淺析向家壩水電站通風空調(diào)控制系統(tǒng)

杜 釗，李初輝

（向家壩水力發(fā)電廠，四川 宜賓 644612）

1 引言

向家壩右岸地下廠房具有開挖跨度長、開挖高度大、機組及其輔助設備運行工況復雜等特點，這些都使得廠房通風空調(diào)系統(tǒng)的安全可靠穩(wěn)定運行具有重要意義。向家壩電站通風空調(diào)控制系統(tǒng)采用SIEMENS及ROCKWELL的自動化控制技術，主控級采用SIEMENS Wincc軟件平臺，現(xiàn)地控制級采用ROCKWELL的Compactlogix可編程序控制器。整個通風空調(diào)系統(tǒng)在保障可靠穩(wěn)定的廠房通風基礎上，有效降低成本，為整個向家壩電站的運行提供重要保障。

2 電站通風設備結(jié)構(gòu)概況

電站通風包括左岸壩后廠房、右岸地下廠房及其副廠房的空調(diào)送風、排風、空調(diào)循環(huán)冷凍等。其中，右岸地下廠房通風又分為：主機洞、母線洞和水輪機洞空調(diào)送風和機械排風、主變洞全排風、中控樓多聯(lián)空調(diào)系統(tǒng)。

(1)主機洞空調(diào)送風系統(tǒng)是為主廠房發(fā)電機層輸送冷風，新風從進廠交通洞引進，空調(diào)機房設在主廠房右端298.92 m高程，空調(diào)機房內(nèi)設2臺水冷冷水機組、3臺冷凍水循環(huán)泵及4臺組合式空氣處理機。

(2)母線洞送、排風主要為通過主廠房上游夾墻上的百葉風口，經(jīng)夾墻風道，從發(fā)電機層引冷風至母線洞，通過安裝在母線層上游夾墻的4臺軸流風機再往母線層送風，排風至母線道。

(3)水輪機洞送、排風利用主廠房上游夾墻上的百葉風口，從發(fā)電機層通過夾墻風道引冷風，通過安裝在水輪機層上游夾墻的10臺軸流風機往水輪機層送風，利用下游夾墻回風到母線層，回風機為8臺軸流風機，安裝在水輪機層下游側(cè)。

(4)主變洞全排風系統(tǒng)利用負壓從主變搬運道取風，通過設置在286.74 m高程的通風道排風，通風道與主變洞右端主變專用排風豎井相通，豎井末端通開關站主變洞風機室，內(nèi)設2臺變頻離心風機往外排風。

3 通風空調(diào)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

向家壩水電站通風空調(diào)控制系統(tǒng)采用分層分布式結(jié)構(gòu)，由主控層、現(xiàn)地控制層和就地控制層組成，具體的結(jié)構(gòu)可參見圖1。

該系統(tǒng)主控層與各現(xiàn)地通風空調(diào)控制單元之間通過高性能網(wǎng)絡交換機實現(xiàn)信息共享，同時，通過主控層工作站將數(shù)據(jù)上送至電站監(jiān)控系統(tǒng)，并接受監(jiān)控系統(tǒng)的操作命令，實現(xiàn)系統(tǒng)的集中管控。

3.1 主控層

主控層設備為2臺通風空調(diào)工作站，采用SIEMENS的Wincc平臺，作為整個系統(tǒng)的控制中心，通過工業(yè)以太網(wǎng)絡與現(xiàn)地控制級設備通信，對所有通風空調(diào)設備進行監(jiān)視和遠程操作，同時主控工作站接入電站監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)系統(tǒng)中控室的集中監(jiān)視和操作。

3.1.1 數(shù)據(jù)采集與處理

主控級采集數(shù)據(jù)類型主要包括開關量輸入點、模擬量輸入點、開關量輸出點、模擬量輸出點、數(shù)字量計算點、模擬量計算點。主要的采集數(shù)據(jù)包括：

（1）各現(xiàn)地通風空調(diào)控制單元的實時數(shù)據(jù)；

（2）電站監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)出的操作命令；

圖1 向家壩水電站通風空調(diào)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

（3）由手動設置信息；

（4）外接其他系統(tǒng)的數(shù)據(jù)信息。

在實時性要求前提下，對采集的數(shù)據(jù)進行可用性檢查,對接收的數(shù)據(jù)進行報警處理檢查,生成和存儲各類報警記錄并發(fā)出聲光報警；定期生成各類運行報表，包括設備動作次數(shù)和運行時間的統(tǒng)計。

