水电站计算机监控系统的基本技术
水电厂计算机监控系统基本技术条件
中华人民共和国电力行业标准水电厂计算机监控系统基本技术条件 DL／T575-9Specification of supervisory computer control system forhydroelectric power plants1 主题内容与适用范围本标准规定了水电厂计算机监控系统的有关术语、基本结构、技术要求、试验和检验、包装和运输以及文件等内容。
本标准适用于大型水电厂计算机监控系统的设计、制造和运行管理，梯级水电厂和中型水电厂计算机监控系统亦应参照使用。
2 引用标准GB2887 计算机场地技术要求DL5003 电力系统调度自动化设计技术规程DL5002 地区电网调度自动化设计技术规程GB6162 静态继电器及保护装置的电器干扰试验GB7450 电子设备雷击保护导则GB3453 数据通信基本型控制规程GB3454 数据终端（DTE）和数据电路终端设备（DCE）之间的接口定义GB7260 不间断电源设备DL476 电力系统实时数据通信应用层协议JB／T5234 工业控制计算机系统验收大纲3 术语3．0．1 电站级（或主控级）（Power Plant Level）：指水电厂中央控制一级。
3．0．2 现地控制单元级（Local Control Unit）：指水电厂被控设备按单元划分后在现地建立的控制级。
3．0．3 人机接口（Man一Machine Interface）：指操作人员与计算机监控系统设备的联系。
等同人机通信（ MMI）或人机联系。
3．0．4 通信接口（Communication Interface）：计算机与标准通信系统之间的接口。
3．0．5局部网（Local Area Network）：局部区域计算机网络的简称。
3．0．6点设备（P oint）：输人输出接口设备。
点的分类含义如下：（1）报警点（Alarm Point）：它用于输入能产生报警功能的信息。
（2）累加点（Accumulator Point）：它接收脉冲数字输入信号，累加到脉冲计数的总数中去。
水电站计算机监控系统
水电站计算机监控系统正文：1. 引言1.1 背景水电站是一种利用水能转化为电能的装置，是能源产业中重要的组成部分。
为了确保水电站的安全运行和高效运转，水电站计算机监控系统扮演着重要的角色。
本文档旨在介绍水电站计算机监控系统的功能、架构、配置和操作等方面的详细信息。
1.2 目的本文档的目的是为水电站管理人员、系统工程师和操作员提供水电站计算机监控系统的完整指南，以促进系统的高效管理和操作。
1.3 范围本文档涵盖了水电站计算机监控系统的各个方面，包括系统需求、系统架构、硬件配置、软件配置、网络配置、系统安全等。
此外，本文档还包含了一些常见问题的解决方案和维护指南。
2. 系统需求2.1 功能需求水电站计算机监控系统应具备以下基本功能：- 实时监测水电站的运行状态，包括水位、水流速度、发电量等。
- 支持远程监控和控制，使操作员可以远程调整系统参数和运行状态。
- 提供数据存储和分析功能，支持历史数据查询和报表。
- 支持报警和事件管理功能，能够在异常情况发生时及时发送报警通知。
- 具备系统维护和升级的能力，支持远程升级和故障排查。
2.2 硬件需求水电站计算机监控系统的硬件需求如下：- 主机服务器：配置高性能的服务器用于数据存储和处理。
- 数据采集设备：负责实时采集水电站各个参数的设备，如水位计、流速计等。
- 控制设备：用于远程控制水电站的设备，如发电机控制器、阀门控制器等。
- 网络设备：包括交换机、路由器和防火墙等用于构建局域网和互联网连接的设备。
2.3 软件需求水电站计算机监控系统的软件需求如下：- 操作系统：建议采用稳定可靠的操作系统，如WindowsServer或Linux。
- 数据采集软件：用于实时采集和存储水电站各个参数的软件。
- 远程监控软件：用于远程监控和控制水电站运行状态的软件。
- 数据分析软件：用于对采集的数据进行分析和报表的软件。
- 报警和事件管理软件：用于监测异常情况并发送报警通知的软件。
水电站计算机监控系统概述
水电站计算机监控系统概述随着计算机技术的发展国内外在水电站自动控制上普遍采用计算机监控技术，或利用计算机控制系统与电站常规控制系统相结合对水电站设备进行控制，或利用计算机监控系统直接对水电站设备进行监控。
水电站计算机监控系统是指整个水电站设备的控制、测量、监视和保护均由计算机系统来完成。
它替代了常规控制设备，监视测量表计，完成机组的开停机控制，断路器等开关设备的控制，完成电站的优化运行，自动发电控制，自动电压控制，电站机组、变压器、线路等各种运行设备的参数在线监视，越限参数报警、记录、历史参数查询，事故追忆，报表的打印，完成监控系统设备的自检，实现对整个电站所有的设备进行控制、测量、监视和保护。
水电站的中控室负责管理和控制整个电站的正常运行，为了保证运行的可靠性和经济性，必须收集全场各个设备的实时运行资料，以便及时做出响应。
计算机监控系统正是基于以上理念，充分利用计算机控制技术、通讯技术、PLC和网络技术将各个机组LCU、励磁调节器、调速器等连接起来，集中监控电站各台机组的运行，以实现整个电站的经济运行。
随之计算机和网络技术的发展，计算机监控系统的技术同样也在迅速发展，新的控制系统结构、新的控制装置、新的软件等不断涌现，未来的发展趋势是网络化、智能化、人性化、软件组态化、控制无人化方向发展。
网络化：计算机监控系统的快速发展也是立足于计算机和网络技术的发展，在监控系统中有上位机、现地控制单元等各种各样的计算机及计算机控制装置，若它们不形成网络，则不能实现数据共享，不能充分发挥出计算机控制系统的优越性，只能起到代替常规自动控制设备的作用。
