H9000计算机监控系统通过6a的开发应用,已逐步成熟与完善,不仅在近40个水电厂中得到成功应用,而且推广应用到了小型电网调度自动化系统、电网水库调度自动化系统和水情测报信息管理系统等新的领域;1998年底,该系统又在广东北江防洪调度自动化系统的国际招标中一举中标。说明该系统的应用领域越来越广阔,也充分体现了H9000系统标准化与通用化的特点。
1H9000系统的开发与发展
H9000计算机监控系统,是由中国水利水电科学研究院自动化所于1994年结合宝珠寺、凤滩水电厂计算机监控系统工程而开发的新一代面向对象的计算机监控系统。该系统在硬件和系统平台选型等方面,参照了当时国际最新计算机硬件产品、软件产品、实时工业控制产品的特点,并根据未来的发展趋势,采用了系统开放技术。在系统总体设计方面,通过与国外公司如CAE、ABB等的技术交流,特别是通过与美国LandisGyr公司合作开发五强溪水电厂计算机监控系统,有选择地吸收了这些公司的一些比较先进的技术思路,使H9000系统的总体设计接近国际先进水平。
H9000系统的功能设计,是在密切结合我国国情并在全面总结我所在此领域近20a的开发实践经验的基础上完成的。该系统的全面开发将近3a的时间。首先经过12个月的努力,完成了系统的总体设计与关键技术研究;接着于1994年6月起计18个月的时间,进行了系统的集中开发,其间完成了包括湖南凤滩、浙江湖南镇(扩机)及四川宝珠寺等水电厂在内的首批系统开发、出厂试验及投运。后续的其他水电厂系统工程的开发和投运均十分顺利。
基于UNIX的H9000系统开发完成后,立即着手向WindowNT移植并于1996年底移植成功。1997年1月,第一套基于WindowNT的H9000S系统在大河口水电厂投运,这标志着我所UNIX和WindowNT两个操作系统平台下完全兼容的分布开放系统的诞生。此后,我们又对H9000S系统进行了进一步的改进设计,形成了H9000XS系统,以便更好地满足小型水电站对计算机监控系统的要求。
自1994年推出面向对象的通用型、标准化的H9000系统以来,受到广大用户的欢迎,目前已在近40个电厂得到应用。通过几年的现场运行考验,证明H9000系统的通用化与标准化设计的思路是十分正确与成功的。系统已在包括四川宝珠寺,湖南凤滩,浙江湖南镇、紧水滩,青海龙羊峡,湖南东江梯级,吉林白山、红石梯级,广西西津,重庆大河口、磨刀溪梯级,河北桃林口,海南牛路岭,福建雍口,浙江乌溪江梯级及西北水调中心等工程投运,运行非常稳定,受到用户的好评。近期正在开发的工程有福建涌溪、沙县,四川高凤山、城东、中坝、波萝,广东大河,陕西安康、石泉,云南华能大理徐村等水电厂的计算机监控系统。此外,H9000系统还首次漂洋过海,出口非洲。
2H9000系统在白山梯级水电厂的应用
如上所述,H9000系统已在全国近40个水电厂中得到成功的应用并出口国外,为了展示该系统的结构、功能及其特点,现以白山大型梯级水电厂的监控系统工程为例作一具体介绍。
2.1电厂概况
白山水电厂位于吉林省东南部、松花江上游,是一厂两坝三站的大型水力发电厂,总装机容量为1700MW,在东北电网中担任调峰、调频和事故备用任务。白山水电站位于红石水电站上游,距桦甸市73km,红石水电站距桦甸市35km。白山水电厂的生活基地建在吉林省桦甸市。白山水电厂的生产调度中心拟建在桦甸市,以实现对白山、红石两电站的远方监控和无人值班。
2.2系统总体结构
白山水电厂无人值班自动化工程的计算机系统由3个子系统组成,即:桦甸梯调中心计算机监控系统(简称桦甸系统)、白山电站计算机监控系统(简称白山系统)和红石电站计算机监控系统(简称红石系统)。整个系统采用分层分布结构,共分3层,即:桦甸调度中心层、白山(红石)站级监控层以及现地控制单元层。
桦甸梯调中心、白山电站和红石电站均采用H9000系统。白山系统与桦甸系统采用100Mbps的光纤主通道与2MB的路由备用通道方式通讯,其中光纤通道距离长达110km。红石系统与桦甸系统的主备通道均采用2MB的路由方式。
桦甸系统可实现对白山及红石电站主要设备的远方集中监控,并实现梯级经济运行闭环控制功能。白山与红石系统是一个完整的实时闭环过程控制系统,既可独立完成各种现地闭环控制功能,也可通过与调度中心计算机控制系统联网实现远方监控。
