水电站综合自动化系统(现地控制单元)
水电站机组自动化运行与监控课程标准
《水电站机组自动化运行与监控》课程标准一、课程属性课程名称：水电站机组自动化运行与监控所属专业：机电设备运行与维护专业（水电站方向）课程类别：专业课课程总学时：128（52+28+44+4）（52学时为讲练一体，28学时在水电站仿真机上训练，44学时在校内水电站综合自动化实训中心完成，4学时为课程结业综合考核）课程教学模式：学中做，做中学，教学做练一体。
二、课程设计思路根据教改试点专业机电设备运行与维护专业的课程体系，《水电站机组自动化运行与监控》课程以培养学生对水电站机组自动化系统运行、分析能力和解决运行实际问题的能力为主线，贯穿水电行业对学生的职业素养的要求，以水电站机组自动化系统的各个控制系统为载体构建项目，围绕水电站发电生产工作过程，瞄准水轮发电机组值班员、水电厂自动装置检修工两个工种职业标准，教学内容按项目进行了有机的整合、序化，形成基于水力发电工作过程的项目式学习领域课程。
整个课程按照项目，由简单到复杂，由局部到整体，先是学中做，后是做中学，分为7 个学习情境。
三、课程的地位与作用《水电站机组自动化运行与监控》是本专业的核心课程，是“双证书课程”，与・・・・・“水轮发电机组值班员”、“水电站自动装置检修工”职业标准所要求的核心知识、技能相对应，与学生毕业后从事的水电站运行值班员、维护工等岗位无缝对接。
是学生对前续课程的综合和专业落脚点之一，是走向本专业岗位学习的必经之路。
本课程的前续课程包括：《水电站》、《PLC控制技术》、《水力机组辅助设备》、《水轮机》、《发电机与电气一次设备》，为后续课程《水电站综合自动化运行与维护》 服务。
本课程除水电站机组自动化系统认知外包括：水轮发电机辅助设备油、水、气 系统的自动化运行，机组现地控制单元的自动化运行，调速系统的自动化运行，励 磁系统的自动化运行，公用设备的自动化运行，上位机监控系统的自动化运行等 6 大部分。
油系统的主要作用主要有机组的润滑、散热及液压操作。
浅析水电站综合自动化监控系统设计与应用
浅析水电站综合自动化监控系统设计与应用摘要：水电站自动化程度是水电站现代化建设的重要指标之一，也是水电站安全运行不可或缺的保证。
随着技术和信息技术的飞速发展，水电站自动化系统也得到了升级。
鉴于此，简单介绍水电站综合自动化监控系统，分析研究其具体应用情况，为相关工作者提供参考借鉴。
关键词：水电站；综合自动化；监控系统引言:电力资源作为人们日常生活离不开的重要能源，其重要性日渐突出。
为了确保电力资源的有效供应，我国兴建了很多水电设施。
但是经过长年的运转，水电站的很多设备都存在老化陈旧、故障频发等问题，不仅本身的电能供应质量较差，无法满足当今电力市场的需求，而且自动化水平较低，严重制约着水电企业的发展。
因此，对水电站进行综合自动化系统的改造具有重要的现实意义，不仅可以提升发电的电能质量，而且有助于帮助电力工作者及时发现电力生产过程中的安全问题，消除了电力生产隐患。
1水电站综合自动化监控系统概述1.1水电站综合自动化监控系统利用水流的作用，推动水力机械水轮机进行转动，从而将水流产生的机械能转化为电能，这就是水力发电的过程。
作为一项综合系统工程，水电站的最大作用就是实现水能转换成电能，实现为用电客户供应电力。
在水电站中设置综合自动化监控系统，借助计算机监控系统，以及一些相关的辅助监控设备、水文自动测报系统以及电气监控设备等，可以实现对整个水电站的水文测报、工程监视、负荷的合理分配，以及在输电线路运行全过程的自动监控，帮助水电站的工作人员对水电站的运行情况有全面的了解，提高其工作效率，确保水电站的正常运行，满足用电客户的用电需求。
1.2水电站自动化监控系统的组成根据计算机监控系统在水电站综合自动化监控系统中的作用不同，可以分为以下三种组成模式：(1)以计算机监控系统作为辅助监控的综合自动化监控系统，主要的操作均由常规的自动化装置来完成，而自动化监控系统仅用作对水电站运行情况进行相关数据的采集和处理工作。
在该种模式下，如果自动化监控系统出现了问题，无法正常运行时，水电站的其他自动化装置仍可以正常工作，确保水电站的正常运行。
MB60PLC在中小型水电站综合自动化系统中的应用
图2现地控制单元结构图１０／１００Ｍ以太网ＭＢ６０ＰＬＣ触摸屏ＭＯＤＢＵＳ调速器装置励磁装置辅助设备１辅助设备２ＣＡＮ现场总线交流采集装置同期装置0引言在我国，水电站综合自动化问题的提出始于２０世纪７０年代，经过多年的发展，水电站自动化技术已基本成熟，在国内各种类型的水电站中得到了推广和应用，取得了非常好的经济效益。
同时由于计算机技术、网络技术和通讯技术的发展，对水电站自动化提出了新的要求，这就迫切需要进一步研究水电站领域的关键技术，进一步提高水电站综合自动化水平。
在水电站综合自动化中，ＰＬＣ起着非常重要的作用，本文重点探讨国内生产的ＭＢ６０ＰＬＣ在水电站综合自动化系统中的应用。
1水电站综合自动化系统的原理与结构从国内外水电站综合自动化系统近几十年发展情况来看，它经历了一个从简单到复杂、从低级到高级、从简陋到完善、从集中式控制向分布式控制发展的过程。
目前水电站综合自动化系统大多采用全计算机监控系统，该系统为全分布、开放式结构，设上位机系统和下位机系统（即现地控制系统）。
其系统结构原理如图１所示。