因此，计算机监控系统势必向网络化发展。
它是数据实时共享的需要，是装置共享的需要，是调度自动化和系统扩展的需要。
智能化：计算机和网络技术的高速发展，使人工智能技术得到了迅速发展，人工智能技术在机器人，汽车等领域得到了广泛的应用。
智能化也是计算机监控系统的一大发展方向。
水电站计算机监控系统
水电站计算机监控系统1·引言1·1 目的本文档旨在详细介绍水电站计算机监控系统的设计和功能，以便于了解该系统的工作原理和操作流程。
1·2 背景水电站是利用水流能产生电能的设施。
为了提高水电站的安全性和运营效率，引入计算机监控系统是必要的。
该系统能够实时监测水电站的各项参数，并提供报警、记录和控制等功能。
2·系统概述2·1 系统架构该水电站计算机监控系统采用分布式架构，由若干个子系统组成。
主要分为数据采集子系统、数据处理子系统、数据存储子系统和用户界面子系统。
2·2 系统功能2·2·1 数据采集数据采集子系统负责实时采集水电站的各项参数数据，包括水位、水压、流量等。
采集设备包括传感器、数据采集仪和信号转换器等。
2·2·2 数据处理数据处理子系统负责对采集到的数据进行处理和分析。
它能够识别异常数据并提供报警功能。
数据处理算法包括数据滤波、统计分析等。
2·2·3 数据存储数据存储子系统负责将处理后的数据存储到数据库中。
它能够实现历史数据的查询和分析。
数据库采用关系型数据库。
2·2·4 用户界面用户界面子系统提供了一个直观、友好的界面，用于展示监控数据和操作系统功能。
用户可以通过该界面实时监测水电站运行状况，并进行系统配置和操作。
3·系统详细设计3·1 数据采集子系统设计3·1·1 传感器选型和布置根据水电站的具体情况，选择合适的传感器，并进行布置。
要保证传感器的准确度和可靠性。
3·1·2 采集设备选型和配置选择适合的数据采集仪和信号转换器，并根据实际需求进行配置。
3·2 数据处理子系统设计3·2·1 异常数据检测算法设计设计一套有效的算法，用于检测和识别异常数据，并触发报警。
水电站计算机监控系统基础
简报信息窗口在有一些重要信息出现时，可自动弹出至显示窗口的最上层，还可根据需要进行语音报警，提醒值班人员注意。
3)控制与调节
全厂监控系统能根据电厂当前运行情况、远方及当地的控制命令、自动发电控制(AGC)及自动电压控制(AVC)的计算，按预定的步骤对电厂运行进行控制及调节。包括机组的发电、调相等工况转换；机组有功功率、无功功率的闭环调节；断路器、隔离开关及接地刀闸的分、合操作；辅助设备及公用设备的启、停操作等。
二．计算机监控系统基本功能
数据采集与处理、运行安全监视、设备操作监视、控制权限、AGC、AVC、运行日志及报表、事件统计、数据通信、人机界面、多媒体功能、自诊断与远方诊断。
三．监控系统结构
图1 单网型水电站监控系统
图2 双网型水电站监控系统
监控系统从结构上来说一般分为两层，上位机与下位机。上位机从硬件构成来说一般由通用计算机构成，如PC机、服务器等，运行的软件平台一般为Windows、Unix。下位机从硬件构成来说则都是一些厂家自己开发的硬件平台，种类繁多，如各公司的PLC，其软件平台也因硬件不同而相异，无法互相兼容。
2)控制操作
根据上位机或现地人机接口下达的命令，可进行机组的开、停机顺序控制，开关的分、合操作等控制，可以自动实现紧急开、停机等操作，必要时也可对刀闸进行操作，以确保机组安全。当事故复归时，能立即进行相应的事故复归处理，操作控制都应有校核与闭锁功能。
3)有功功率和无功功率调节
根据上位机或现地人机接口下达的给定值进行有功、无功的闭环调节控制。
4)与调度通讯：一般大中型水电广都应与省调、地调通讯，有的还应与网调通讯，通讯应符合调度要求。与调度通讯一般应考虑计算机通讯和远动通讯两种方式，以后逐步过渡到计算机通信方式。通讯通道可采用光纤、微波、专用电缆等，一般应具备主备通道。
水电站计算机监控系统
4）远方通信缺陷 由于变电站均采用无人值班模式，因此保证与远方的通信 畅通，确保信息的正常传输就显得尤为重要。 远方通信缺陷主要由以下两方面组成：其一是远动工作站 自身的设备问题。由于大部分监控系统的远动工作站采用 工控机等设备，因此也存在和后台系统相类似的情况，由 硬件故障造成的信息传输中断屡见不鲜。
此类缺陷严格来讲不属于监控系统自身的问题，处理时涉 及一、二次设备，消缺难度较大，特别是开关柜的小车行 程开关质量等问题结合停电处理等，缺陷延续时间长；在 某些情况下可能会导致信号接点频繁动作，造成监控系统 连续频繁报警，严重影响运行人员的正常监视，必须立即 处理。
3）网络设备缺陷 从统计数据看，目前网络通信设备的故障数量尚不大，但 其一旦发生故障则影响较大，涉及面也广，通常会造成多 个装置通信异常或全站数据采集的中断，后果非常严重， 因此必须立即处理。分析网络设备的故障原因，通常由产 品质量不良引起，尤其是各类交换机、集线器等网络通信 设备的电源问题表现尤为突出。
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
目前，总装机容量为2000kW及以上的水电站多采用分层分 布式监控系统，如某电站有两台机组，采用分层分布式监 控系统，则其网络拓扑结构简图如图4-2所示。
2、计算机监控系统的优点 1）减员增效，改革水电站值班方式。 2）提高水电站的自动化水平。 3）提高水电站的供电质量。 4）提高水电站的安全运行水平。 5）提高水电站的劳动生产率和经济效益