2.3白山站级监控系统结构
系统采用双重冗余光纤网络结构,分现地单元层(包括白山右岸电站和左岸电站)和中央控制层2层。中央控制层设数据库管理机2台,操作员工作站2台(带双屏显示器),工程师工作站1台,模拟屏驱动与语音报警装置1套(可电话语音报警),打印服务器2台,GPS时钟1台,DECHUB900光纤网络设备及路由器1套。根据运行需要,在左岸厂房的控制室另设操作员工作站1台。
现地单元层由LCU组成,按单元分布。全厂共设9套LCU:5台300MW发电机-变压器组各设1套,左、右岸开关站、厂用电及全厂公用设备各设1套。机组LCU由工控机加数据采集系统组成,配有独立的同期装置、温度量检测装置和性能指标较高的GE90-70可编程控制器构成双CPU的同步热备冗余系统。开关站和公用单元LCU由工控机加可编程控制器组成,开关站LCU配有1套同期装置。
2.4红石站级监控系统结构
该系统采用双网冗余结构,分现地控制单元层和中央控制层2层。中央层设数据库管理机2台(兼作操作员工作站),工程师工作站1台,打印服务器2台,GPS时钟1台,语音报警装置1套(可电话语音报警),DECHUB90光纤网络设备及路由器1套。
现地控制层由LCU组成,按单元分布,共设6套LCU:4台发电机-变压器组各设1套,开关站和全厂公用设备各设1套。机组LCU由工控机加GE90-70可编程控制器组成,配有独立的同期装置和温度量检测装置。开关站和公用单元LCU由工控机加GE90-70可编程控制器组成,开关站LCU配有1套同期装置。
2.5桦甸梯调中心监控系统结构
梯调中心系统采用双网冗余结构,设数据库管理机2台,操作员工作站3台(带双屏显示器),工程师工作站1台,通讯服务器2台,模拟屏驱动与语音报警装置1套(可电话语音报警),打印服务器2台,GPS时钟1台,网络设备及路由器1套。网络介质采用双DECHUB900集线器加屏蔽双绞线。另外,桦甸设培训仿真系统1套。
2.6系统的功能
白山梯级电厂计算机监控系统是一个完整的实时闭环过程控制系统,不仅具有常规水电厂监控系统的监控功能,如各类数据的采集与处理、综合参数统计计算与分析、安全监视与温度保护、网络通讯、数据通讯与数据库管理、自动发电控制与经济运行、梯级电站优化运行、自动电压控制、电站设备的指令操作控制与调节、生产管理统计、打印制表以及系统自检、互检、双机切换等,而且具有远方实时监控、远方诊断及维护、语音报警与电话自动报警及查询的功能。系统还设有防止误操作闭锁功能,以确保系统自动或手动操作的安全。系统采用高分辨率图形工作站、世界座标系统,具有多屏幕多窗口显示,无级缩放、细节显示、漫游、跟踪查询等功能,人机联系面向对象、全鼠标驱动、无键盘设计,操作使用十分方便。作为开放系统的重要组成部分,白山系统还提供了诸如交互式图形与报表开发工具软件、数据库开发调试工具软件、综合计算开发工具软件等开发支持软件,为用户提供了二次开发的手段。用户掌握这些工具软件,可以自行进行系统的集成开发,使系统维护更加简单、方便。
2.7系统的特点
白山梯级电厂监控系统的3个子系统均采用了标准化的H9000系统,使系统在软件、硬件配置方面完全一致,方便了维护管理,主要特点如下:
(1)标准化的系统与软件设计。H9000系统的开发严格按照该系统的标准,使软件达到通用化的要求,即软件不仅能满足不同水电厂用户的要求,而且能满足其他应用领域的要求。软件的标准化提高了软件的质量,通用化则提高了系统的开发效率,缩短了交货周期。目前,H9000系统已用于一般水电厂监控系统,梯级水电厂监控系统,水库调度自动化系统,小型电网监控系统等方面。如白山的站级系统与桦甸调度中心系统所采用的H9000系统软件是完全一致的。
(2)开放的硬件及系统环境。对于计算机、数据采集、网络等硬件设备,H9000系统立足于采用国内外质量可靠的产品,如美国Compaq公司(前美国digital公司)的Alpha系列计算机及网络设备,GE公司的GE90系列可编程控制器等,并保持对其他硬件设备的接入开放,使64位与32位兼容。如白山系统要求的双CPU配置的可编程控制器很方便地在H9000系统的环境下实现。在硬件开放的同时,H9000系统支持UNIX和WindowNT这两种开放的操作系统。H9000系统采取开放的系统网络结构,采用以太网,介质可为同轴电缆、光纤、双绞线等,速率可达100MB。网络协议采用TCP/IP,数据库采用面向网络的实时数据库和历史数据库,编程语言采用C或C++。
