(gè)開(kāi)關(guān)量參數(shù)。,2)CRT屏分為兩列，無(wú)論是左邊一列還是右邊一列，每行顯示一個(gè)模擬量參數(shù)或開(kāi)關(guān)量參數(shù)。,成組顯示也叫相關(guān)畫(huà)面顯示，在同一個(gè)SCADA中，每組相關(guān)畫(huà)面的格式是統(tǒng)一的。,成組顯示的組數(shù)多則近百組，則30-40幅。,3.報(bào)警顯示,SCADA的報(bào)警顯示方式有報(bào)警一覽顯示、報(bào)警歷史顯示、按優(yōu)先級(jí)報(bào)警顯示、按系統(tǒng)報(bào)警顯示等。,在CRT屏上，每行顯示一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)參數(shù)的報(bào)警內(nèi)容，包括該參數(shù)的名稱、報(bào)警時(shí)刻、報(bào)警發(fā)生時(shí)的運(yùn)行值或狀態(tài)，若是模擬量參數(shù)，還顯示報(bào)警限值、單位名稱等。在有的SCADA中，報(bào)警顯示按現(xiàn)場(chǎng)參數(shù)的報(bào)警優(yōu)先級(jí)，顯示不同的顏色。如WDPF的SCADA中，把現(xiàn)場(chǎng)參數(shù)的報(bào)警優(yōu)先級(jí)分力4級(jí)，每級(jí)配一種顏色。若報(bào)警優(yōu)先級(jí)最高