2系统实现和功能在水电站下位机中，一般需配备交流电量采集装置、人机界面、自动准同期装置、智能控制器、开关量输入板、模拟量输入板、开关量输出板等，同时还需具备对外通讯的功能。
该水电站现地控制系统拟采用南京南瑞集团公司自主研发的ＭＢ６０ＰＬＣ可编程序控制器为核心控制元件，ＧＥ系列１０．４英寸彩色液晶触摸屏为人机界面。
其系统结构如图２所示。
在系统配置中，ＭＢ６０ＰＬＣ可编程序控制器主要由智能ＣＰＵ、开关量输入模件、模拟量输入模件、以太网通讯模件、智能通讯模件等组成。
该系列ＰＬＣ是国内自主设计与研发，汲取了国际主流ＰＬＣ的成功经验，改进了其不足之处，并根据当今ＰＬＣ的最新发展方向，采用了计算机、通信、电子和自动控制等国际先进技术，在ＣＰＵ操作系统、Ｉ／Ｏ信号处理、网络通讯、软件开发及生产工艺等方面具有优越性，是适用于各种自动化控制的可编程控制器。
水电综合自动化系统在星红水电站的应用
处 理 ，完成 故 障 诊 断 ，保 护 动作 。近 年 来 ，更 由
于 嵌 入式 控 制 技 术及 现场 总线 通 讯 技 术 的 强 大支 撑 ，使得 复 杂 的机组 ，变压 器保 护 系 统 等得 以可 靠地 实现 。
ｌ水 电综 合 自动 化 系统在 星红 电站 的应 用
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பைடு நூலகம்
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电多 设 鸯 ．勖 化 暑 Ｉ ｌ
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２ｏ ￣６ 第 ２ ｏ２ Ｂ 期
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１１ 电站 概 述 ．
系统 的主要功能如 下 ：
ａ 组态功 能 ：对遥测量 、遥信 量 、电度量进行
在 线 组态 对 主接线 图 ， 图表 ，棒 图 ，曲线进 行 在 线 组 态 ，用 户使 用 时可 以根 据 现 场某 些 变化 自 己修改相关组 态 。 ｂ显示 功能 ：主接线 图显示 系统运行状态 、断 星 红水 电站 信 于江西 黎 川县境 内，该 电站有 四 台发 电机 ， 台主变 ， 二 二机 一 变单 元接线 ，发 电机 出 口电压 等级 ６３ Ｖ，主变高压侧 电压 ３ ｋ ． ｋ ５ Ｖ，３ ｋ ５Ｖ
水 电 综 合 自动 化 系统 Ｐ Ｃ 微 机 监 控 Ｌ
分 设 负 责 全 厂 集 中 监 控 任 务 的 电 站 层 及 完 成 机
1、水电站综合自动化系统(监控系统)
3、主要部件存储路径 • Pd.exe： • Prun.exe: • Sys: C:\P7000\ C:\P7000\ C:\P7000\
• Data:
C:\P7000\
• TVichw32.dll C:\windows\system32\ • TVichw32.dll C:windows\system32\drivers\
③多计算机系统分层分布式结构
多计算机系统或多计算机系统带前置机的分层分布式结构如 图所示。水电厂管理层的上位机由多台工业控制机组成。采用冗 余以太网络连接方式，主控机、工程师/培训工作站、通信/打印 服务器各自分开，以太网络内所有计算机由卫星时钟(GPS)自动 校时，确保数据记录一致。保护系统设置独立通信管理机。
提供报表设计器，可以设计多套报表模板。 基于以上的手段，可生成各种电力系统的专业报表， 如运行报表、生产报表等。
14、扩展功能接口
3、典型网络结构
计算机监控系统的典型结构模式主要有： ①单计算机分层分布式结构； ②双计算机系统分层分布式结构； ③多计算机系统分层分布式结构 根据用户需要和投资情况，每类典型结构都可以再衍生出 多种通信网络结构和通信方式应用于实际水电厂项目中。
①单计算机分层分布式结构
单计算机分层分布式典型结构模式如上图所示，监控系统 的主控层为水电厂管理层的上位机，即一台工业控制机；监控 系统的现地层为面向控制对象的现地控制单元(LCU)。上位机 与现地控制单元(LCU)之间采用单网的以太网或RS-485通信模 式，构成一个分层分布式结构的自动化监控系统。 一台主控站工业控制计算机负责全厂自动化运行及管理， 即完成全厂历史数据存档、归类、检索和管理；在线及离线计 算功能；各图表、曲线的生成；事故、故障信号的分析处理； 运行报表生成与打印；也可作为运行人员与计算机监控系统的 人机接口，完成实时监视、控制和报警；还可完成全厂经济运 行管理、自动发电控制(AGC)和自动电压控制(AVC)。
水电站综合自动化系统(现地控制单元)
⑦数据通信
a．完成与电站控制级的数据交换，实时上送电站控制 级所需的过程信息，接收电站控制级的控制和调节命令。
b．接收电站的卫星同步时钟系统(GPS)的信息，以保 持与电站控制级同步。
c．与调速器、励磁系统、机组保护设备，及与微机温 度巡测装置、微机自动准同期装置之间留有串行通信接口。
⑧自诊断功能
机组的顺序控制 数据采集 事件顺序记录（SOE） 输出控制功能 水机保护功能
PLC
触摸屏
交流数据采集 为机组出力提供 可靠数据
交流 采样
机组 LCU
通讯 管理机
同期 单元
双供电 装置
就地显示 控制操作
为PLC、自动化元件 提供可靠工作电源、 冗余配置，宽限输入， 隔离输出