(3)灵活多变的系统结构。H9000系统支持灵活多变的系统结构,如从简单厂站级的单机单网或多机双网冗余结构,到梯级水电厂的复杂多网结构。白山梯级系统的网络结构较为复杂,有以太网总线局域网,也有路由器广域网和现地总线网,其中光纤无中继传输距离达110km,传输速率达100Mbps。
(4)完善的系统应用功能。根据我们的经验,白山系统配备了完善的水电厂应用功能软件,如经济运行(EDC)、自动发电控制(AGC)、自动电压控制(AVC)、梯级优化、防误操作等高级功能。
(5)简洁的图形与人机界面设计。白山系统采用面向对象技术,使系统的人机界面大为简化,简单直观易学,使用方便,向傻瓜机的目标前进了一大步,受到用户欢迎。
(6)强大的应用开发支持软件系统。系统学习了国外的先进思想,配备了许多开发支持软件,如图形报表工具软件(IPM),数据库生成调试工具软件(DBgen),连锁生成调试工具软件(ControlLock)等,提高了系统集成的质量和效率,也改善了系统的可维护性。
2.8系统的应用与评价
白山梯级电厂计算机监控系统工程合同签订于1997年5月,经与白山电厂技术人员的齐力合作,使白山站控系统与桦甸梯调系统于1997年11月同时投运,实现了桦甸梯调中心远方遥控开机一次成功。目前,桦甸梯调中心、白山站控系统、红石站控系统均已投入运行。根据运行的情况,在系统的实时性、可靠性、实用性等方面,均达到或超过了预期的要求,开停机成功率达100%。
白山系统的成功投运,使H9000系统在技术上更迈进了一大步,在国内首次实现了大型梯级水电厂大型机组的现地无人值班(少人值守)和远方集中监控,并首次实现了110km的长距离、100MB高速以太网通讯,受到东北电管局有关领导及白山水电厂有关人员的高度评价。
该系统的成功投运,使我所在100MB长距离高速网络组网技术、梯级电厂监控技术方面取得了宝贵的经验,标志着我国水电厂计算机监控技术从此进入了高速网络时代,也标志着我国已能提供具有独立自主版权的大型梯级水电厂计算机集中控制系统,为我国今后大型梯级水电厂的建设在这一领域提供了成功的经验。
3H9000系统开发的实践经验与体会
通过H9000系统的全面开发,特别是对白山系统的开发与顺利实施,我们主要有以下几点实践经验与体会:
(1)系统的标准化设计。白山梯级电厂计算机监控系统的规模大,硬件设备和软件的功能较多,我们提供了高度标准化的H9000系统,使不同的硬件设备和不同控制对象所采用的基本控制程序完全一致。也就是说,白山、红石和桦甸3个子系统的软件是完全一致的。软件的标准化,极大提高了软件的可维护性,方便了软件的版本管理。
(2)成熟的系统应用。白山梯级监控工程的合同交货期非常紧,软件工作量大,新技术含量高,由于H9000系统本身是一套成熟的系统,已有成功的应用,所以该工程主要是针对白山系统要求的新技术进行了重点研究(如高速网络技术、远距离高速网络通讯技术、梯级集中监控技术等),保证了白山工程的进度要求。
(3)强有力的组织措施。白山水电厂在工程前期即成立了自动化处,在全厂各有关生产部门抽调技术骨干,负责全厂自动化改造工程的设计、调研选型及施工,统一指挥调配人力、物力资源,避免了部门之间的拖拉扯皮现象。白山监控系统的顺利实施,与该厂强有力的组织领导是分不开的。
(4)完善的基础自动化改造。在实施计算机监控系统工程的同时,白山水电厂投入了大量的人力、物力进行了基础自动化的调研和改造(如传感器、执行元件等),并引进以色列阀门,对技术供水回路进行了大规模的改造,消除了以往影响监控系统正常运行的因素,使监控系统外围设备动作的正确率保持在较高的水平,为监控系统的正常运行提供了有力的基础保证。
(5)用户参与的意义与作用。白山水电厂在监控系统的实施过程中,安排了多名工程技术人员参与了系统的集成与开发,使电厂人员比较深入地了解及参与了系统开发调试的全过程,并在后续工作中增加了承担的份量,使用户真正地掌握系统的运行维护技术,减轻了研制单位的压力,也为H9000系统的推广应用闯出了新路。