二是总控或前置机等负责全站通信任务的关键设备。这部 分设备在较早的系统多采用工控机等设备，因此也存在和 后台系统相类似的情况，尤其是因硬件问题造成的死机现 象相对更多一些。
总之，站控层缺陷基本由软硬件问题引起，且比例大体相 当，而GPS对时系统、UPS电源等问题相对少一些。
水电站计算机监控系统
高效的、经济的实现集中控制和远方控制
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特点：
可以模拟各种复杂的控制规律，实现系统高质量的控制效 果，同时可以不改变控制设备而修改控制结构和参数；
具有记忆和判断的能力，能综合生产过程中的各种情况， 作出最佳选择，实现最优控制；
按水电厂控制层次和对象设置电站级（上位机）和现地控制单元 （LCU）级
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计算机监控系统作用 一、监视 信息由下至上， 利用各种传感器、变送器收集设备的运行信息，
这些信息一般可以分为模拟量信息、开关量信息、温度量信息（脉冲 量信息、数码信息）等，通过I/O接口，将数据送入计算机，计算机 进行相应的处理，送到运行人员工作站、现地操作屏供运行人员监视。 二、控制 信息由上至下，运行人员通过工作站、现地监视屏发布操作命令， 命令经过计算机判别，再通过I/O接口，将控制输出传递给出口继电 器，出口继电器驱动现场自动化设备如电磁、电动设备、现地自动装 置等等。
从用途上来说，随着信息化社会的来临，UPS广泛地
应用于从信息采集、传送、处理、储存到应用的各个环节，
其重要性是随着信息应用重要性的日益提高而增加的。
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UPS按工作原理分成后备式、在线式与在线互动式三大类：
后备式UPS：具备了自动稳压、断电保护等UPS最基础也最重要 的功能，有10ms左右的转换时间，逆变输出的交流电是方波而非正 弦波；
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自动发电控制AGC
水电站计算机监控技术
2、数据库的功能 数据库管理系统的功能除了数据库生成、访问、检索、恢 复得以外，还有两个重要的任务，既保证数据库的安全性 和数据库的完整性。 3、数据库的特点与设计要求 特点：迅速、全局实用性、灵活性、完整性
3、数据库的特点与设计要求
数据库的设计要求是：保证数据的独立性，减少数据冗余， 提高数据的共享能力，使得用户与系统的接口尽量简单， 容易为用户掌握和使用。
水电站计算机网络结构
一，计算机局域网络
二、水电站计算机网络应用
三、计算机监控系统的厂站控制层
四、计算机监控系统的现地控制层
一，计算机局域网机网络的传输介质
计算机局域网络指在地理上距离较近的网络。
计算机网络的传输介质常用的有双绞线、同轴电缆和光导纤 维。
1、以计算机为基础的监控技术
2、计算机辅助监控系统
采用计算机辅助监控系统时，水电站的控制操作主要仍由常 规的自动装置来完成，计算机监控系统主要实行运行监视、 数据采集、数据处理、事件记录、打印制表和经济运行计算 等功能。
3、计算机与常规装置双重监控系统
采用计算机与常规装置双重监控系统，水电站具有两套各自 独立的监控系统可以相互备用。
计算机监控系统的现地控制层在分布式控制系统中，主要 是指针对某一特定的控制对象而设置的终端设备，又称现 地控制单元。 现地控制单元是计算机监控系统非常重要的环节之一。 现地控制单元也是分布式计算机监控系统的重要组成部分。
水电站计算机监控系统数据库基础
数据库技术是什么？
数据库急速是计算机科学领域中发展最快的重要分支之一， 已成为应用系统的重要技术支柱。
DLT578-95水电厂计算机监控系统基本技术条件
中华人民共和国电力行业标准水电厂计算机监控系统基本技术条件DL/T578—95 Specification of supervisory computer control system forhydroelectric power plants中华人民共和国电力工业部19950713批准19951201实施1主题内容与适用范围本标准规定了水电厂计算机监控系统的有关术语、基本结构、技术要求、试验和检验、包装和运输以及文件等内容。
本标准适用于大型水电厂计算机监控系统的设计、制造和运行管理，梯级水电厂和中型水电厂计算机监控系统亦应参照使用。
2引用标准GB2887计算机场地技术要求DL5003电力系统调度自动化设计技术规程DL5002地区电网调度自动化设计技术规程GB6162静态继电器及保护装置的电器干扰试验GB7450电子设备雷击保护导则GB3453数据通信基本型控制规程GB3454数据终端(DTE)和数据电路终端设备(DCE)之间的接口定义GB7260不间断电源设备DL476电力系统实时数据通信应用层协议JB/T5234工业控制计算机系统验收大纲3术语3.0.1电站级(或主控级)(Power Plant Level)：指水电厂中央控制一级。
3.0.2现地控制单元级(Local Control Unit)：指水电厂被控设备按单元划分后在现地建立的控制级。
3.0.3人机接口(Man-Machine Interface)：指操作人员与计算机监控系统设备的联系。
等同人机通信(MMI)或人机联系。
3.0.4通信接口(Communication Interface)：计算机与标准通信系统之间的接口。
3.0.5局部网(Local Area Network)：局部区域计算机网络的简称。
3.0.6点设备(Point)：输入输出接口设备。