智能设备的通信处 理如： 励磁系统、调速器 系统、温度采集、 转速测控、保护装 置、交流采样、同 期装置
计算机监控部件和模件，所有I／O模板都是智能模板， 板上带有处理器，做到了智能分散，功能分散，危险分散的 计算机监控系统，单一处理器失效只能导致单一功能失效， 不会影响系统其他功能，从而提升整体系统可靠性与可用性 的目的。大大提高了系统的可靠性，可用性，缩短了平均检 修时间。
2、机组LCU构成及组屏方式
MZ-10同期表
非同期闭锁装置
母线 无压指示
综合压差 满足要求
线路 无压指示
电源
重庆新世纪电气有限公司
非同期闭锁装置
⑤测量
对电站的电量、非电量等的信息均由现地控制单元采集， 由在现地控制单元液晶触摸屏和操作员工作站显示。另外， 为便于运行人员监视，可在机组LCU屏设有简化的模拟仪表， 包括有功功率表、无功功率表、电压、频率、电流表等
1、机组LCU功能
《现地控制单元》PPT课件
水电厂计算机监控系统
3
a
§3.2 LCU 的结构类型
一、以PLC为基础的LCU
（一）基本结构：
水电厂计算机监控系统
4
a
§3.2 LCU 的结构类型
（二）基本组成：
控制器：
CPU 存储器 通信模块 电源模块 内部总线
PLC-Based LCU:
智能I/O模块：
CPU I/O组件 内部总线
智能单元装置：
硬件配置：
①每台LCU的主控制器均为 MODICON 的 984-685 系列PLC。 ②I/O接口采用 MODICON 的984-800 系列PLC模块。
软件配置：
LCU采用MODSOFT PLC 编程软件。
水电厂计算机监控系统
12
a
§3.2 LCU 的结构类型
（4）LCU主要功能：
①数据采集及分析处理功能：周期<50ms,重要量1ms ②事件顺序记录功能:时标分辨率 1ms ③事故追忆功能：事故前30s:60点/s；事故后：120点/s ④辅助设备集中控制功能:油、水、风系统设备 ⑤人机联系功能：现地可以进行操作
电量采集装置 温度量采集装置 微机励磁调节器 微机调速器 微机同期装置
……
水电厂计算机监控系统
5
a
§3.2 LCU 的结构类型
丰满水电厂计算机监控系统结构
水电厂计算机监控系统
6
a
§3.2 LCU 的结构类型
特点： ①机组的数据采集、控制调节功能全部由PLC完成 ②主站用于连接实时性要求高的点，如水机回路输入与控制信号 ③远程站用于连接实时性要求不高的点，如部分压力量、液位量 ④现地计算机主要用于通信和人机联络
水电厂计算机监控系统
水电站综合自动化装置原理及应用课件
发展趋势
智能化
随着人工智能技术的发展，水电 站综合自动化装置将更加智能化，
能够自适应地调整运行参数和控 制策略。
集成化
未来水电站综合自动化装置将更加 集成化，能够实现多系统的整合和 统一管理，提高水电站的运营效率。
远程化
随着通信技术的发展，水电站综合 自动化装置将能够实现远程监控和 控制，方便远程管理和维护。
致设备运行异常。
传感器精度下降或失效， 导致数据采集不准确。
控制软件出现错误或崩 溃，影响装置的正常运
行。
解决方案
通信故障解决方案
检查通信线路是否正常，检查接口连接是否牢固，更新通信协议或更 换通信模块。
电源故障解决方案
配置稳定的供电电源，安装不间断电源(UPS)以应对突发断电情况， 定期检查电源线路和设备。
传感器故障解决方案
定期校准传感器，确保其精度；使用冗余设计，当某个传感器失效时， 其他传感器仍能提供备用数据。
软件故障解决方案
定期更新软件版本，修复已知的漏洞和错误；建立软件容错机制，当 软件出现异常时，能够自动切换到备用程序或重置状态。
04 水电站综合自动化装置的 维护与保养
日常维护
每日检查
检查装置的外观、连接线 和仪表是否正常，确保没 有异常情况。
02 水电站综合自动化装置的 应用
在水轮发电机组中的应用
自动化控制
水电站综合自动化装置能够实现水轮 发电机组的自动化控制，包括机组的 启动、停止、调节和故障处理等操作 。
监测与诊断
装置实时监测水轮发电机组的工作状 态，如发现异常情况，及时进行报警 并诊断故障原因，提高机组的可靠性 和安全性。
水电站现地控制单元(LCU)软件设计
位时 ， Ｃ Ｌ Ｕ则进行登录和报警处理 。所 有事件记 录 ， 程的执 流 行情况不仅保存 于机组 Ｌ Ｕ， 全部 送厂 级监控 层 。在状 态 Ｃ 还 开关量中 ， 有一种综合 开关量 ， 实际是 一种若干 个开入量 按 这
一
个 梯 级 。 电站 内 装 设 ４台 灯 泡 贯 流 式 水 轮 发 电 机 组 。 单 机
（ 圳 市 东 深 电 子 技 术 有 限公 司 ， 东 深 圳 ５ ８ ５ ） 深 广 １０ ７
摘
要 ： 电站 计 算 机 监 控 系统 利 用 自动控 制 、 算 机 技 术 实现 整 个 电站 的 自动 化 监 测 和 控 制 目标 ， 高 电站 控 制 水 计 提
的安 全 性 、 靠性 ， 可 实现 工 程 管 理 的科 学化 、 代化 ， 分 发 挥 枢 纽 工 程 经 济 效 益 和 社会 效 益 。通 过 对 于丹 竹 水 电 站 现 地 现 充
应速度快 （ １ ）可按 其变位 发生 时间 的先后形成 事件顺 ＜ Ｏｍｓ ，
序 记 录 。水 轮 机 、 电机 、 温 过 高 、 力 油 泵 、 发 瓦 压 过速 信 号 、 组 机
的励磁 、 保护等事故信号作为 中断开关量输入 ， ２ 共 Ｏ多点。机
