GER6000型计算机监控系统

GER-6000水电厂计算机监控系统
技术说明书
上海申瑞电力自动化科技有限公司
南京申瑞电气系统控制有限公司
二零零四年四月
目录
1 概述 (1)
2 系统结构 (1)
3 上位机系统及通讯网络 (2)
3.1 体系结构 (2)
3.2 数据库系统 (3)
3.3 系统安全 (4)
3.4 人机界面 (4)
3.5 事故追忆 (5)
3.6 语音报警 (6)
3.7 公式编译 (6)
3.8 AGC/A VC (6)
3.9 对外通讯 (6)
3.10 网络互联和Web浏览 (6)
4 现地控制单元 (7)
4.1 装置特点 (7)
4.1.1 结构配置灵活 (7)
4.1.2 功能齐全强大 (7)
4.1.3 高可靠性和抗干扰能力 (7)
4.1.4 多样化的通讯接口 (7)
4.1.5 信息丰富的人机界面 (8)
4.1.6 强大的组态和调试软件 (8)
4.1.7 易于维护 (8)
4.2 装置结构 (8)
4.2.1 装置基本结构 (8)
4.2.2 装置的冗余 (8)
4.2.3 双LCU冗余 (8)
4.2.4 电源冗余 (9)
4.2.5 CPU模件冗余 (9)
4.2.6 通讯通道的冗余 (9)
4.2.7 盘柜结构 (9)
4.3 装置功能 (10)
4.3.1 数据采集和处理 (10)
4.3.2 顺序控制操作 (10)
4.3.3 机组转速测量功能 (10)
4.3.4 自动准同期功能 (10)
4.3.5 功率调节功能 (10)
4.3.6 通迅功能 (11)
4.3.7 当地人机界面 (11)
4.3.8 自诊断 (11)
4.3.9 时钟同步 (11)
4.4 主要技术指标 (11)
4.4.1 开关量输入 (11)
4.4.2 开关量输出 (11)
4.4.3 模拟量输入 (11)
4.4.4 温度量输入 (11)
4.4.5 准同期 (12)
4.4.6 转速测量 (12)
4.4.7 电源 (12)
4.4.8 装置平均无故障间隔时间（MTBF） 50000h (12)
4.4.9 工作环境 (12)
1 概述
二十世纪九十年代，随着计算机和信息产业技术的进步以及电力事业的蓬勃发展，对水电站自动化提出了越来越高的要求。

无人值班、少人值守的工作自1994年开展已有十年，并取得了很大的成绩，30多个大中型水电厂已通过原国电公司组织的无人值班验收，电厂技术和管理水平大大提高，减人增效成果显著。

在这个过程中，水电厂计算机监控系统起着至关重要的作用。

现代的监控系统已经能够实现全电站的数据集中监控、主辅设备自动控制、远方遥控和遥调、信息远传等功能，是水电站安全、可靠和经济运行的可靠保证。

GER-6000水电厂计算机监控系统，是上海申瑞电力自动化科技有限公司和南京申瑞电气系统控制有限公司专门针对水电厂需求开发的新一代计算机监控系统，它广泛采用了大量的计算机软硬件新技术，具有结构灵活多变、功能强大、运行可靠、维护方便的特点，是水电站计算机监控系统的首选产品。

2 系统结构
整个计算机监控系统由上位机（或称为厂级计算机）、现地控制单元、通讯网络三部分组成，见下图：
其中上位机部分完成全厂数据库的运算、统计、AGC/AVC、人机界面、历史数据存储和查询、调度通讯等功能，LCU直接与现场设备接口完成数据
采集、顺序控制、功率调节等功能，通讯网络实现全系统各部分的信息交换。

3 上位机系统及通讯网络
计算机监控系统的上位机系统采用客户/服务器（Client/Server）体系结构。

具有多平台运行环境支持的超强可靠性，系统核心处理程序可同时运行在UNIX/ LINUX/ WINDOWS操作系统之上，且可互为热备用。

其通讯网络是10/100M的局域网，实现数据的快速交换。

它们的特点如下：
3.1 体系结构
监控系统软件体系结构如下图。

系统逻辑上由服务器和客户机两部分组成，服务器上运行系统数据库（包
括基于商用数据库的系统基本/历史数据库和基于内存的实时数据库）和系统服务程序，客户机上无实时数据库副本存在。

