中、小型水电站综合自动化系统设计

综合自动化系统在小型水电站中的应用分析【摘要】小型水电站作为清洁能源发展的重要组成部分，对综合自动化系统的需求也越来越大。

本文从小型水电站的发展现状和综合自动化系统的概念及作用入手，分析了综合自动化系统在小型水电站中的应用场景与优点，包括提高生产效率、降低人工成本和提升安全性。

探讨了综合自动化系统在小型水电站中的关键技术，为读者深入了解该系统提供了参考。

结尾部分展望了综合自动化系统在小型水电站中的应用前景，并对全文进行了总结。

综合自动化系统的应用将为小型水电站提供更高效、安全、可靠的运行保障，有望推动小型水电站的发展和推广。

【关键词】小型水电站、综合自动化系统、应用场景分析、生产效率、人工成本、安全性、关键技术、应用前景展望、总结。

1. 引言1.1 小型水电站的发展现状随着能源需求的不断增长和环境保护意识的提高，小型水电站在近年来得到了广泛的关注和发展。

小型水电站相比传统大型水电站有着较小的建设规模和投资成本，具有灵活性高、环境影响小等优势，逐渐成为了可持续发展的一种重要能源形式。

目前，我国的小型水电站建设进展迅速，尤其在一些偏远地区和山区，小型水电站作为当地的主要能源供应方式已经得到了广泛应用。

随着技术的进步和政策的支持，小型水电站正在逐渐向智能化、自动化方向发展。

这种发展趋势为综合自动化系统在小型水电站中的应用提供了广阔的空间和机遇。

综合自动化系统的引入将极大地促进小型水电站的发展和运营效率，提高了设备的稳定性和管理的智能化程度。

可以预见，小型水电站在未来的发展中将更加依赖综合自动化系统，会呈现出更加智能化、高效化的发展态势。

1.2 综合自动化系统的概念及作用综合自动化系统是一种集成各种控制技术、信息技术和通信技术于一体的自动化系统，旨在实现设备、工艺和管理的全面自动化和智能化。

它通过传感器、执行器、控制器、网络等硬件设备和软件系统，实现对水电站各种设备的监控、控制和优化。

综合自动化系统的作用主要体现在以下几个方面：综合自动化系统可以提高小型水电站的生产效率。

广东工业大学华立学院(填所在学院名)本科毕业设计（论文）[填公选课课堂论文]小型水电站综合自动化系统设计与研究论文题目小型水电站综合自动化系统设计与研究系部机械电气学部专业电气工程及其自动化班级填14标准化X班09电气5班学号填所在标准化班序号12030905035学生姓名谢晓珊指导教师丁延林摘要我国水利资源十分丰富，水电发展十分迅速，但是其中相当一部分小水电站仍然存在运行时间长、设计保守、装置落后等问题，严重影响了小水电站的运行可靠性与经济效益，进而影响小水电站建设成本的回收。

随着计算机及电子信息技术的迅猛发展，技术先进、性能可靠地微机综合自动化系统开始得到了广泛的应用，因此，研制一套能满足中小型水电站计算机监控需求的系统以提高水电站技术和管理水平，具有重要的实际意义。

水电站计算机监控系统是一门设计自动控制原理、计算机网络基础、数字图像处理等学科，并能对水电站进行实时监控和管理的重要技术。

论文依据自动发电的控制要求，对典型的二级水电站计算机监控系统进行了结构的配置和方案的设计。

系统采用分层分布式的结构体系将整个监控系统分成电站层、现地控制层两层。

同时，依据小型水电站自身的特点，在设计时对电站控制层主控设备和现地设备单元之间的通讯，以及保护测控装置与机组见的通信采用CAN总线网络；其他智能设备与机组间的通信均采用RS485/RS232网络。

