第一篇：現(xiàn)代自來水廠自動化控制系統(tǒng)的研究與實現(xiàn)

現(xiàn)代自來水廠自動化控制系統(tǒng)的研究與實現(xiàn)

第1 章 緒 論

1.1 水廠自控系統(tǒng)簡介

1.1.1 水廠制水工藝流程

各個水廠根據(jù)實際情況，其工藝流程千差萬別，設(shè)備有增有減，但基本的流程相似，如圖1.1 所示。

圖中主要分為以下幾個工藝過程：

（1）取水：通過多臺大型離心泵將江、河、地表等處的水抽入凈水廠。

（2）藥劑的制備與投加：按工藝要求制備合適的混凝劑，并投入混凝劑及氯氣，達到混凝和消毒的目的。

（3）混凝：包括混合與絮凝，即源水投入混凝劑后進行反應(yīng)，并排出反應(yīng)后沉淀的污泥。

（4）平流沉淀：與混凝劑反應(yīng)后的水低速流過平流沉淀池，以便懸浮顆粒沉淀，并排出沉淀的污泥。

（5）過濾沉淀：水通過顆粒介質(zhì)（石英砂）以去除其中懸浮雜質(zhì)使水澄清，并定時反沖洗石英砂。

（6）送水：多臺大型離心泵將自來水以一定的壓力和流量送入供水管網(wǎng)。

1.1.2 水廠自控系統(tǒng)組成

自來水廠的工藝特點是各工藝單元既相對獨立，同時各單元之間又存在一定的聯(lián)系。正因為各工藝單元相對獨立，因此通常將整個工藝按控制單元劃分，主要包括：取水泵房自動控制系統(tǒng)、送水泵房自動控制系統(tǒng)、加礬自動控制系統(tǒng)、加氯自動控制系統(tǒng)、格柵配水池控制系統(tǒng)、反應(yīng)沉淀池控制系統(tǒng)、濾池氣水反沖洗控制系統(tǒng)、配電控制系統(tǒng)、水廠中央控制室自動化調(diào)度系統(tǒng)，這些工藝單元內(nèi)設(shè)備相對集中。根據(jù)這些特點，自控系統(tǒng)較多采用PLC＋IPC的集散控制系統(tǒng)(DCS)模式。

采用PLC+IPC 系統(tǒng)的水廠自動化控制設(shè)計一般采用多主站加多從站結(jié)構(gòu)，能夠較好的滿足國內(nèi)水廠自動化的監(jiān)控、保護要求?？刂泣c分布在水廠內(nèi)不同的位置，采用就近控制原則，在設(shè)備集中區(qū)分別設(shè)置不同的PLC 站對該區(qū)域設(shè)備進行監(jiān)控，再通過通訊網(wǎng)絡(luò)，各PLC 站之間進行數(shù)據(jù)通訊，實現(xiàn)整個水廠的自動化控制。在控制單元內(nèi)，PLC 站實現(xiàn)對該單元內(nèi)設(shè)備的自動控制。這樣的優(yōu)點是使控制系統(tǒng)更加可靠，當某一控制單元發(fā)生故障時不會嚴重影響其它單元的自動運行，同時由于單元內(nèi)控制設(shè)備、檢測儀表就近相連，減少了布線成本。一般根據(jù)土建設(shè)計，將水廠自動化控制系統(tǒng)按設(shè)備位置情況及功能進行組織，分為如下一些控制站點。

（1）中央控制室站點：對整個系統(tǒng)進行監(jiān)控和調(diào)度，同時留有四遙（遙測、遙信、遙調(diào)、遙控）系統(tǒng)接口，與上層管理系統(tǒng)進行通訊。（2）配電室控制站點：對高壓及低壓配電系統(tǒng)進行監(jiān)控。

（3）取水泵房控制站點：取水泵、真空泵、潛污泵及軸流風機等進行監(jiān)控。（4）送水泵房控制站點：對送水泵、潛污泵等進行監(jiān)控。

（5）格柵配水池控制站點：對快開排泥閥、格柵液位、格柵除污機、螺旋輸送機等進行監(jiān)控。

（6）反應(yīng)沉淀池控制站點：對快開排泥閥、刮泥機進行監(jiān)控。

（7）濾池公共部分控制站點：對反沖洗公共部分（反沖洗泵、鼓風機、干燥機及相關(guān)閥門）進行監(jiān)控。

（8）濾池控制站點：根據(jù)單格濾池數(shù)量進行配置，每格濾池一個，對單個濾池設(shè)備進行監(jiān)控。

（9）加礬控制站點：對加礬、自動配礬系統(tǒng)進行監(jiān)控。（10）加氯控制站點：對加氯系統(tǒng)進行監(jiān)控。

在實際工程當中，當控制站點較近時，可以將某些站點合在一起，根據(jù)功能及控制規(guī)模大小，有些站點可以設(shè)為從站或遠程站點。例如長沙榔梨水廠自控系統(tǒng)中，根據(jù)實際情況，按照功能分為5 大塊：即取水泵房控制系統(tǒng)，加礬、加氯和格柵配水控制系統(tǒng)，濾池及反沖洗設(shè)備控制系統(tǒng)，送水泵及設(shè)備控制系統(tǒng)，中央控制室等。