组 Ｌ Ｕ 一 旦 收 到 这 些 表 明 机 组 发 生 事 故 的 信 号 ， 立 即 中 断 Ｃ 会
当前 的工作 ， 快速转到事故 流程进行 处理 。并按要求形 成事件
顺序记 录。 脉 冲量 采 集 与 处 理 ： 台机 组 Ｌ Ｕ 为 ２路 脉 冲 量 ， 别 采 每 Ｃ 分 集 机 组 有 功 和 无功 电 度 。脉 冲 信 号 分 别 取 自有 功 及 无 功 脉 冲 电 度 表 ， 据 每 台机 组 的 Ｐ Ｃ 变 比和 脉 冲 电度 表 每 度 的 脉 根 Ｔ／ Ｔ
4、水电站综合自动化系统(基于PLC的辅助设备及机组的自动控制)
2、集水井排水装置机构系统图
右图为采用卧式 离心水泵的集水井排 水装臵机械系统图， 为了实现对水泵电动 机的准确可靠地控制， 设臵了两类水位信号 器:一类为提供节点信 号的水位信号，另一 类为水位变送器，基 于PLC的集水井排水装 臵的自动控制原理图， 如图5所示。
RUN 检查各路输入 事故处理 水 位 不 于 作 小 工 泵 启 水 动 位
M1=1 气压不大 于极限值 Y M2=1 Y N
Y
M1=0
M2=0
Y
启 空 机 延 继 器1 动 压 和 时 电 T N
显示水位及 各种开关量状态
T2 延时到 关闭无负荷启动阀 显示各种状态量 END
PLC进入运行状态，先检测各状态开关量，如发现各 种事故，则对应做出各种事故处理，例如发现空压机排气 管温度过高时，则作用空压机停机。如检测到LCU传送来 手动开停空压机信号，则作对应的信号处理，另外定时作 排污处理。 当PLC检测到储气筒气压小于正常下限值时，则臵中 间继电器Ml=1，当检测到储气筒气压比极低值低时(此值 对应于备用空压机投入值)则臵M2=1， Ml和M2如果设臵为 “1”则一直保持为此状态，直到储气筒的气压恢复到正常 上限值时，才重新被臵为0。Ml、M2的状态如下图所示。
蝶阀自动控制液压机械系统图
1、蝶阀开启自动控制
蝶阀开启必须具备下列 条件: a、水轮机导叶处于全关位臵， 其主令开关接点闭合; b、蝶阀在全关位臵f其端节 点位臵闭合; c、机组无事故，停机继电器 未动作; d、蝶阀关闭继电器未动作。
蝶阀开启操作方框图
2、蝶阀关闭自动控制
蝶阀关闭命令脉冲，可由 手动操作控制开关发出，亦可 作为机组操作程序之一，由控 制发出。当机组发生事故调速 系统又失灵时，还可由紧急事 故保护引出继电器发出。关阀 命令发出后，控制程序按规定 的关阀顺序进行操作。首先电 磁配压阀1YDV吸上，切换油路。 在压力油作用下锁链拔出，旁 通阀打开，总油阀OV也打开， 这个操作过程与开阀操作相同。
某水电站综合自动化系统设计
某水电站综合自动化系统设计摘要：对某水电站综合自动化监控系统的几个主要问题，包括系统硬件结构与配置，机组lcu配置主要功能、现地控制单元、开关站及公用控制单元等进行介绍。
可供中小型水电站综合自动化系统设计参考。
关键词：水电站自动化系统设计中图分类号：tv742 文献标识码：a 文章编号：1009-914x（2013）23-545-02一、工程概述某水电站装机3x1000kw，两台s11-2500主变（38.5/6.3kv），一台s11-800近区变（10.5/6.3kv），两台厂变， 35kv出线一回至某变电站。
水电站自动控制改造采用计算机综合自动化系统，按无人值班少人值守方式改造。
整个系统采用全开放的分层分布式系统结构，具备通讯调度的功能，同时预留远方调度、大坝测控系统、等通信接口。
可实现遥测、遥信、遥控、遥调功能。
二、系统结构及配置1、系统结构方案按照水电站计算机监控系统的改造原则和功能设置，为保证计算机监控系统具有安全可靠，经济实用、技术先进功能齐全和便于扩充等技术性能，实现电站无人值班（少人值守）运行的目标，水电站计算机监控系统采用分布式系统总线式网络结构，各单元采用标准模块，既便于功能和硬件的更新和扩展，又方便日常运行的维护。
2、厂站层结构及配置水电站计算机监控系统控制中心设备包括二台主机兼操作员工作站，二机互为冗余热备用，作为电站的控制中枢；一台通讯工作站；一台a4黑白激光打印机；一套网络设备；一套语音报警设备。
（1）主机兼操作员工作站电站控制级配置二台主机兼操作员工作站。
二台主机兼操作员工作站负责全厂的安全监视、控制操作、自动发电控制、自动电压调整、对各lcu及外部系统实时数据的采集和历史数据的处理（包括运行报表、设备档案、运行参数等）、人机对话（包括对运行设备的监视、事故和故障报警，对运行设备的人工干预及各种参数的修改和设置等）、时钟同步和通信管理功能。
（2）通讯工作站用于调度通讯和水情预报，具体配置同操作员工作站。
GE90-30PLC水电站现地控制单元研究
Ｇ ９ — ０Ｐ Ｃ水 电站现地控制单元 研究 Ｅ ０ ３ Ｌ
唐 江 风
（ 柳州 强源 电力开发有限公司龙 兴电厂， 广西 柳卅ｌ ３ ５ ０ ７０） ５ 摘 要： 随着现代科 学技术的进步与经 济社 会的蓬勃发展 ， 电站的现地控制 工作也需 由传 统运作方 式逐步实现 向具有高科技 含量的控制 水 模 式转变 。在紧密 结合 水 电站现地控制 作业 中相关 的系统 结构 与原理的前提下 ， 涉及 Ｇ ９ — ＯＰ Ｃ水 电站现地控制 中的系统 设计思路、 从 Ｅ ０３ Ｌ 配置