现地控制层的设计中采用了以EDCS-7340和PLC为核心，并辅之于各种自动化仪表，来完成对本地机组的控制和调节。

上位机的监控画面的设计选用功能强大的工控组态软件——组态王6.55通用版，完成了对水电站监控系统的各种监控界面设计等功能。

关键词：小型水电站，计算机监控，现地控制单元,可编程逻辑控制器AbstractThe water resource of China is very rich, the development of hydropower is also comparatively rapid. However, there are some problems in many small hydro-electric power stations, such as the running time is long, the design is conservative, the installation is backward. All of these problems made serious impact on economic efficiency. Besides, with the rapid development of computer and electronic information technology, advanced and reliable synthetical automation system has been applied widely. Therefore, design and research a suit of computer monitoring and control system which can meet the demand of small and medium-sized hydropower to improve the technology and management level has an important practical significance.The hydropower station computer monitoring and control system is such a kind of technology which involves automatic control theory, computer network, digital image processing etc, and which can also realize the real-time monitoring and management of hydropower station. According to the automatic generation control requirement of hydropower station, the paper finished computer supervisory control system design of a secondly small typical hydropower station .Through adopting the hierarchical and distributed control system structure, the hydropower station control system can be divided into centralize control layer and local control unit layer. According to the characteristic of small hydropower station, we adopt CAN bus network in the design of the communication between the power station control layer master equipment and the local master control unit, and in the measurement and control devices with the local control unit. While in other intelligent devices we adopt the traditional RS485/RS232 network. In the design of local control unit, we adopt EDCS-7340 and PLC, complemented by a variety of automated instrumentation to realize the local control unit control and adjusting. In the design of the supervisory computer section, we adopts the powerful industrial control configuration software-Kingview6.55 universal edition to complete hydropower station monitoring system monitoring interface design and other functions.Keywords: Small Hydropower Station, Computer Supervisory Control System, Local Control Unit, Programmable Logic Controller目录1绪论 (1)1.1水电站自动化技术发展 (1)1.2水电站综合自动化系统的意义及应用 (2)1.3水电站计算机监控系统的任务 (3)1.4本课题的目的和内容 (4)1.5 小结 (5)2小型水电站计算机监控系统总体设计 (6)2.1设计的概述 (6)2.1.1 某二级小水电站的基本情况 (6)2.1.2小型水电站自动化控制系统设计要求 (7)2.1.3 小型水电站计算机监控系统结构 (8)2.2水电站计算机监控系统的组成 (9)2.2.1 基础层 (10)2.2.2 机组现地单元（LCU）的结构和功能 (10)2.2.3 机组现地单元中PLC控制系统设计 (11)2.2.4 电站层的监控部分设计 (12)2.2.5 电站保护部分的设计 (12)2.3水电站计算机监控系统软件设计 (13)2.3.1 水电站监控系统组态软件 (13)2.3.2 计算机监控系统结构 (14)2.3.3 计算机监控系统数据流向 (14)2.4水电站计算机监控系统实现的功能 (15)2.5 小结 (16)3 机组现地控制单元的设计与研究 (17)3.1 机组LCU的功能 (17)3.2 机组PLC微机控制器的选择 (18)3.3 水电站对各LCU的功能要求 (21)3.3.1数据采集的功能 (21)3.3.2 数据处理功能 (21)3.3.3 安全运行监视 (21)3.3.4 控制与调节功能 (22)3.3.5 数据通信 (22)3.3.6 事故停机处理功能 (23)3.3.7 自诊断功能 (23)3.4 机组LCU的主要控制设备 (23)3.4.1 PLC地址分配 (23)3.4.2 PLC的选型 (24)3.4.3 现地触控屏的选择 (25)3.4.4 测速装置的选择 (25)3.4.5 测温装置的选择 (26)3.4.6 同期装置的选择 (26)3.5 EDCS-7340综合自动化系统的结构和功能配置 (26)3.5.1 EDCS-7340综合自动化系统的结构 (26)3.5.2 EDCS-7340综合自动化系统的功能配置 (26)3.6 机组控制流程 (27)3.6.1 机组开机流程 (27)3.6.2 机组停机流程 (29)3.6.3 事故停机控制 (30)3.6.4 紧急停机 (30)3.7 小结 (30)4 上位机软件的设计 (30)4.1 定义外部设备变量 (31)4.1.1 数据库的作用 (32)4.1.2 数据词典中变量的类型 (32)4.1.3 定义数据词典 (33)4.2 建立监控画面组态图 (34)参考文献 (35)1绪论为了适应自动化发展和电力体制的改革需要，水电站综合自动化系统具有越来越重要的作用。

水电站综合自动化系统设计一、引言水电站作为一种重要的能源发电设施，自动化程度和效率对于其正常运行和发电效果非常关键。

而水电站综合自动化系统的设计是实现水电站自动化的基础和核心。

本文将从控制层、监控层和管理层三个方面进行设计，以提高水电站的自动化程度和运行效率。

二、控制层设计1.控制层硬件设计：采用PLC（可编程逻辑控制器）作为主控制器，通过模数转换器（ADC）和数字信号处理器（DSP）对信号进行采集和处理，保证控制的准确性和即时性。