点的分类含义如下：(1)报警点(Alarm Point)：它用于输入能产生报警功能的信息。
水电站计算机监控技术(第1章)
第1章概论水电站计算机监控技术是一门综合性很强的科学，它是水电站硬件技术、计算机技术、通信技术、数据库技术、网络技术和自动化监控技术等多种技术的有机融合。
要深入了解水电站计算机监控技术，必须先了解水电站监控系统的各种基础装置、计算机应用基础、数据通信基础以及计算机监控系统的模式和配置等内容。
在后面的学习中，我们将逐步理解水电站计算机监控技术的深刻内涵。
1.1 水电站计算机监控系统的发展概况安全经济运行是水电站最根本的任务之一。
随着国民经济的持续发展，电力需求迅猛增长，兴建的水电站越来越多，其容量也越来越大，如正在建设的三峡水电站，总装机容量高达18200MW。
为了实现安全发供电，需要经常监测的量成千上万，需要实现的控制功能也越来越复杂。
特别是抽水蓄能电厂的出现，机组的工况不仅有发电、调相，而且还有抽水、各种工况之间的相互转换，使控制功能进一步复杂。
为了实现水电站的优化运行以期达到整个系统的的经济运行，需要进行的计算更为复杂。
以上这些复杂的工作使原来在水电站上广泛使用的布尔逻辑型自动装置越来越难以胜任，因此采用更为先进的技术成了迫不及待的任务。
与此同时，计算机科学发展异常迅猛，技术日新月异，其性能日趋完善，而价格日益下降，这为计算机监控取代常规的布尔逻辑型自动装置提供了良好的物质基础。
早在20世纪70年代，计算机已开始应用于水电站，起先用于各项离线计算和工况的监测，后来，逐渐进入到控制领域。
它经历了一段从低级到高级，从顺序控制到闭环调节控制，从局部控制到全厂控制，从电能生产领域扩展到水情测报、水工建筑物的监控、航运管理控制等各个方面，从监控到实现经济运行，从个别电厂监控到整个梯级和流域监控的发展过程。
出现了一批用微机构成的调速器、励磁调节器、同期装置和继电保护装置等。
多媒体技术应用使电厂中控室的设计发生了巨大的变化。
巨大的模拟显示屏正在逐渐被计算机显示器所代替；常规操作盘基本上已被计算机监控系统的值班员控制台所取代；运行人员的操作已从过去的扭把手、按开关转为计算机键盘和鼠标操作。
水电站计算机监控系统介绍PPT课件
监控系统功能概述
监控系统电站级功能
数据采集与处理
电站级计算机能自动采集整个电站内各现地控制单元的各类实时数据， 包括模拟量、开关量、数码量、电度量和事件顺序记录（SOE）等， 进行数据有效性校核，存入数据库，用于显示器屏幕画面更新、控制 调节、记录检索、操作指导及事故分析。事故报警信号优先传递，并 登录事故发生的时间。在任何时候均可由操作员或应用程序发命令采 集任何一个现地控制单元级的过程输入信息。
现地控制
运行人员通过现地控制屏上的触摸屏或控制开关、按钮，实现机组的自动运行和分步 运行。在机组LCU屏上设有带保护罩的手动紧急停机按钮和紧急关进水口事故门按钮。 现地控制单元LCU上设置有“远方/现地”方式转换开关，只有当LCU上的方式转换开 关切至“远方”时，才能由中控室操作员站或省中调计算机监控系统控制。
硬件配置说明
通信工作站
1套
机型：采用美国HP公司XW4300型工作站
硬件配置：
CPU：Pentium4 2.8GHz
内存：512MB
硬盘：80GB×2
软驱：3.5英寸1.44MB
光驱：Co/1000M以太网接口
声卡
图形显示卡
标准键盘和鼠标
智能八串口板及附属设备
电力Modem
监控系统功能概述
(4)无功功率联合控制（自动电压控制AVC）
根据给定的全厂总无功功率设定值，按相应分配 原则分配到参加AVC的机组，并能进行闭环调节 和开环指导；
根据给定的电站220kV母线电压范围，调整全厂 或单机无功，并能进行闭环调节和开环指导。
AVC程序考虑各种安全条件和限值的限制。即： 无功功率联合控制程序保证机组无功出力及端电 压在稳定运行范围内。
(5) 紧急控制
水电站计算机监控系统基础
水电站计算机监控系统基础水电站计算机监控系统基础1·引言1·1 目的和范围本文档旨在详细介绍水电站计算机监控系统的基础概念、功能和架构，以及相关的监控设备、软件和网络要求。
1·2 定义在本文档中，以下术语的定义为：●水电站：指通过水力发电方式产生电能的发电站。
●计算机监控系统：指使用计算机技术对水电站实施监控和管理的系统。
2·概述2·1 系统目标水电站计算机监控系统的主要目标是实现对水电站运行状态的实时监控、故障诊断和远程控制，以提高水电站的运维效率和安全性。
2·2 系统功能水电站计算机监控系统的主要功能包括：●实时监测水电站的运行参数，如水位、电压、电流等。
●自动采集和记录水电站的运行数据。
●实时分析数据，进行故障诊断和预警。
●远程控制水电站的设备和操作。
●各类报表和统计图表，帮助运维人员进行分析和决策。
3·系统架构3·1 硬件架构水电站计算机监控系统的硬件架构主要包括以下组成部分：●服务器：用于存储和处理监控数据。
●工作站：用于操作和管理监控系统。
●传感器和仪器设备：用于采集水电站的运行参数数据。
●通信设备：用于实现系统内部和外部的数据传输和交互。
3·2 软件架构水电站计算机监控系统的软件架构主要包括以下组成部分：●数据采集与传输软件：用于采集、处理和传输水电站的运行数据。
●数据存储与管理软件：用于存储、管理和分析监控数据。
●远程控制软件：用于实现远程对水电站设备的控制和操作。
●报表软件：用于各类报表和统计图表。
4·监控设备和网络4·1 传感器和仪器设备水电站计算机监控系统需要安装适当的传感器和仪器设备来实时采集水电站的运行参数数据。
常见的传感器和仪器设备包括水位计、电压表、电流表等。