结构 、 操作功能 以及相 关特 点等各个 方面进行 了较 为详细 的分析与讨论 ， 并据此论 证了在 Ｇ ９ — ０ Ｌ Ｅ ０ ３ Ｐ Ｃ水 电站中实施合 理、 高效 的现地 控制作
业对 整个水 电站 、 电厂， 水 乃至经济社会 发展 与进步所起到 的作用 与意义 。
关 键 词 ： ９ — ０Ｐ Ｃ 水 电 站 ； 地 控 制 ； 元 作 用 ； 究 ＧＥ ０ ３ Ｌ 现 单 研
伴 随着 先进 科 学 技术 与设 备 的 引进 、 推广 ， 电力行 业迎 来 了一 器 、 交流 电量 采 集装 置 、 温度 巡 检器 、 速器 等共 同构 成 。 测 次 体制 上 的深 化 改 革 ， 这部 分 智 能 化工 作 的 推广 使 得 相 关 工作 人 （） Ｅ Ｏ３ Ｌ ２Ｇ ９ 一０Ｐ Ｃ水 电站 现 地控 制 单 元 的 功 能说 明 。一 整 套 员对 水 电站 的 更新 自动化 技术 提 出 了更加 严格 与 全 面 的要求 。与 具 备相 关 装 置 与 设 备 的现 地 控 制 作 业 在 实 际 工 作 中 能够 实现 的 此 同时 ， 算机 网络 技 术带 动 下 的信 息 产业 的蓬 勃 发 展也 为整 个 功 能主 要 有 以下 几方 面 ： 计 １现地 控 制作 业相 关 数据 的 收集 与分 析 。现地 控 制作 业不 仅 ） 水 电站 结构 、 功能 方 面 的维 护 与更 新 工 作提 供 了 巨大 的发 展 空 间
水电站现地控制单元功能及配置原则
水电站现地控制单元功能及配置原则作者：任丽茹来源：《硅谷》2015年第02期摘要为提高水电厂生产、管理系统在新形势下的智能化水平，做为水电厂计算机监控系统的核心装置，对现地控制单元（LCU）提出了更高的标准，不但要实现安全运行，还要实现智能化、信息化和自动化。
关键词水电厂；自动化装置；计算机监控系统；现地控制单元；自动化中图分类号：TV736 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2015）02-0120-01随着国家发展清洁能源战略的实施，在新形势下水电厂的生产、管理系统，其智能化水平的提升，以及源网协调发展的少人值守（无人值班）模式，做为水电厂计算机监控系统的现地层核心设备，对现地控制单元提出了更高的要求，不仅要实现安全可靠运行，还要实现其智能特性，信息化，自动化。
1 现地控制单元（LCU）的功能为了使整个电站设备和装置能安全、稳定的运行，LCU应能向电站控制级计算机系统发送信息以及执行电站控制级计算机系统下达的控制命令。
同时，在脱离站级的状态下能够独立完成其监控范围内设备的实时数据采集处理、趋势分析、设定值修改等任务。
它还应有容错、纠错能力，并带有其监控范围内的较完整的数据库。
1.1 现地控制单元（LCU）LCU作为分布式系统的一个节点，负责及其附属设备的自动监视与控制。
1.1.1 数据采集及处理1）模拟量的采集及处理。
①检查越限：对模拟量测量值进行越限检查与报警，记录越限点号、及发生时间，越限值存入数据库中。
②计算处理：用采集到的量值按预定的计算方法计算其他参数值，如用转子电流和转子电压计算转子绕组温度。
③定时采集：按扫描周期定时采集装置数据，存入映像表中。
2）数字量的采集和处理。
①中断输入以及周期性扫描检查。
②事件顺序记录及报警：当有事件发生时，立即完成事件顺序记录，报警处理等功能，并存储。
③定时采集：只将状态变换的量存入数据库中。
3）电度量采集及处理。
LCU应能采集发电机有功电度、无功电度，并进行积算和作工程值变换。
水电站综合自动化监控系统介绍
水电站综合自动化监控系统介绍一、概述我国小水电资源非常丰富，居世界第一，全国近1／2地域、1／3县和1／4人口主要靠中小水电供电。
但多数小水电站沿袭几十年来的一贯模式，采用常规设备与技术，自动化程度低下，元器件繁多，体积庞大，操作复杂，维护困难，发挥不了应有的生产效益，也实现不了中小电网或地方电网的调度自动化。
发达国家小水电站技术和设备先进可靠，自动化程度高，实现无人值班。
发展中国家由于经济等原因，小水电站很少采用自动控制技术，即使有也大多从美国或欧洲国家进口。
近几年，国内不少厂家开发了小水电站的自动控制系统，并在经济发达的东部沿海地区得到了大力推广应用，但是，自动化这一先进的技术却无法在经济欠发达的西部地区得到推广，主要原因还是自动控制系统价格偏高。
分析价格，在目前采用的集成型自动控制系统模式下，降价空间已非常小，必须从设计的理念上进行创新，开发拥有自主知识产权且适合我国特点的小水电站新型监控设备，使性能和价格都可以满足经济欠发达的西部地区的小水电站要求，并为小水电代燃料生态保护工程和农村水电现代化提供技术支持。
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。
但对于国内已建和正在建设的大批中小型水电站由于资金原因以及缺乏可供选用的性能价格比合适的自动化设备，其自动化水平的提高和“无人值班（少人值守）”的实现还有很多工作要做。
水电站自动控制功能包括机组的数据采集和顺序控制、励磁、调速、自动准同期等，以及各设备的保护，再加上风、水、气、油、厂用电等辅设系统，中小水电站提高自动化水平，实现无人值班有重大的意义。
水电站微机综合发电控制系统就是在这样的背景下研制开发的，它是集计算机监控、数据采集与处理、顺序控制、励磁、调速、自动准同期、测速、功率调节、水机及电气保护等多项功能为一体的综合发电控制装置。