2.控制层软件设计：通过使用PLC编程软件对PLC进行编程，实现对水电站各个部分的控制，包括水泵、水轮发电机等。

同时，建立控制层与监控层的通信接口，实现实时监测和数据传输。

三、监控层设计1.监控层硬件设计：使用现场总线技术，将PLC和监控设备连接在同一总线上，形成一个统一的监控网络，通过监控器和触摸屏等设备对水电站进行远程监控和操作。

2.监控层软件设计：开发监控软件，实现对水电站各个部分的实时监测和数据采集，包括水位、水压、水量、电压、电流等。

通过设定阈值，实现对异常情况的报警和自动停机等措施。

四、管理层设计1.管理层硬件设计：建立一个中央服务器，用于存储和管理水电站的相关数据。

同时，设计一套网络架构，实现多个水电站之间的数据共享和统一管理。

2.管理层软件设计：开发管理软件，实现对水电站各个参数的监测和分析，包括发电量、耗电量、设备运行状态等。

通过数据分析，预测和优化水电站的运行效果，提高发电效率和降低运维成本。

五、总结水电站综合自动化系统的设计是实现水电站自动化的关键。

通过控制层、监控层和管理层的设计，可以实现对水电站各个部分的精确控制、实时监测和数据管理。

这将提高水电站的自动化程度和运行效率，提高发电效果和节约能源。

动力与电气工程社会的不断进步,经济、科技的不断发展,电力设备得到大量普及应用,使得人们对电力的需求量逐步增加,对电能的质量要求也相应增加。

为了提高水电站的发电效率和供电质量,传统的主要以人工操作的控制模式已经难以满足人们对电能的需求,使得基于计算机的监控系统的水电站综合自动化系统成为必然发展趋势,这种新模式不仅减少了人力物力,还有效提高了发电效率及发电质量。

这种系统的运行可以达到无需人的干预、少人值班甚至无人值班的目的。

1 水电站综合自动化系统概述综合自动化技术基于计算机基础发展而来,目的是监控整个水电站,包含水文测报,辅助和公用设备、发电机组的启停控制、负荷分配、工况监视及输配电线路的全自动控制,能够准确的与上级调度部门实时通信而实现全方位的自动监测控制系统。

包含了以下几个子系统。

1.1计算机监控系统综合自动化技术以计算机监控技术作为基础和核心,根据计算机应用与常规的监控设备之间的关系,可分为三种模式:(1)计算机辅助常规的监控系统模式。

(2)以计算机监控系统为主,辅以常规的控制设备。

(3)完全依靠计算机技术的监控系统。

水电站可根据实际情况进行选择,现代化的水电站一般使用第三种模式的监控系统。

1.2工业电视监视系统水电站监控过程中应用工业电视进行辅助监控,可实时操控设备,提高水电站的自动化应用水平、生产效率及操作安全性,且可独立于前一种监控系统进行使用。

1.3消防监控系统消防监控系统能够24h对水电站的重要场所进行火情监控,并在油库、主变区、主厂房、副厂房、重点建筑设施及核心机电设备位置放置探测器。

火情信息通过监控系统进行信息处理后以异步通信的方式发送到计算机监控系统。

此系统还能实现二氧化碳/水喷雾等灭火系统、排烟防火装置和通风系统的控制。

1.4基础自动化元件和自动装置(1)前者主要用于监视、判断、处理和执行对水电站的主/辅设备的控制操作,能够可靠执行对发电机组及其辅助设备的安全保护能力及自动控制能力。

基于PLC和DSP的小水电综合自动化系统1引言水电站综合自动化装置的研制主要集中在大、中型水电站，小水电自动化程度相对落后，相当一部分的小水电采用传统的控制方式。

如果照搬大、中型水电站综合自动化系统的模式来设计，其成本太高。

本文根据某水电站实际情况设计的综合自动化系统，其设计与开发周期短，系统功能强，运行可靠，人机界面友好，操作简单，成本低。

2系统硬件设计2.1总体设计本文采用单元机组控制方式，以一种简洁的体系结构和设计方法对小水电站实现顺序控制、转速测量、频率测量、温度巡检、励磁控制、同期控制、电量采集、开关电量采集、通信于一体，同时能将前池水位（或水库水位）、集水井水位、尾水水位显示查询，实时监控单元机组及辅机设备的运行状态，提高了小水电站的综合自动化的可靠性。