1.2 我國自來水廠自動控制的現(xiàn)狀

我國自來水廠的自動化工作起步較晚，但發(fā)展很快。從六十年代簡單的水位自動控制發(fā)展到七十年代采用熱工儀表和集中巡檢裝置，八十年代以后隨著國家工業(yè)水平的整體提高，使水廠進入了大規(guī)模的發(fā)展年代，特別是隨著外資的引入，大量國外先進的自動化控制技術(shù)與設(shè)備進入我國，建成了一批全引進的水廠，使我國水廠自動化進程大大加快，自動化水平也快速提高。由于歷史和現(xiàn)實的原因，我國水廠自動化的總體發(fā)展水平還不高，發(fā)展也不平衡。大中城市水廠，特別是發(fā)達地區(qū)大型水廠的自動化程度很高，而小城市和城鎮(zhèn)水廠，特別是落后地區(qū)小型水廠的自動化程度較低，甚至還是空白。在一些已實現(xiàn)自動化的水廠中，雖然自動化系統(tǒng)和設(shè)備與其他行業(yè)，如化工、電力等相比并不差，甚至更先進，但是，其功能并未充分發(fā)揮出來。有的自控系統(tǒng)從未運行過，一直處于閑置狀態(tài)；有的運行一段時間后變?yōu)榱耸謩樱踔撂幱诎c瘓狀態(tài)，造成了自動化系統(tǒng)和設(shè)備的極大浪費。

國內(nèi)實現(xiàn)水廠自動化控制的方法主要是新建和擴建工程。大型水廠建設(shè)項目依靠引進外資和全套技術(shù)設(shè)備，水廠工藝自動化水平高，但設(shè)備和控制系統(tǒng)投資很大。中小水廠自動化的設(shè)計、工程服務(wù)以國內(nèi)為主，但系統(tǒng)中關(guān)鍵技術(shù)和設(shè)備仍以引進國外產(chǎn)品為主，在設(shè)備選型及工程服務(wù)上采取“土洋結(jié)合”的辦法。這種“土洋結(jié)合”的辦法不但大大降低了水廠在自控系統(tǒng)中的投資，而且實現(xiàn)了工程售后服務(wù)的本地化，有利于該行業(yè)的長遠發(fā)展。

1.3 現(xiàn)代自來水廠自控系統(tǒng)的主要內(nèi)容

我國水廠自動化控制系統(tǒng)的發(fā)展過程可分為三個階段：第一階段是分散控制階段，該時期水廠各部分分別進行自動控制，各獨立系統(tǒng)互不相關(guān)；第二階段是水廠綜合自動化階段，在該時期整個水廠作為一個綜合自動化控制系統(tǒng)進行生產(chǎn)，同時各個獨立子系統(tǒng)又可以獨立工作，該系統(tǒng)共享整個水廠的信息，同時又有分散控制的可靠性。現(xiàn)階段大部分水廠處于此階段；第三階段是供水系統(tǒng)的綜合自動化階段，該階段要求在一個區(qū)域的供水企業(yè)共享信息，實現(xiàn)整個城市或地區(qū)供水系統(tǒng)的自動控制。目前我國的中小型水廠大部分處于第一或第二階段，只有很少大型水廠達到了第三階段。在國外，如加拿大、美國等發(fā)達國家基本實現(xiàn)了供水系統(tǒng)的全自動化，而且開始進行分質(zhì)供水，同時對水廠內(nèi)部的自控系統(tǒng)也在不斷地進行改進和提高。

當前水廠采用的自動控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式，從自控的角度可以劃分為數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)系統(tǒng)（Supervisory Control And Data Acquisition，SCADA）、集散型控制系統(tǒng)(Distributed Control System，DCS)、IPC+PLC（Industrial PersonalComputer & Programmable Logic Controller）系統(tǒng)，即工業(yè)個人計算機與可編程邏

輯控制器構(gòu)成的系統(tǒng)等。

SCADA 系統(tǒng)組網(wǎng)范圍大，通訊方式靈活，但實時性較低，對大規(guī)模和復雜的控制實現(xiàn)較為困難。DCS 系統(tǒng)則采用分級分布式控制，在物理上實現(xiàn)了真正的分散控制，且實時性較好，但應(yīng)用軟件的編程工作量較大，對開發(fā)和維護人員要求較高，開發(fā)周期較長。IPC+PLC 系統(tǒng)既可實現(xiàn)分級分布控制，又可實現(xiàn)集中管理分散控制。而且PLC 本身可靠性高，組網(wǎng)、編程和維護很方便，開發(fā)周期很短，系統(tǒng)內(nèi)的配置和調(diào)整又非常靈活，可與工業(yè)現(xiàn)場信號直接相連，易于實現(xiàn)機電一體化。因此，IPC+PLC 系統(tǒng)成為了當今水廠自動控制系統(tǒng)的主要結(jié)構(gòu)形式。綜合分析國際和國內(nèi)水廠發(fā)展的各個階段的特點以及現(xiàn)有的水廠自動控制系統(tǒng)可知，自來水廠主要的控制技術(shù)與核心組成基本相同，主要有水質(zhì)檢測技術(shù)、水處理控制技術(shù)、變頻節(jié)能技術(shù)與綜合自動化系統(tǒng)四個方面，可用圖1.2 描述。