4·2 通信网络水电站计算机监控系统需要与水电站内部的各种设备进行数据交互，同时还需要与外部网络进行数据传输和远程控制。
水电站计算机监控技术(第2章)
第二章 水电站计算机监控系统概述第一节 水电站计算机监控系统基本类型一、水电站计算机监控系统基本类型（一） 按计算机在水电厂监控系统中的作用分类根据计算机在水电厂监控系统中的作用及其与常规设备的关系，水电厂采用的计算机监控系统主要类型有取消常规设备的以计算机为基础的监控系统；以计算机为主、常规设备为辅的监控系统和以常规设备为主、计算机为辅的监控系统。
1、以计算机为基础的监控系统（CBSC）以计算机为基础的监控系统可以让水电厂的主要监控功能均由计算机监控完成，常规的控制装置可以取消。
但为了提高整个控制系统的可靠性，也可以保留一小部分现地操作控制设备在特殊情况下作为备用。
采用这种模式，对计算机监控系统的性能有很高的要求。
随着计算机技术的迅速发展，应用冗余技术，配置双CPU、多CPU的装置均能满足水电厂监控系统可靠性的要求，使监控系统的利用率接近100%。
CBSC系统是水电厂实现计算机监控的主要发展方向。
目前，国内许多大、中型水电厂均采用这种系统。
2、计算机辅助监控系统（CASC）采用这种模式时，水电厂的控制操作主要仍由常规的自动装置来完成，计算机监控系统主要实行运行监视、数据采集、数据处理、事件记录、打印制表和经济运行计算等功能。
这样可提高水电厂的安全运行和自动化管理水平，并可取得一定的经济效益。
采用这种模式，运行中计算机监控部分即使发生故障，水电厂仍能维持正常运行，只是部分功能暂时不能实现。
这种模式对计算机监控系统的性能要求可以低些，因而投资也较低，比较容易实现。
3、计算机与常规装置双重监控系统（CCSC）采用CCSC系统，水电厂具有两套各自独立的监控系统可以相互备用。
由于设置两套各自独立的监控系统，因此其可靠性高，但价格偏贵。
而且随着计算机监控系统技术的日趋成熟完善，使用两套各自独立的监控系统显得多余和浪费。
因此CCSC系统只能作为一种由CASC方式向CBSC方式过渡的一种系统。
分析以上三种系统形式可以看出，以常规自动化装置为基础的计算机辅助监控系统（CASC）的优点为当计算机系统发生故障时，仍能维持电厂的正常运行，只是暂时失掉计算机系统功能（如数据采集、处理等功能）；缺点是整个系统的功能比较低，对整个水电厂自动化水平的提高有一定限制；因此这种系统只是一种过渡模式。
水电站计算机监控系统概论
一、案例背景
本次优秀教学案例的主题为“教科版八年级物理上册《第三章声》复习”，旨在通过深入浅出的教学方法，帮助学生巩固和深化对声学知识的理解。本节课的教学内容紧密围绕教科版教材的章节要求，以声音的产生、传播、特性和应用为主线，结合学生的实际情况，设计了一系列具有启发性和实践性的教学活动。
（三）小组合作
小组合作是促进学生互动和合作的重要策略。教师可以将学生分成小组，让他们共同完成一些声学实验和项目。在小组合作的过程中，学生可以互相交流和分享自己的想法，通过合作解决问题，提高他们的团队合作能力和沟通能力。教师可以通过观察学生的合作过程和成果展示来评价他们的表现。
（四）反思与评价
反思与评价是学生学习的重要环节。教师可以引导学生进行自我反思和评价，让学生思考自己在学习过程中的优点和不足，并思考如何改进。同时，教师可以通过学生的表现和成果来评价他们的学习效果。教师可以提供具体的反馈和建议，帮助学生进一步提高。反思与评价的教学策略能够培养学生的自我反思和自我评价的能力。
二、教学目标
（一）知识与技能
本次教学旨在帮助学生系统地复习和巩固《第三章声》的核心知识点。学生将能够：
1.描述声音的产生原理，包括振动与声波的关系。
2.解释声音的传播过程，包括固体、液体和气体中声音的传播特点。
3.理解声速的概念，并能够运用声速公式进行简单的计算。
4.分析不同介质中声速的差异，并探讨其原因。
2.实验演示与互动讨论：通过实验演示和互动讨论，让学生亲身体验和探究声音的产生、传播和特性，提高学生的实践操作能力和问题解决能力。
3.小组合作学习：通过小组合作学习和讨论，培养学生的团队合作能力，增强学生的沟通与交流技巧，提高学生的解决问题的能力。
水电站计算机监控系统基础知识
• 批处理——以前的大型机（Mainframe）上所采用的系 统，需要把一批程序事先写好（打孔纸带），然后计算 得出结果 分时——现在流行的PC，服务器都是采用这种运行模式， 即把CPU的运行分成若干时间片分别处理不同的运算请 求 实时——一般用于单片机上，比如电梯的上下控制中， 对于按键等动作要求进行实时处理
第一章 计算机网络基础知识 第一节 计算机网络概述
一、计算机网络知识简介：
（一）计算机网络 1、局域网：局域网指在地理上距离较近的网络，简称LAN。 2、广域网：广域网是在一个广泛地理范围内所建立的计算机通信网， 简称WAN （二）计算机网络的组成： 计算机网络由计算机系统、通信链路和网络节点组成 1、资源子网：提供资源共享所需的硬件、软件及数据等资源，提供 访问计算机网络和和处理数据的能力 2 、通信子网：完成数据的传输、交换以及控制，提供计算机网络的 功能。 3 、计算机网络和拓扑结构（所谓网络和拓扑结构系指网络的链路 （Link）和节点（Node）在地理上所形成的几何构成 ） 拓扑结构（1）总线形（ 2）环形 （3）星形（4）树形（ 5）点 到点互联模式
水电站计算机监控技术
现代水电站采用计算机监 控系统来提高自动化水平 的必要性
绪
论
电力电能生产、输送、销售的特点： 1、电网的容量大 2、电源分布更加合理：各区域横向联系愈来愈 多，国家西电东送计划 3、电网的电能生产方式更加多样：水电、火电、 热能发电、核电（与火力发电及其相似） 4、多样化的电力用户对供电的可靠性、稳定性 和电能质量提出了更高要求
