水电厂自动化系统开发应用与发展

4、 自动化系统的发展

水电厂自动化系统由I/O设备 (传感器和执行器 )、控制硬件、控制软件、人机接口及与信息系统的连接等组成。而水电厂的自动化是从80年代初单个功能装置研制开始的，计算机监控系统的发展过程以及典型系统的应用如表1所示：

表1　计算机监控系统发展过程表

4.1、 功能分布式的星型分层监控系统

以单功能微机装置集成系统，每个微机装置具有特定的功能，但每个微机装置都具有不同功能，如有的微机装置专门采集开关量，有的微机装置专采集模拟量，有的微机装置专门进行控制操作。该系统在分布的方式上进行了一些有益的尝试，但从模式上看不算是很成熟的系统。

4.2、 以设备单元分布的星型分层监控系统

为了检修维护的方便，以发电机组为单元，将数据采集与控制集成到一台微机或PLC装置中，构成了现地控制单元LCU。LCU无法直接接入以太网，而计算机非常昂贵，不能使每台LCU都配备CPU(中央处理器)接入以太网，只能将微机作为前置机。这时的系统采用专门的计算机，在应用网络上已跨出了一大步，但相应的国际标准还不完善，尚不能形成理想的开放系统环境。

4.3、 基于开放系统的分布式监控系统

随着计算机技术和网络技术的发展，计算机应用软件越来越复杂和庞大，软件开发的投入也越来越大，如何使这些巨大的资源不仅在这一家公司制造的计算机上运行，而且也能在另一家公司制造的计算机上运行，这就形成了一系列的开放系统标准：TCP/IP、POSIX、SQL、ODBC、JDBC、OPC等。基于开放系统的分布式计算机监控系统具有通用性和可移植性，监控系统的软件可以安装在任何具有开放系统特点的计算机上。开放系统为水电厂计算机监控系统的发展提供了强大的历史舞台。

4.4 、基于对象技术的分布式监控系统

计算机硬件技术发展迅速，给软件开发提供了广阔的平台。软件技术发展到现在除了遵循开放系统标准以外，还应遵循面向对象技术的标准，如：SUN公司的Java RMI、Microsoft公司的COM/DCOM。水电厂计算机监控系统由于面向对象的复杂性和多样性，基于面向对象的技术应用将水电厂运行设备如发电机组、主变、开关等抽象为对象。从系统设计、编程语言选择到用户界面等一系列过程都依据面向对象的理念、原则和技术，这样工作的结果将给用户带来使用和维护上的极大方便。

5、 水电厂自动化系统的技术措施

水电厂自动化系统必须具备完备的硬件结构，开放的软件平台和强大的应用系统。

5.1、 系统结构

目前监控系统的结构基本上以面向网络为基础，系统级设备大多采用Ethernet或FDDI等通用网络设备连接高性能的微机、工作站和服务器，在被控设备现场则较多地采用PLC或智能现地控制单元，再通过现场总线与基础层的智能I/O设备、智能仪表、远程I/O等相联接，构成现地控制子系统，与厂级系统结合形成整个控制系统。

随着安全生产、经济管理及电力市场等功能的扩展，对计算机系统的能力也提出了更高的要求，在系统级设备中64位的工作站、服务器的选用已是绝大多数系统的必然选择，Intel公司的64位Titanium CPU和微软公司64位Windows操作系统也即将推出，它将带给基于PC和Windows平台的监控系统用户以巨大的寻址空间和远远胜于32位PC的强大运算处理能力。高速交换式以太网(100M bit/s or lG bit/s)技术的发展克服了以往低速以太网在实时应用上的不足，其更具开放性的标准，众多生产厂商的支持，使其无论是在设备的选购，产品的更换、产品的价格、硬软件的可移植性等诸多方面都比FDDI等其它网络产品有着明显的甚至是无法替代的优势。

对于现地控制单元，智能控制器加上现场总线技术应是一个好的发展趋势，根据IEC标准及现场总线基金会的定义：现场总线是连接智能设备和自动化系统的数字式双向传输、多分枝结构的通信网络。它具有如下技术特点：

#系统开放性;

#互可操作性与可用性;

#现场设备的智能化与功能自治性;

#系统结构的高度分散性;

#对现场环境的适应性。

机组容量变大、控制信息量增多，控制任务功能增加，控制负荷加重、网络通信故障都会造成现地控制单元控制能力的降低。针对水电厂被控制对象分散的特点，采用现场总线将分散在现场的智能仪表、智能I/O、智能执行机构、智能变送器、智能控制器连接成一体。正好体现了分散控制的特点，提高了系统的自治性和可靠性，节省了大量信号电缆和控制电缆。所以说，使用现场总线网络较适应分布式、开放式的发展趋势。当然，现场总线控制系统主要是要有分散在被控对象现场的智能传感器、智能仪表、智能执行机构的支持，而目前在水电厂中这些还是大量的旧式装备。只能逐步过渡，最后取代旧式的数字/模拟混合装备和技术，形成全新的全数字式系统。