小水电站完全无人值班综合自动化控制系统
前言本系统是一种小水电站完全无人值班综合自动化控制系统，采用分层、分布式，数字化、网络化架构，整个系统分现场实控网（也称现地控制单元或现场总线）、现场网络、基于互联网远程网络监控中心，采用自主研发的硬件模块和软件平台，完成水电站测控、同期、交流量采集、励磁、调速、保护、输配电、直流电源系统、水位(水库、前池、尾水的水位）等现场监控操作、远程网络监控操作.远程监控中心或监控机，通过互联网、现场网络实时采集、监控各水电站的各现场实控网（如发电机实控网、输配电实控网、水位监控实控网、直流电源实控网）中的参数,并进行数据处理和保存，由监控中心进行动态监管，及时掌握各被监控水电站的各发电机组、输配电设备情况，杜绝安全隐患，实施智能化调度运行.一、技术特点和主要功能(一)技术特点：1.开放性的网络：监控中心将以太网、互联网当通道,可直接访问、操作现场实控网的内存和引脚；2.系统可互访,实时性强;3.系统结构有高度分散性，现场环境的强适用性；4.系统具有极高的性价比；5.系统通信安全性高；6.全数字化通信。
(二)主要功能：1.对发电机组，可实现远程或现场开、停机,按设定的有功、无功运行；可远程或现场调节有功、无功。
2.可远程或现场监控、采集发电机运行参数、输配电设备状态及其电参数和非电参数、直流电源系统参数，具有应急报警功能;后台计算机可根据用户需要将采集参数进行分析和存储，对存储数据可历史查询。
3.可远程或现场设定发电机运行参数及其保护整定值,可设定主变、线路保护整定值；4.可远程或现场监控、采集水库（或前池)水位、尾水水位,根据水位智能调节发电机负荷，最大程度的有效利用水力资源,提高发电效益，并分析各小电站的各机组发电效率。
5.有远程拍照、录音功能，具有图像、音频存储、回放等功能.二、整个系统功能说明本系统采用分层、分布式，数字化、网络化架构，整个系统分现场实控网、现场网络、基于互联网远程网络监控中心，可完成水电站测控、同期、交流量采集、励磁、调速、保护、输配电、直流电源系统、水位（水库、前池、尾水的水位)等现场监控操作、远程网络监控操作.其系统框图如下：技术路线图如下：单座电站无人值班电站技术路线示意图多座电站无人值班技术路线示意图系统流程（以开停机指令来说明系统流程):远程开停机是指通过远程监控机（中心）对发电机组进行开机和停机指令的操作。
水电站的自动化控制系统设计与实现
水电站的自动化控制系统设计与实现引言在现代社会中，能源的需求与日俱增，对于清洁、可再生能源的发展也越来越重视。
水电站作为一种常见的清洁能源发电方式，在能源行业中具有重要的地位。
为了提高水电站的效率、安全性和可靠性，自动化控制系统被广泛应用于水电站的设计与实现中。
本文将探讨水电站的自动化控制系统的设计与实现方法，以及其对于水电站运作的重要性。
1. 水电站的基本原理水电站是利用水能转化为电能的发电设施。
其基本原理是利用水流的动能驱动水轮机，再经过发电机的转化将机械能转化为电能。
为了保证水电站的正常运行，需要有一个可靠、高效的控制系统来实现对水轮机和发电机的控制。
2. 自动化控制系统的概述自动化控制系统是指利用计算机技术、仪器仪表和传感器等设备，对生产过程进行全面、自动控制的系统。
在水电站中，自动化控制系统扮演着重要的角色，通过实时监测和控制水轮机的转速、水流量、水位等参数，实现对水电站的运行进行全面而精细的控制。
3. 自动化控制系统的设计在水电站的自动化控制系统设计中，需要考虑多个方面的因素，包括安全性、可靠性、灵活性和经济性等。
首先，安全性是自动化控制系统设计的重要考虑因素之一。
水电站作为一种特殊的设施，其工作环境相对复杂，存在一定的安全风险。
因此，在设计自动化控制系统时，应该考虑到水电站运行过程中可能发生的各种安全事件，并采取相应的措施来保证设备、人员和环境的安全。
其次，可靠性也是自动化控制系统设计中的一个关键点。
水电站作为能源发电设施，需要保证其在各种环境条件下都能稳定运行。
因此，在自动化控制系统的设计中，应该采用可靠的传感器和仪表设备，以及稳定的控制算法，保证水电站的可靠性和稳定性。
同时，灵活性也是自动化控制系统设计中需要考虑的因素之一。
随着技术的不断发展，水电站的设计和运行方式也在不断变化。
因此，自动化控制系统的设计应该具有一定的灵活性和可扩展性，以适应新的技术发展和需求变化。
最后，经济性也是自动化控制系统设计的一个重要目标。
南自现地控制单元技术说明
1 机组现地控制单元（LCU1~LCU2）功能机组现地控制单元布置在发电机层，其监控对象为机组及其辅助设备。
现地控制单元能实现的主要功能如下，但不限于此：（1）数据采集和处理；（2）安全运行监视；（3）控制与调节；（4）数据通信；（5）系统诊断；（6）其它。
1.1数据采集和处理（1）采集被控设备各模拟量、温度量、开关量并存入机组LCU数据库中，记录机组的启停次数和运行时间；（2）经串口采集机组励磁装置、调速装置、辅机控制装置等数据，存入数据库。
（3）对采集来的数据进行分析、处理、计算，形成本单元及主站各种监控及管理功能所需的数据，根据需要上送厂级控制中心。
1.2安全运行监视与厂级控制中心和监控对象的保护系统配合，完成设备安全运行监视任务。
安全运行监视应包括本单元的运行实时监视及参数在线修改、状变监视、越限检查、过程监视、趋势分析和监控系统异常监视。