System）是一种联机的多用户交互式的操作系统。一般采用时 间片轮转的方式，使一台计算机为多个终端服务。对每个用户能 保证足够快的响应时间，并提供交互会话能力。）
水电站计算机监控系统的结构和工作原理
水电站计算机监控系统的结构和工作原理水电站计算机监控系统是指利用计算机技术对水电站运行过程中的各项参数进行监测、控制和管理的系统。
它由硬件设备和软件系统两部分组成。
硬件设备包括各种传感器、执行器、控制器等，用于获取和执行各项工作参数。
而软件系统则包括数据采集、数据处理、用户界面等功能，用于实现对水电站运行状态的监测和控制。
首先是数据采集与传输层，该层主要负责采集水电站各个部位的参数信息，并将其传输至数据处理与分析层。
数据采集包括电流、电压、水位、流量等参数的采集，传统的测量仪器逐渐被数字化的传感器所取代，能够实时采集数据，并将其转换为计算机可读的数字信号。
传输方式一般有有线和无线两种，有线方式可以通过传统的电缆进行传输，而无线方式则可以通过无线通信技术进行传输，如GSM、WiFi、蓝牙等。
这样可实现了对数据的无线传输，提高了数据采集的灵活性和可靠性。
其次是数据处理与分析层，该层主要对采集到的数据进行实时处理和分析。
数据处理包括数据的存储、压缩、加密等操作，以确保数据的安全性和可靠性。
数据分析则是对采集到的数据进行处理和分析，分析水电站的运行状态和参数变化情况，如计算功率变化、水位变化、电流负荷等，以便进行决策和预测。
该层还可以进行故障诊断和预警，一旦发现异常情况，立即向人机交互与控制层发送报警信息。
此外，数据处理与分析层还可以通过数据模型和算法优化水电站的运行效率，节约电能和水资源，提高水电站的综合效益。
最后是人机交互与控制层，该层是操作员与计算机之间的接口，也是系统监测与控制的中心。
人机交互界面一般为图形化界面，以便操作员能够直观地了解水电站的运行状态，并通过控制命令对其进行控制。
此外，该层还包括报警系统、远程监控与控制系统等，可以及时发出警报和进行远程操作。
操作员还可以通过该层进行数据查询和报告生成，以便进行统计分析和决策。
同时，该层也支持与外部系统的数据交互和接口拓展。
水电站计算机监控系统的工作原理是通过各个层之间的数据传输和处理实现的。
水电站计算机监控系统
水电站计算机监控系统[正文]一、项目背景水电站计算机监控系统是为了提高水电站运维管理效率、确保安全稳定运行而开发的。
本系统通过采集、传输和分析关键数据，实现对水电站各项设备和参数的实时监控和远程操作。
二、系统架构⒈硬件架构⑴主控服务器：负责数据采集、存储和分析。
⑵监控终端：安装在各关键设备上，用于监测和控制设备。
⑶数据传输设备：负责将监测数据传输至主控服务器。
⒉软件架构⑴数据采集软件：负责收集各设备的实时数据。
⑵数据传输软件：将采集到的数据传输至主控服务器。
⑶监控控制软件：用于实时监控和远程操作各关键设备。
⑷数据分析软件：对采集到的数据进行分析和报表。
三、系统功能⒈实时监控功能⑴监测设备状态：包括设备运行状态、设备温度、设备压力等。
⑵监测参数变化：包括水位、电流、电压等。
⑶实时报警：当设备状态异常或参数超过阈值时发送报警信息。
⒉远程控制功能⑴远程开关机：通过系统远程操作设备的开关机功能。
⑵远程调节参数：通过系统远程调节设备的工作参数。
⑶远程维护功能：通过系统远程进行设备的维护和故障排除。
⒊数据分析功能⑴数据统计与报表：根据采集到的数据统计报表。
⑵故障诊断与分析：根据历史数据进行故障诊断和分析。
四、附件本文档涉及的附件包括：●监控系统架构图●数据采集软件配置文件●监控终端设备清单五、法律名词及注释⒈水电站：利用水流能产生电力的发电设施。
⒉计算机监控系统：利用计算机技术进行设备状态监测和控制的系统。
六、总结水电站计算机监控系统实现了对水电站设备和参数的实时监控和远程操作，提高了水电站运维管理效率。
该系统具有实时监控、远程控制和数据分析等功能，能够帮助水电站及时发现问题并进行相应的处理。
通过使用该系统，水电站运行人员可以更加方便地进行设备管理与维护，确保水电站的安全稳定运行。
水电站计算机监控技术(第3章)
第三章 计算机监控系统的数据采集与处理第一节 数据采集与处理的作用和分类数据采集是指将生产过程的物理量采集、转换成数字量后，再由计算机进行存储、处理、显示或打印的过程。
水电站计算机监控系统的数据采集系统的任务，就是采集各类传感器输出的模拟信号并转换成计算机能识别的数字信号，然后送入计算机；计算机根据需要进行相应的计算、处理并输出，以便实现对水电站生产过程的自动监控。
一、监控系统采集数据的分类在水电厂计算机监控系统中，数据采集与处理主要是实现现场过程和系统有关环境的监视和控制信号的收集、处理和传输。
监控系统所采集和处理的数据大致可包含如下类型：1、输入模拟量。
它是指将现场的电气量和非电气量直接或经过变换后输入到计算机系统的接口设备的模拟量,适合水电厂计算机监控系统的输入模拟量参数范围包括0～5V(dc)、0～10V(dc)、0～20mA、±5V(dc)、±10V(dc)、±20mA、4～20mA等几种；2、输出模拟量。
它是计算机系统接口设备输出的模拟量，水电厂中适用的典型参数为4～20mA或0～10V(dc)；3、输入开关量。
它是指过程设备的状态或位置的指示信号输入到计算机系统接口设备的数字量(开关量)，此类数字输入量一般使用一位“0”或“1”表示两个状态；4、输出开关量。
它是指计算机系统接口设备输出的监视或控制的数字量，在电厂控制中为了安全可靠，一般输出开关量是经过继电器隔离的；5、输入脉冲量。