客户机上查询显示所需的各种信息均从服务器上的系统数据库获取，彻底消除数据不一致性。

客户机上无实时数据库副本存在，从根本上减少数据库维护的工作量，也由此消除不在线运行工作站的数据库维护同步问题。

客户机上的各种操作均由系统服务程序进行统一管理，客户机不直接和前置子系统进行数据通信，避免可能出现的在不同工作站上对同一设备的控制操作，消除安全隐患。

虽然说，软件中由多种服务系统，但是你可以把这些服务安装在一台计算机上，也可以安装在不同的计算机上。

你可以使用PC机做服务器，也可以使用商用服务器来运行；服务器可以是一台也可以是多台；在软件中可以保证系统中数据的统一性。

（1）硬件要求
该监控系统可以运行在普通的PC机上，也可以运行在工作站（Compaq XP1000等）、小型服务器（如hp的服务器等等）、大型服务器（如Compaq ES40双主机磁盘阵列、Sun的磁盘阵列等等）上。

（2）操作系统要求
在PC计算机上，需要是Windows2000以上操作系统或者Linux操作系统。

在服务上应该安装最新的和服务器硬件相配套的操作系统（如TrueUnix 64，Solaris 8 等等）。

3.2 数据库系统
（1）基本/历史数据库
系统配备标准的商用关系型数据库（推荐使用Microsoft SQL Server，也可使用Sybase或Oracle）作为系统的基本/历史数据库。

该数据库运行在系统服务器上。

该数据库有两部分信息：基本数据库和历史数据库；其中基本数据库是用来存放实实时数据库的。

历史数据库是用来存放历史数据库的（包括数据采样，事故追忆记录、事件记录等等信息）。

（2）实时数据库
为了满足系统实时性的要求，系统配有基于内存的实时数据库，实时数据库完
全建立在基于商用数据库的历史数据库之上，作为历史数据库的内存映射，实时数据库各数据表具有和基本数据库中的表完全相同的结构。

实时数据库中各表均通过读取基本数据库的对应表创建和生成，基本数据库是实时数据库信息的基本存贮载体。

实时库中的实时数据也可由用户设定周期，写入基本数据库中。

3.3 系统安全
（1）用户权限管理
系统实现用户级的权限管理，对每个使用者赋与其数据库访问、系统维护管理、数据管理及控制操作的多级权限，权限在全网上统一有效，使用者可在任一工作站上完成其权限许可的各种管理及操作。

（2）系统安全管理
为了保证系统的安全性，每个用户均配有加密的个人密码，此密码只有其本人可以设置并修改，其它人（包括系统管理者、超级用户以及系统程序设计者）均无法知道其口令，更无法修改。

由此可以确保系统重要操作的责任唯一性。

3.4 人机界面
计算机监控系统提供了友好的人机界面，方便用户监视和统计电厂监控系统中发生的一切变化，同时也方便用户管理监控系统。

它包括下列软件：（1）图形软件
系统图形界面除了以全图形方式提供丰富的图形画面的编辑显示手段外，针对电力系统的应用特点和需求，将很多图形特性纳入到系统管理之中，允许用户在系统中定义图形特性所代表的电网及设备特性（如电压等级的颜色管理等等）。

另外，还为用户提供直接定义运行设备和实际数据在各种运行状态下的显示形态，满足不断扩充的设备及系统运行管理的需求，同时更能保证系统的更新换代时新系统与老系统在设备状态及数值显示的图形显示特征在含义上保持一致，尊重使用者的习惯，避免系统更新给使用者带来很长的适应期，实现系统的平滑升级。