在没有控制中心命令或脱离厂级控制中心的情况下，现地控制单元应能独立完成对所控设备的闭环控制，并保证设备安全运行。
（1）运行实时监视及参数在线修改实时监视机组的运行状态，并对在线修改的参数进行合理性判断。
（2）状变监视：当各监视对象发生状变和继电保护装置动作时，其分项动作信号在现地控制单元上应有简明指示，并上送厂级控制中心；（3）越复限检查：对于采集到的电量和非电量，现地控制单元应做越复限检查。
当其越复限时，除在现地指示报警外，还应送厂级控制中心。
越复限检查内容包括：发电机电压、电流、功率及频率；发电机定子温度、机组发导、水导及推力轴承等处的温度；油、气、水系统的压力和温度；d. 其它被监视的参数。
（4）过程监视：监视机组开停机操作及其他辅助设备操作的过程，对不同运行状态下的操作给出操作指导。
（5）趋势分析：对反应机组运行是否正常的重要数据进行分析，当某些数据的变化率过高或往异常方向变化且根据变化规律有可能接近或越过异常值时，给出相应的提示信息，提醒运行人员注意并作相应处理，避免事故发生。
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④交流采样装置
EDCS-81A0
三相电压 三相电流 有功功率 无功功率 功率因数 支持模拟量输出（可选） 标准RS485通讯端口 支持MODBUS通讯协议
⑤同期装置
EDCS-81D0
自适应差频、同频同期 自适应系统接线形式 模糊调频调压方式 纯硬件闭锁
非同期闭锁装置
母线 无压指示
综合压差 满足要求
双100M以太网接口 双CAN总线 8个复用型串口 2KV通道隔离、浪涌保护 支持双机冗余 双以太网等网络通信工作方式 交直流供电模式 掉电报警功能 无扇散热 1U_19”标准机箱
三、开关站及公用LCU功能及配置
1、开关站及公用LCU功能 2、开关站公用LCU构成及组屏方式 3、开关站公用LCU主要设备
⑥机组控制单元顺序控制
机组运行工况有发电、调相和停机三种，工况转换方式有 发电转调相、发电转停机、停机转发电、停机转调相、调相转 发电机和调相转停机。
正常停机时，采用电气制动和机械制动混合制动方式，机
组电气事故停机时则将电气制动闭锁，只采用机械制动。
机组紧急停机控制命令与事故停机命令具有最高的优先权。 机组紧急停机顺序操作由安全装置自动启动或机组LCU屏上的 机组紧急停机按钮控制，作用于机组直接与系统解列并停机等 操作。机组电气保护作用于机组事故停机，与系统解列并停机。 机组机械保护作用于机组停机，应先减负荷至空载，然后与系 统分列。反映主设备事故的继电保护动作信号，除作用于事故 停机外，还应不经LCU直接作用于断路器和灭磁开关的跳闸回 路；机组辅助设备起动／停止控制；
MZ-10同期表
非同期闭锁装置
母线 无压指示
综合压差 满足要求
线路 无压指示
电源
重庆新世纪电气有限公司
非同期闭锁装置
⑤测量
对电站的电量、非电量等的信息均由现地控制单元采集， 由在现地控制单元液晶触摸屏和操作员工作站显示。另外， 为便于运行人员监视，可在机组LCU屏设有简化的模拟仪表， 包括有功功率表、无功功率表、电压、频率、电流表等
①双供电装置EDCS-DPS
作用： a、PLC提供工作电源 b、自动化元件提供工作电源 c、PLC控制电源
特点： a、采用台湾明伟开关电源 b、交直流双路冗余输入 c、模块掉电告警 d、2U_19标准机箱 e、宽限输入、隔离输出
原理图
②可编程逻辑控制器(PLC)
PLC有大、中、小型之分，其定义如下：
面方案为一机两屏模式，适合于中型机组； ③根据用户投资情况，部分设备也可能安装于机组LCU
屏内，如：发电机保护装置、温度巡检仪、转速测控仪、剪 断销信号装置、发电机计量装置，下图为我公司针对小型水 电站较为典型的机组LCU屏组屏模式
机组LCU屏
温度仪 同期表
转速仪
非同期闭锁装置
母线 无压指示
综合压差 满足要求
a、小型PLC 小型PLC的I/O点数一般在128点以下，其特点是体积小、
结构紧凑，整个硬件融为一体，除了开关量I/O以外，还可 以连接模拟量I/O以及其他各种特殊功能模块。它能执行包 括逻辑运算、计时、计数、算术运算、数据处理和传送、通 讯联网以及各种应用指令。常见的PLC系列有：日本三菱公 司F系列、日本欧姆龙公司CP系列。适用于5MW以下的小型机 组。
施耐德公司QUANTUM系列
GE公司PAC系列
③人机界面
●有电阻式、电容式、红外线式、表 面声波式； ●是一种只能运行程序，不能编辑程 序的计算机； ●显示尺寸有7”10”12”； ●单色和彩色； ●采用触摸方式输入信息，并显示图 像和文字； ●显示机组电量与非电量参数； ●进行各类工作参数的设置； ●可以离开上位机独立工作； ●有在线指导功能
④机组同期
机组同期设自动准同期和手动准同期两种。自动准同期作 为机组发电正常同期并列之用，由自动准同期装置实现。自动 准同期装置安装在机旁控制屏上，机旁控制屏上还设置手动准 同期装置及相应表计，包括双电压、双频率指示仪表、同期指 示仪表、同期方式选择开关、电压、频率调整开关。在远方和 现地均可实现自动准同期合闸。为防止机组非同期并网，设有 非同期闭锁装置，当相角差过大时闭锁合闸回路。
1、开关站及公用LCU功能
①数据采集和处理