它是指过程设备的脉冲信息输入到计算机系统接口设备，由计算机系统进行脉冲累加的一位数字量，但其处理和传输又属模拟量类型；6、数字输入BCD码。
它是将BCD码制数字型的输入模拟量输入到计算机系统接口设备,一个BCD码输入模拟量一般要占用16位数字量输入通道；7、数字输入事件顺序记录SOE(Sequence Of Events)量。
它是指将数字输入状态量定义成事件信息量,要求计算机系统接口设备记录输入量的状态变化及其变化发生的精确时间,一般应能满足5ms分辨率要求；8、外部数据报文。
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,第二篇水电站计算机监控系统的基本技术任务一、水电站计算机监控系统的工作原理子任务一、电站主控层的计算机监控原理电站主控层（主要由上位机组成），介于电网层与现地控制层之间，是操作员监控运行过程的主要窗口，负责对控制过程的“控、监、传”。
其“控”，就是将“人”的操作信息送入控制系统，实现运行状态的转换，其“监”，就是对系统的数据库进行管理，进而实现信息处理和送达，其“传”，就是在电网层与现地控制层之间实现信息的传递。
在水电站主控层安装有水电站计算机监控系统的历史数据库、实时数据库、历史数据库管理系统、实时数据库管理系统、上位机软件系统和人机接口界面等。
现地控制单元层的数据首先采集进入实时数据库，一方面，上位机软件根据设定的时间，通过实时数据库管理系统定时访问实时数据库的数据，并定时刷新人机接口界面，这样便于操作运行人员了解整个电站的运行情况；另一方面，实时数据库的数据定时存储入历史数据库，历史数据库可以由历史数据库管理系统进行管理，操作运行人员可以一次通过人机接口界面、上位机软件和历史数据库管理平台对历史数据进行管理、修改和查询等操作。
此外，实时数据库可以通过上位机中的远程通讯软件与电网层进行数据交换。
主控层原理见（图2-1）。
图2-1 电站主控层的工作原理简图子任务二、现地控制单元层计算机监控原理水电站计算机监控系统的现地控制单元主要包括机组现地控制单元和开关站及公用设备现地控制单元。
其中，机组现地控制单元主要在现场对机组运行实现监视和控制。
它需要直接与水电站的生产过程接口，对发电机生产过程进行监控，运行中要实现数据采集、处理和设备运行监视，同时通过局域网与监控系统其他设备进行通信，以及完成自诊断等。
同时，它要协调功能层设备如调速器、励磁装置、同期装置、备自投装置等与现地控制单元的的联动以完成调速、调压、调频以及事故处理等快速控制的任务。
在上位机系统出现故障或退出运行时，现地LCU应能够正常运行和实现对水轮发电机组发电的基本控制。
而开关站及公用设备现地控制单元主要完成对开关站以及公用设备的计算机监控。
现地LCU主要技术有：1.水轮发电机组的测量水轮发电机组的测量主要包括电量和非电量的测量。
电量包括交流电参数和直流电参数。
非电量包括水位、油位、压力、温度等。
2.水轮发电机组的顺序控制水轮发电机组的顺序操作功能是机组现地控制单元中自动控制的组成部分，是实现水电厂计算机监控的基础，其任务是按照给定的运行命令自动地按规定的顺序控制机组的调速器、励磁设备、同步装置和机组的自动化原件，实现机组各种工况的转换。
常规机组通常有停机、发电和调相三种运行状态。
机组的顺序操作主要是机组三种运行状态的转换，实际运行中，也包括发电、并网、空载、空转等运行状态的转换。
1）水轮发电机组的PLC控制系统设计目前在水电站中广泛应用的计算机监控系统现地控制单元是以可编程序控制器（PLC）和人机接口界面（触摸屏）为控制核心的。
PLC的输入输出原理如图所示：从上图可知，PLC一般由CPU，开关量输入单元（DI）、模拟量输入单元（AD）、开关量输出单元（DO）、模拟量输出单元（DA）、脉冲量输入单元、脉冲量输出单元、电源单元以及通讯接口单元等组成。
开关量输入单元（DI）采集机组各种开关（ON/OFF）信号，如事故信号、断路器分合信号以及重要继电保护的动作信号等；模拟量输入单元（AD）采集电站的电压、电流、水压、油压、水位等模拟信号，如机组励磁电压、励磁电流、调速器油压、蜗壳水压等；开关量输出单元（DO）用来执行各类操作控制指令，如机组的自动开停机控制、事故紧急停机控制等；模拟量输出单元（DA）用来执行各类调节指令，如机组有功功率和无功功率的调节、发电机出口电压的调整、系统频率的调节等。
PLC通讯单元一般有两种形式，其一为单口型式，另一种为双口型式。
当为单口型式时,由于PLC通信单元的RS－485或RS232C通讯接口只能与上位机进行串行通讯，不能直接通过以太网进行通信，所以PLC对各种采集的信号通过程序进行分析和处理后，需经协议的转换把数据传送到电站主控层的上位机。
双口型式有双以太网口和一以太网口一串口（RS-232，或RS-485）。
任务二顺控程序的意义及编写原则子任务三、PLC 控制系统设计与调试的步骤1. PLC 控制系统设计与调试的一般步骤，如下图：2. PLC 控制系统设计与调试的主要步骤说明： 注意：将此处的功能表图改为控制流程图。
分析被控对象工艺过程提出系统控制要求确定外部输入、输出设备PLC选型分配I/O点，设计I/O接线图绘制功能表图设计梯形图编制程序清单修改模拟调试输入程序并检查设计控制台（柜）及安装接线图现场施工接线联机调试满足要求？编制技术文件交付使用满足要求？N NN YY（1）分析被控对象并提出控制要求详细分析被控对象的工艺过程及工作特点，确定控制系统的可靠性指标及质量和品牌要求，了解被控对象机、电、液、光之间的配合，提出被控对象对PLC控制系统的控制流程，确定控制方案，拟定设计任务书。