电力系统的设备图形显示，在本系统中不仅仅是一个单独的符号，而是可扩充的多组多形态的动态图形集，可以随电力系统的应用发展而不断增加设备管理内容。

在系统画面中可直接嵌入地理信息图，数字照片等多种格式的其它图形，充分考虑监控系统的发展需求，还可嵌入报表、文档等管理信息内容，提高系统整体水平。

（2）报表
系统的报表子系统是基于Microsoft Excel用Visual Basic for Application(VBA)开发完成的，继承了Excel的所有功能，具有极其强大的制表、图形、统计、计算功能，可以完全满足各种应用需求。

报表数据全部存放在基于商用数据库的系统历史数据库中。

报表子系统提供全部可视化界面，绘制表格、定义数据及其他各种操作极为快捷、便利，具备MS Excel拥有的全部强大功能。

系统产生的每张报表可独立成为数据文件，具有MS Excel的标准格式，脱离本系统也可进行显示打印，也可广泛被其他软件系统访问利用。

以独立数据文件形式保存的报表具有独立的时效性，不会因为表体或数据定义变化而无法显示或失效。

报表中可嵌入图表，以形象化的图形来表示数据特性，同时报表还可嵌入到其他显示软件中显示（如本系统的图形画面就可嵌入报表）。

（3）流程
系统提供一个图形化的流程编辑器，用户只需要按照流程图的形式把流程绘制出来，经过编译后，传送到LCU上运行。

用户不需要记忆各种流程命令，而是只要知道流程图，就可以把流程绘制出来。

（4）简报
简报是用户获取监控系统中信息的最直接的方式，系统中的所有的事件都会在简报中体现。

简报中的信息按照信息类型，分为9类，用户可以很方便的查询到最近发生的事情，以便做进一步的操作。

（5）数据库编辑
数据库编辑器是提供给用户修改数据库中配置软件。

通过这个软件，用户可以很方便的修改各种测点和其它类型的数据。

可以定义统计、越限报警、各种运算等等功能；它同时提供导入和导出功能，方便用户备份数据库或使用其它软件来修改数据库。

（6）其他辅助工具
其他辅助工具包括：相关色定义、图元编辑器等等工具软件，方便用户使用。

3.5 事故追忆
监控系统中可以进行事故追忆定义，在用户定义的事故源中，如果发生事故变
位，这启动事故追忆。

事故追忆系统将记录相关的被追忆的量在事故发生前后的值，便于用户查找事故原因。

3.6 语音报警
当系统中指定的状态量（如断路器跳开，锁定拔出）或其他量发生变位（如电流越限、温度越限）等等出现时，系统将播放对应的语言告警信息。

提醒用户有情况发生，应该去检查系统。

3.7 公式编译
系统提供编译型用户自定义公式。

公式支持各种函数运算，逻辑运算，带条件嵌入、递归。

为用户扩展系统功能提供直接手段。

3.8 AGC/AVC
AGC/AVC是实现电厂自动控制的高级功能，它可以根据调度下发的负荷曲线来自动调节负荷或开停机组，使电厂机组工作在最佳状态。

3.9 对外通讯
监控系统中所有的通讯软件都是通过通讯管理软件来和监控系统通讯的，它们和监控系统有一个统一的通讯协议。

通讯软件负责和它所通讯的对象进行通讯，对报文进行解析，然后送给通讯管理程序。

由通讯管理程序送给监控系统的实时数据库，并负责同步各个系统；从而减轻了通讯程序的负担。

对外通讯包括和现地控制单元、调度、直流系统、水情测报系统等等其它系统的通讯。

3.10 网络互联和Web浏览
（1）和电厂其他系统互连（MIS系统、其他控制系统）
系统支持几乎所有的网络通信协议，可以实现和各种其它网络系统在网络级的数据交换，本系统标准的客户/服务器体系结构和完善的系统数据库允许用户在安全权限许可的情况下，通过网关跨网段实现数据访问。

另外，系统还可提供系统数据的跨网关主动发送。

例如可根据需要，由用户自行定义选择所需数据写到其它网服务器的数据库或文件之中。

系统网络设计结构及安全性考虑，在把监控系统和MIS 系统以及其他系统相连接时，需要在它们之间增加网络隔离设备，分开两个子系统，保证各子系统的相对独立性，减少系统间的相互干扰。