采集开关站各电气量和全站公用的油、气、水辅助系统 工作状态及保护动作信号；采集厂用变压器断路器及隔离开 关状态和继电保护、自动装置动作信息。采集0.4kV厂用电 进线开关状态、备用电源自动投入装置动作和220V直流系统 工作信息；采集配电装置各电气量、非电气量、下游水位， 做工程值变换和预处理，并根据要求上送电站控制层。电量 模拟量采用交流采样，非电量模拟量采作直流采样
与时俱进：系统配置和选型应符合计算机快速发展 的特点，软件、硬件应模块化和结构化设计，以便 系统规模的扩展和升级 ； 易维护：系统具备防误操作功能和完备的自诊断、 自恢复功能 ，要求较小的MTTR（平均维修时间）；
无人值班 少人值守
二、机组LCU功能及配置
1、机组LCU功能 2、机组LCU构成及组屏方式 3、机组LCU主要设备
线路 无压指示
电源
重庆新世纪电气有限公司
非同期闭锁
人机界面 PLC
电度表 发电机保护装置单独组屏模式
机组LCU屏
温度仪 同期表
转速仪
非同期闭锁装置
母线 无压指示
综合压差 满足要求
线路 无压指示
电源
重庆新世纪电气有限公司
非同期闭锁
主保护 后备保护 PLC
电度表 包含发电机保护装置组屏模式
3、机组LCU主要设备
型号
2260*800*600 Premium MT8000 EDCS-7960 EDCS-DPS EDCS-81D0 EDCS-81A0 赫斯曼
数 量
备注
2
1 扩展模式
1
1
2
1
1
1
配置说明： ①屏体尺寸可选2260(高)*800(宽)*600(深)mm或者
2260*800*800mm，根据用户预留屏体安装位置而定； ②屏体数量根据机组大小和配置可安装于一面屏内，上
1、机组LCU功能
①数据采集和处理
采集机组、机组进／出水阀和尾水进出水口闸门的各模拟 量、开关量、机组温度量、机组振动、摆度、气隙、蠕动、流 量及压力的数据采集，对这些数据进行越限检查，并将越限情 况与数据送往电站控制级，同时在机组LCU上也有报警显示和音 响。
②安全监视
监视面板可显示机组、电气度量和温度量以及有关辅助 设备的状态或参数及主要操作画面；在机组LCU上还可观察全 厂的其它设备运行情况。机组起动前的起动条件监视：在机 组处于停机备用状态时，检查其是否具备发电起动的条件， 如油压、气压、主辅设备状态和有无故障等。如有异常情况， 除在现地指示外，还应上送电站控制级显示与打印。工况转 换过程的顺序监视：连续监视机组各种工况转换过程的操作 顺序步的运行，并将主要顺序步上送电站控制级。遇到顺序 阻滞故障，则将机组转到安全工况。在值守人员确定原因并 消除这种阻滞时，应允许由人工干预回到初始状态；机组LCU 异常监视。
日本三菱F系列
日本欧姆龙CP系列
b、中型PLC 中型PLC采用模块化结构，其I/O点数一般在256~1024
点之间。I/O的处理方式除了采用一般PLC通用的扫描处理 方式外，还能采用直接处理方式，即在扫描用户程序的过 程中，直接读输入，刷新输出。它能联接各种特殊功能模 块，通讯联网功能更强，指令系统更丰富，内存容量更大， 扫描速度更快。常见的PLC系列有：西门子公司S7系列、 施耐德公司Premium系列、日本欧姆龙公司CQ系列、GE公 司90-30系列。适用于5~50MW的中型机组。
计算机监控部件和模件，所有I／O模板都是智能模板， 板上带有处理器，做到了智能分散，功能分散，危险分散的 计算机监控系统，单一处理器失效只能导致单一功能失效， 不会影响系统其他功能，从而提升整体系统可靠性与可用性 的目的。大大提高了系统的可靠性，可用性，缩短了平均检 修时间。
2、机组LCU构成及组屏方式
②安全监视
与电站控制层监视对象的继电保护和自动装置配合，完 成设备状态监视、越限检查、过程监视和现地控制单元异常 监视。在脱离电站控制层的情况下，仍能监视设备的运行， 并能与机组LCU协调工作。
③操作
对开关站断路器及隔离开关的分合闸操作，接受电站 控制层控制命令，断路器以及隔离开关完成有关顺序操作， 控制器对这些操作要有严格闭锁。
施耐德公司Premium
GE公司90-30系列
西门子S7系列
c、大型PLC 一般I/O点数在1024点以上的称为大型PLC。大型PLC
的软、硬件功能极强。具有极强的自诊断功能。通讯联 网功能强，有各种通讯联网的模块，可以构成三级通讯 网，实现工厂生产管理自动化。大型PLC还可以采用三 CPU构成表决式系统，使机器的可靠性更高。常见的PLC 系列有：施耐德公司QUANTUM系列、GE公司PAC系列。适 用于50MW以上的动准同期一套。多点自动准同期装置 具备相线电压自动识别、相位补偿、断线告警等功能。在远方 和现地均可实现自动准同期合闸。为防止非同期并网，设有非 同期闭锁装置，当相角差过大时闭锁合闸回路。
⑤测量
对开关站电量、非电量等的信息均由现地控制单元采集， 由在现地控制单元液晶触摸屏和操作员工作站显示。
水电站自动化系统
——现地控制单元
2011年3月16 日
主要内容
11 2 3 4
设计原则 机组LCU功能及配置 开关站及公用LCU功能及配置 闸门LCU功能及配置
一、设计原则
技术最新：采用最新的计算机硬件、软件及网络技 术，全站按全计算机监控进行总体设计和系统配置；
高度可靠：各项指标须达到部颁相关标准，选择较 高的MTBF（平均故障间隔），兼顾经济性和实用性；
机组的顺序控制 数据采集 事件顺序记录（SOE） 输出控制功能 水机保护功能