（2）确定输入／输出设备根据系统的控制要求，确定系统所需的全部输入设备（如：按纽、位置开关、转换开关及各种传感器等）和输出设备（如：接触器、电磁阀、信号指示灯及其它执行器等），从而确定与PLC有关的输入/输出设备，以确定PLC的I/O点数。
（3）PLC选型PLC选型包括对PLC的机型、容量、I/O模块、电源等的选择。
（4）分配I/O点并设计PLC外围硬件线路1）分配I/O点画出PLC的I/O点与输入／输出设备的连接图或对应关系表，该部分也可在第（2）步中进行。
2）设计PLC外围硬件线路画出系统其它部分的电气线路图，包括主电路和未进入PLC的控制电路等。
由PLC的I/O连接图和PLC外围电气线路图组成系统的电气原理图。
到此为止系统的硬件电气线路已经确定。
（5）程序设计与模拟调试1）程序设计根据系统的控制要求，主要根据流程图的逻辑关系，采用合适的设计方法来设计PLC 程序，该步骤一般在电脑上使用与PLC兼容的专用的PLC编程软件来编辑，各厂家均有自己的PLC编程软件，编程完成后再使用专用的数据线或通过网络等将程序传送到PLC内部。
程序要以满足系统控制要求为主线，逐一编写实现各控制功能或各子任务的程序，逐步完善系统指定的功能。
除此之外，程序通常还应包括以下内容：A.初始化程序。
在PLC上电后，一般都要做一些初始化的操作，为启动作必要的准备，避免系统发生误动作。
初始化程序的主要内容有：对某些数据区、计数器等进行清零，对某些数据区所需数据进行恢复，对某些继电器进行置位或复位，对某些初始状态进行显示等等。
B.检测、故障诊断和显示等程序。
这些程序相对独立，一般在程序设计基本完成时再添加。
C.保护和连锁程序。
保护和连锁是程序中不可缺少的部分，必须认真加以考虑。
它可以避免由于非法操作而引起的控制逻辑混乱。
2）程序模拟调试程序模拟调试的基本思想是，以方便的形式模拟产生现场实际状态，为程序的运行创造必要的环境条件。
根据产生现场信号的方式不同，模拟调试有硬件模拟法和软件模拟法两种形式。
A. 硬件模拟法是使用一些硬件设备（如用另一台PLC或一些输入器件等）模拟产生现场的信号，并将这些信号以硬接线的方式连到PLC系统的输入端，其时效性较强。
B. 软件模拟法是在PLC中另外编写一套模拟程序，模拟提供现场信号，其简单易行，但时效性不易保证。
模拟调试过程中，可采用分段调试的方法，并利用编程器的监控功能。
（6）硬件实施硬件实施方面主要是进行控制柜（台）等硬件的设计及现场施工。
主要内容有：A.设计控制柜和操作台等部分的电器布置图及安装接线图。
B.设计系统各部分之间的电气互连图。
C.根据施工图纸进行现场接线，并进行详细检查。
由于程序设计与硬件实施可同时进行，因此PLC控制系统的设计周期可大大缩短。
（7）联机调试联机调试是将通过模拟调试的程序进一步进行在线统调。
联机调试过程应循序渐进，从PLC只连接输入设备、再连接输出设备、再接上实际负载等逐步进行调试。
如不符合要求，则对硬件和程序作调整。
通常只需修改部份程序即可。
全部调试完毕后，交付试运行。
经过一段时间运行，如果工作正常、程序不需要修改，应将程序固化到EPROM中，以防程序丢失。
（8）整理和编写技术文件技术文件包括设计说明书、硬件原理图、安装接线图、电气元件明细表、PLC程序以及使用说明书等。
任务三、了解通信技术在计算机监控系统中的应用对于计算机监控系统，数据通信是不可缺少的。
很多计算机监控系统或控制系统是难以用一台计算机实现的，而是由多个控制单元或监控单元共同构成的，其中控制单元是为了完成为被控对象的自动控制，而集中监控和操作管理单元是为了达到综合信息全局管理的目的。
这种结构称之为分布式结构，这些分布式的单元之间就是通过计算机网络连接在一起，并通过网络进行相互之间的通信的。
子任务一、计算机网络计算机网络指在其中运行通信程序以相互传送信息的计算机集合。
当代、凡稍具规模的计算机监控系统，都已毫不例外地采用计算机网络。
从网络角度考察，称这些在网的计算机或自动装置为通信站或通信点。
各站点之间由通信子网连接起来，按计算机网络在地域上的分布，又可分为局域网（LAN，Local Area Network）、广域网（WAN，Wide Area Network）以及遍布全世界的网际网（Internet）。
1.局域网局域网，就是在局部地区范围内的网络，它所覆盖的地区范围小。
局域网在计算机数量配置上没有太多的限制，少得可以只有两台，多的可达几百台。
一般来说在企业局域网中，工作站的数量在几十到两百台次左右。
在网络所设计的地理距离上一般来说可以是几米至10km以内。
局域网一般位于一个建筑物或一个单位内，不存在寻径问题，不包括网络层的应用。
2.广域网广域网是在一个广泛地理范围内所建立的计算机通信网，简称WAN。
其范围可以超越城市、国家乃至全球，因而对通信的要求及复杂性都比较高。
广域网侧重共享位置准确无误及传输安全性。
在实际应用中，LAN可与WAN互连，或通过WAN与位于其他点点的WAN互连，这时LAN就成为WAN上的一个端系统。
子任务二、常用的传输介质作为网络中信道的传输媒介，人们通常会想到一对电线。
事实上，电线是最常用的传输媒介体。
此外还有其他传输媒介，例如无线电、微博、光纤、激光束、同轴电缆等，还有卫星通信以及电力线载波通信等。
在电力系统计算机监控系统中，上列通信手段几乎都在使用着。
不同的媒介体有不同的特性，适用于不同的场合。
（1）双绞线。
双绞线是由两个绝缘道题扭绞而成的线对，导体通常由高纯度的铜制成，在导体的外面包一层塑料或纸绳予以绝缘。
若干扭绞的线对组成电缆芯，其外层包上护套。