（2）广域网、远程拔号访问
系统网络可支持各种网络协议（包括TCP/IP）所以系统支持在广域网上的数据交换。

系统支持远程拔号上网，允许系统工作站通过公用电话网实现远程系统维护和实时监视。

（3）系统的实时及历史信息查询可实现WEB浏览器。

4 现地控制单元
GER-6000型监控系统的现地控制单元采用以进口PLC为控制核心并配以各种微机型专功能单元构成的监控装置，其功能强大、可靠性高。

4.1 装置特点
GER-6000微机监控装置具有以下特点：
4.1.1结构配置灵活
由于采用了单元化和模块化的结构，可以灵活地根据用户需求配置硬件和功能。

装置的I/O数量、专功能装置、冗余方式、对外通讯接口都能够为用户度身配置，提供性价比最好的产品。

各种配置的灵活组合使之既可用于新建电厂也便于老厂设备的逐步改造；
4.1.2功能齐全强大
由于配置有针对电厂自动化需求而开发的微机测速、微机自动准同期、微机温度巡检等专功能单元，该装置可以容易地实现数据采集、顺序控制、功能调节等全全部自动测控功能，全面取代各种常规控制设备。

在上位机系统或通讯网络故障时仍然可以保证受控设备的正常安全运行。

4.1.3高可靠性和抗干扰能力
GER-6000以进口高档PLC（GE公司、MODICON公司、AB公司等）作为控制核心，各种专功能单元采用全封闭金属结构、总线不出板技术、表面贴装和波峰焊接工艺等技术手段，电源回路冗余配置，电源和所有生产过程通道均采用隔离和滤波处理，极大地提高了装置的可靠性和抗干扰能力。

4.1.4多样化的通讯接口
装置的对外通讯接口可以选择为串行口、以太网或标准现场总线，通讯规约符合各种开放的国际标准，通讯介质可以选择电缆或光缆。

4.1.5信息丰富的人机界面
装置可以选择彩色或黑白液晶触摸屏和一体化工业PC级作为人机界面，以丰富的图形向运行和维护人员提供充分的设备信息和便捷的操作界面。

4.1.6强大的组态和调试软件
用户可以通过交互式软件方便地实现硬件配置、数据库生成和修改、顺控流程编制、参数设置、报警定义等组态工作。

4.1.7易于维护
GER-6000自诊断功能极为丰富，可以及时准确地向运行和维护人员提供装置内部或现场信号的异常现象和故障定位，并在设备故障时自动改变运行方式以避免故障扩大。

给用户的维护提供了极大的方便。

4.2 装置结构
4.2.1装置基本结构
GER-6000监控装置以PLC为核心并配有其他功能单元，结构简图如下（图中未画出电源、端子、中间继电器等部件）：
4.2.2装置的冗余
为进一步提高可靠性，适应大中型电厂的要求，GER-6000监控装置支持多种冗余方式。

主要包括：
4.2.3双LCU冗余
将一套LCU的所有设备全部双重配置，并配以现场通道的切换电路。

该方式可靠性高，但是造价昂贵，且部分现场信号并不能同时接入两套设备。

4.2.4电源冗余
由于电源在装置中的基础地位，可以选择将装置的电源冗余配置，包括PLC电源模件的冗余和辅助开关电源（开入/开出电源、模拟量采样电源等）的冗余。

4.2.5CPU模件冗余
由于PLC的CPU模件的故障将导致整个装置的退出，可以将CPU模件单独进行冗余配置，此时PLC系统的结构如下图：
4.2.6通讯通道的冗余
由于现代的电厂均采用中控室集中值班方式，为保证LCU与上位机系统的通讯可靠，可以将LCU与上位机的通讯设置为双通道，在某一通道故障时可以自动进行通道切换。