3.1.2 系統(tǒng)自診斷

主控層控制器具有完備的硬件及軟件自診斷功能，包括在線周期性診斷、請求診斷和離線診斷。診斷內(nèi)容包括：

（1）計算機內(nèi)存自檢；

（2）硬件及其接口自檢：包括外圍設備、通信接口、各種功能模件等，當診斷出故障時，應自動發(fā)出信號；

（3）自恢復功能；

（4）掉電保護。

3.1.3 報警

主控層提供完善的報警功能，能在系統(tǒng)出現(xiàn)故障、事故時，及時提供相關報警提示，主要功能包括：

（1）當出現(xiàn)故障和事故時，立即發(fā)出報警和顯示信息，彈出畫面，報警將故障和事故區(qū)別開來；

（2）報警顯示信息在當前畫面上顯示報警語句（包括報警發(fā)生時間、對象名稱、性質(zhì)等），顯示顏色隨報警信息類別而改變。若當前畫面具有該報警對象，則該對象標志（或參數(shù)）閃光和改變顏色。閃光信號在運行人員確認后方可解除；

（3）對于任何確認的誤報警，運行人員可以退出該報警點。

3.2 現(xiàn)地控制層

現(xiàn)地控制層包括10套現(xiàn)地通風空調(diào)控制單元，控制器采用ROCKWELL Compactlogix，觸摸屏為Rockwell 2711PC-T10，實現(xiàn)對就地控制設備的數(shù)據(jù)采集處理，以及對主控級的命令解析下發(fā)，對現(xiàn)地操作及遠方控制權(quán)限進行選擇切換，以滿足不同級別對象對就地設備的控制操作。

3.2.1 數(shù)據(jù)采集

現(xiàn)地控制單元自動采集各就地控制設備的關鍵數(shù)據(jù)，包括水流量及溫度、機組負載百分率數(shù)據(jù)，接收來自主控級的命令信息和數(shù)據(jù)。監(jiān)視風機、空調(diào)的運行、故障信息。

3.2.2 數(shù)據(jù)處理

作為數(shù)據(jù)主要來源，現(xiàn)地通風空調(diào)控制單元必須對數(shù)據(jù)進行有效處理。

模擬量數(shù)據(jù)處理，包括模擬量的軟件濾波、數(shù)據(jù)合理性檢查、工程單位變換、模擬數(shù)據(jù)變化（死區(qū)檢查）及越限檢查等，并根據(jù)規(guī)定產(chǎn)生報警和記錄。

開關量數(shù)據(jù)處理及記錄，包括防抖濾波狀態(tài)輸入變化檢查，并根據(jù)規(guī)定產(chǎn)生報警和記錄。

3.2.3 控制和監(jiān)視

根據(jù)通風空調(diào)系統(tǒng)要求，自動控制所轄設備的投退，實現(xiàn)對通風空調(diào)系統(tǒng)設備的遠程監(jiān)控。通過現(xiàn)地/遠程切換開關，實現(xiàn)遠程與現(xiàn)地的控制和監(jiān)視切換。

3.3 就地控制層

就地控制層由109個通風空調(diào)末端設備現(xiàn)場控制柜/箱等輔助設備組成。

現(xiàn)地控制柜/箱實現(xiàn)對風機、冷凍水泵等設備的直接控制操作，是通風設備的底層控制單元。根據(jù)控制對象，就地控制柜/箱分為：多臺單控性控制箱、成組控制型控制箱、單臺單控控制箱、軟啟動器控制柜和變頻器控制柜。

箱內(nèi)布置斷路器、接觸器、熱繼電器、各類繼電器、指示燈、手動按鈕、手/自動轉(zhuǎn)換開關等風機運行所需的控制及報警設備，軟啟動器控制柜和變頻器控制柜分別配備有軟啟動器及變頻器，風機設備運行狀態(tài)及報警信號送入相應機組段設置的現(xiàn)地通風空調(diào)控制單元內(nèi)，由現(xiàn)地通風空調(diào)控制單元遠程控制相應的設備運行。