以西门子的plcs7-200和德州仪器公司ti的高性能数字信号处理器（tms320f2812）为核心控制器，触摸屏为人机交互界面，系统硬件结构如图1所示。

plc为监控的核心部件，由西门子的s7-200cpu226、1台数字量扩展模块em223和1台模拟量扩展模块em235组成。

cpu226本身带有24个输入点和16个输出点，最大允许扩展7个模块。

数字量扩展模块em223具有16个输入点和16个输出点。

模拟量扩展模块em235具有4路模拟量输入，1路模拟量输出。

本系统设计中plc主要完成发电机组的正常开关机，事故和紧急停机，以及辅助设备的监控，该plc的配置是完全满足了自动化设计的要求了。

数字信号处理器（dsp）为调速控制、励磁控制、同期控制、综合保护和通信的核心控制器，本文采用美国ti（texasinstruments）公司的定点32位dsp芯片tms320f2812。

该芯片资源丰富，片内高达128k字的flash程序存储器，高达18k字节的单口ram（saram）；两个事件管理器模块eva和evb，每个包括：4个16位通用定时器；16个16位的脉宽调制（pwm）通道；12位16通道a/d转换器，每通道最小转换时间为80ns，可选择由两个事件管理器来触发的两个8通道输入a/d转换器或一个16通道输入的a/d转换器；增强的控制局域网络（ecan）模块；高达56个可单独编程或复用的输入输出口（gpio）；丰富的外设接口包括一个spi串行外设接口、两个sci串行通信接口、一个uart标准通用异步收发接口、一个can总线接口、一个mcbsp多通道缓冲串行接口［2］，完全能够满足系统设计的要求。

关于小型水电站综合自动化配置的分析摘要: 随着科学技术与城市经济的迅猛发展，小型水电站的发展速度也越来越快，而相对大、中型水电站它的自动化程度较为落后。

因此，建立小型水电站的综合自动化配置具有重要意义。

本文就针对小型水电站综合自动化配置的相关内容进行了详细阐述。

关键词:小型水电站综合自动化控制系统功能要求改造1、小型水电站综合自动化配置的必要性小型水电站自动化是科技发展的必然结果，小型水电站的自动化实施不能照搬大中型水电站的模式，过高的成本是小型水电站无法承受的，也容易造成资源上的浪费，同时也会影响水电站效率。

为了更好地保证小型水电站运行的效率和稳定性，综合自动化的实施是非常必要的。

一是有利于提高小型水电站的供电可靠性和供电质量;二是无人值守和少人值守节省了水电站的人力资源，使人力资源的配置更优化;三是符合水电站长期发展的要求和一次性的投资，支持了电站的长远发展，而且综合自动化的可扩展性确保了自动化本身的不断更新和升级，避免了大额度的二次投资，实现了一次投资，一劳永逸。

2、综合自动化配置的要求2.1 综合自动化配置的系统功能要求综合自动化主要是用来实现对电站的保护、检测和设备控制的，它配置的合理化与有效性是电站高效、安全、经济运行的保证。

系统的主要功能：①实施数据的采集、处理和计算，并生成报表，通过辅助设备进行打印。

数据的采集是实现对电力系统运行进行监视和监控的前提，工作人员根据采集到的数据及计算、分析得到的结果对电力系统的运行情况及运行趋势作出正确的判断，发出及时、准确的操作命令。

②系统对发电系统运行的控制功能。

根据控制形式可分为远距离遥控和就地控制，主要实施对机组开、停控制以及隔离开关的分闸、合闸等控制，并完成对机组的有功、无功调节，实现发电控制、电压控制的自动化。

③系统的多媒体功能。

比如语音报警功能、直观的图像显示功能等使系统的掌握和控制更直观、简便。

此外，上位机可接受各设备的分、同步信号，能实现与上级的调度、保护、通讯功能;实现对系统的“遥测、遥信、遥控、遥调”功能;保证了故障处理时的自动论断和自动回复功能，远方监控、诊断功能及防盗功能;实现了电力系统运行的无人值守或少人值守。

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。