4.2.7盘柜结构
GER-6000型监控装置采用一般采用国际标准盘柜，全封闭金属结构，提供了良好的防震、防潮、防热、防尘、防电磁干扰环境。

柜体尺寸为（高×宽×深）：
——2260×800×600；
——2360×800×600；
——2260×800×800；
——2360×800×800；
也可定做其他尺寸。

4.3 装置功能
4.3.1数据采集和处理
4.3.1.1开关量采集和处理
对开关输入量进行快速扫查，对开关量状态变化按不同性质进行事故、故障、状变处理、脉冲累加和事件记录等。

具备SOE（事件顺序记录）功能。

4.3.1.2模拟量采集和处理
采集现场变送器的直流输入，输入量进行模数转换及数据工程化处理。

4.3.1.3温度量采集和处理
对于Cu50、Cu53、Pt100等各类型测温电阻进行采集测量及转换成相应温度测值，完成合法性判断。

支持两线、三线制接线。

4.3.1.4交流量采样
直接通过PT、CT等二次侧交流量输入计算电流、电压、有功功率、无功功率、频率、功率因数等参数，不需配置变送器。

对输入量进行模数转换及数据工程化处理。

4.3.2顺序控制操作
顺序控制操作功能可实现机组自动开停机、各种工况的转换、紧急停机，以及开关、刀闸、闸门以及各种辅助设备的操作。

该功能还包括对操作闭锁条件的检查、操作受阻时的自动处理，对流程的启动、停止和受阻原因均生成记录。

控制权可以在中控室和现地单元之间切换。

4.3.3机组转速测量功能
采用发电机端电压的残压测频和对转速传感器的脉冲计数双重方法，实现对机组转速的准确测量和整定转速值的输出。

采样软件采取了多种防误算法。

4.3.4自动准同期功能
实现机组或线路开关的快速、准确、无冲击的同期并网操作，支持多对象同期，支持软件转角和软件电压补偿等功能，自动记录同期过程的波形。

4.3.5功率调节功能
根据上位机或当地人机界面的P、Q设值，进行有功功率、无功功率的闭环调节，调节规律为PID，并在采样值异常时进行必要的软件保护和闭锁以防止错误的调节。

调节快速、调节品质良好。

4.3.6通迅功能
监控装置配置了以太网接口和/或现场总线及串行口，具有与上位机等其他设备通信的强大功能。

4.3.7当地人机界面
通过液晶触摸屏或工业PC机可显示主要参数，状态和报警信息，并能输入控制和负荷调节命令。

4.3.8自诊断
监控装置具有强大的自诊断功能，包括模件故障、通道故障、通讯故障、软件故障、电源故障、输出故障等均产生相应的报警信息。

4.3.9时钟同步
只有保证监控系统各微机设备之间的时钟同步才能使事件顺序记录更有意义。

GER-6000监控装置不仅可以通过通讯口接收对时命令，还可以接收来自统一时钟系统（例如GPS卫星时钟装置）的同步脉冲，时钟同步精度《1毫秒。

4.4 主要技术指标
4.4.1开关量输入
事件分辨率：<5MS，
现场信号：无源空接点或有源信号（需订货时说明）
4.4.2开关量输出
继电器接点输出。

接点容量：220VAC，5A
4.4.3模拟量输入
直流信号：4-20ma，0－5V等
交流信号：PT：0~100V，CT：0~5A
测量精度：0.5%
采集周期：1～2S
4.4.4温度量输入
测温电阻类型：Pt100，Cu50, Cu53等
接线方式：两线或三线值
测量精度：1%
采集周期：2S
4.4.5准同期
允许电压差：可设
允许频率差：可设
合闸误差角: <3º
4.4.6转速测量
测量范围：0.5%～200%；
测量精度：<0.5%
4.4.7电源：
支持交、直流双路输入。

电源输入范围：交流/直流220V或110V，+20%，-15%。

4.4.8装置平均无故障间隔时间（MTBF） 50000h
4.4.9工作环境：
海拔高度：≤3000米
环境温度：-20 C ～55 C
相对湿度：10%-95%（无凝结）。