4 系統(tǒng)特點

向家壩水電站通風空調(diào)系統(tǒng)采用了分層分布式結(jié)構(gòu)，具有以下一些特點。

4.1 安全可靠性

(1)在分層分布網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)中，主控層系統(tǒng)本身不參加程序的邏輯控制，它相當于現(xiàn)地控制單元控制器的一個遠方監(jiān)視操作終端系統(tǒng)。任何被控設備發(fā)出的信號，都要經(jīng)過現(xiàn)地控制單元處理后，才發(fā)送到主控層工作站，供運行監(jiān)視。同樣，操作員工作站上發(fā)出的命令，也是不經(jīng)任何處理地送達現(xiàn)地控制層處理器，分析判斷后，才將命令發(fā)往受控設備。同時，針對相對獨立性較強的通風設備，采用分層控制，合理分配設備的監(jiān)控功能，大大減輕了主控層設備的負荷。

(2)通風空調(diào)系統(tǒng)所有設備的邏輯控制程序都安裝于各現(xiàn)地控制層的CPU上，這些程序負責處理各控制設備發(fā)出的信號和主控層發(fā)出的命令，各種命令經(jīng)過CPU程序分析處理，條件滿足時才發(fā)往受控設備?，F(xiàn)地控制層采集的各種數(shù)據(jù)，經(jīng)不同I/O模件分別上送，這樣可保證單模件故障情況下，不影響其它信號上送

(3)現(xiàn)地控制層配備有具備監(jiān)視操作功能的Rockwell 2711PC-T10觸摸屏，可在主控層工作站故障情況下，保證在現(xiàn)地用觸摸屏開出方式對設備進行控制。

(4)采用集中監(jiān)視與控制，有效增強系統(tǒng)的安全性，通過操作權(quán)限和級別的管理，保證操作的準確性、合理性，防止誤操作。同時，整個系統(tǒng)采用分層分布式結(jié)構(gòu)，簡化網(wǎng)絡，保證各設備安全可靠控制基礎上有效節(jié)約成本。

4.2 易調(diào)試和簡維護

由于采用開放式的以太網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，特別是在主控層和現(xiàn)地控制層上使用了網(wǎng)絡交換機，方便了整個通風空調(diào)系統(tǒng)的調(diào)試和維護。

(1)易于調(diào)試。每個現(xiàn)地控制層的CPU上都配備有豐富多樣的通訊接口，在調(diào)試時，可將裝有主控層系統(tǒng)和現(xiàn)地控制軟件的便攜機、筆記本電腦帶到現(xiàn)地控制柜旁，與交換機連接，啟動主控層監(jiān)控畫面和下位機在線測試軟件，就完成整個調(diào)試過程，大大簡化了調(diào)試工作量。

(2)易于維護。在整個通風空調(diào)系統(tǒng)網(wǎng)絡的任何交換機上都可用維護筆記本電腦連接到任何一個或遠程I/O終端上，進行在線測試，分析、診斷每個遠程I/O終端的運行情況。而不必跑到控制設備所在地，這給的維護帶來了很大方便。同時，在各級控制中都對每個被控設備的重要信號進行顯示（指示燈或畫面），可實現(xiàn)在各級別控制層對被控設備的監(jiān)控。

5 結(jié)語

通風空調(diào)系統(tǒng)對于向家壩水電站機組正常運行具有重要的輔助作用，特別對于右岸地下電站，整個通風空調(diào)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)布局及設備聯(lián)控的優(yōu)化設計具有重要意義。在充分掌握電站建筑物結(jié)構(gòu)前提下，設計并實施的通風空調(diào)系統(tǒng)方案網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)層次明晰、擴展容易、配置合理、容錯性高、安全可靠。該系統(tǒng)既能夠滿足電站通風空調(diào)的控制和監(jiān)視要求，又便于集中管理和設備檢修，結(jié)合目前向家壩電站接機發(fā)電階段各系統(tǒng)設備的投運情況，該系統(tǒng)必將在向家壩水電站正常運行發(fā)揮巨大的作用。

[1]蓋曉華,劉叔軍,殷華文．ControllerLink控制網(wǎng)絡的設計技術[J].儀表技術與傳感器,2003,(10):43-45．

[2]RSView32用戶手冊第一冊、第二冊[Z].羅克韋爾(中國)公司,2004．

[3]西門子自動化與驅(qū)動集團.深入淺出西門子WinCC(第六版)[M].北京:北京航天航空大學出版社,2005:38-59.

[4]侯 華.淺析水電站監(jiān)控系統(tǒng)分層分布結(jié)構(gòu)的優(yōu)越性[J].云南水力發(fā)電,2001,(02)：128～130.