1.3.1 水質(zhì)檢測技術(shù)

水處理中的自動檢測技術(shù)，即水質(zhì)檢測技術(shù)是保證供水和排水水質(zhì)的重要手段，也是指導水處理工藝運行過程的重要依據(jù)，隨著自動化技術(shù)、機械制造技術(shù)等方面的發(fā)展，出現(xiàn)了越來越多的新型自動化檢測儀表。

目前使用的水處理自動化儀表包括流量、水位、溫度、壓力儀表以及水質(zhì)測量分析儀表，如pH測量儀、流動電流檢測儀、漏氯報警儀、余氯分析儀、高低濁度在線檢測儀等。在流量測量方面，除了傳統(tǒng)的電磁流量計外，還出現(xiàn)了大量非接觸式儀表。

水位測量儀表是水處理中另一類使用廣泛的檢測儀表，濾池、清水池、格柵配水井、配礬等處都要用到，主要有差壓式、靜壓式、吹氣式、浮子式、靜電電容式、以及超聲波等類型。

檢測儀表是實現(xiàn)水廠自動化的基礎(chǔ)，在日本等發(fā)達國家不僅大面積使用現(xiàn)有成熟儀表外，還不斷開發(fā)出新的檢測儀表并發(fā)展相關(guān)的檢測技術(shù)，不斷擴大檢測范圍，提高檢測精度。

1.3.2 水處理控制技術(shù)

隨著電子技術(shù)、計算機技術(shù)以及光電技術(shù)等相關(guān)學科的發(fā)展，近十年來工業(yè)自動化在各個方面都發(fā)生了深刻的變化，包括自動化感應(yīng)部件、各種檢測傳感器、變送器、各種間接測量設(shè)備、各種執(zhí)行機構(gòu)等底層設(shè)備，以及自動回路調(diào)節(jié)器、自動控制單元、各種大小型裝置控制系統(tǒng)乃至綜合優(yōu)化調(diào)度系統(tǒng)等。有關(guān)控制系統(tǒng)的研究和應(yīng)用也一直是現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的重點工作之一，并且已經(jīng)在控制理論和自動控制系統(tǒng)水平方面都發(fā)生了極大的變化。表1.1 給出了近三十年來水廠自控技術(shù)的發(fā)展變化。

隨著水處理技術(shù)的不斷發(fā)展，對于水質(zhì)指標的控制與水處理效率的要求也在不斷提高。新工藝、新設(shè)備的廣泛應(yīng)用一方面提高了水處理能力，另一方面也對整個系統(tǒng)的控制、協(xié)調(diào)提出了更加嚴格復雜的要求。常規(guī)控制手段已經(jīng)成為水處理行業(yè)中的薄弱環(huán)節(jié)之一，需要在現(xiàn)有工業(yè)自動化已經(jīng)取得的成果基礎(chǔ)上研究、設(shè)計、投用適合于水處理行業(yè)的先進控制系統(tǒng)。

由于水處理系統(tǒng)（特別是混凝投藥和加氯控制過程）是一個大遲滯、非線性、時變的復雜系統(tǒng)，系統(tǒng)建模困難，很難控制好。因此各種先進的控制算法不斷提了出來。文獻就設(shè)計了一種基于圖像處理的自動加礬系統(tǒng)，文獻則采用智能控制，如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊控制、遺傳算法等來進行加礬或加氯控制，亦取得了較好的控制效果。

雖然各種先進的控制理論和算法不斷被提了出來，但是在實際的應(yīng)用過程中，尤其是中小型水廠自動化控制系統(tǒng)中，經(jīng)典的控制理論仍有著廣泛的應(yīng)用空間。因此本文在研究水廠自動控制理論方面，側(cè)重于經(jīng)典控制理論及其應(yīng)用。

1.3.3 變頻節(jié)能技術(shù)

在水處理行業(yè)中，普遍存在著用水量變化較大的問題，在不同的季節(jié)、不同的時段，用戶用水的需求量有很大的差別，存在著明顯的用水高峰特征，因此水處理廠供水系統(tǒng)的給水壓力需要隨用戶的用水需求量變化而變化。在低峰時，如果水泵機組按高峰期的用水量運行，雖可通過調(diào)節(jié)閥門來滿足用水需求，但供水能量損耗大，而且還會影響機組的正常運行。因此，根據(jù)用水需求自動控制水泵機組運行，且實現(xiàn)節(jié)能，是水廠自動化技術(shù)的一項重要內(nèi)容。變頻調(diào)速是一項有效的節(jié)能降耗技術(shù)，其節(jié)電效率很高，幾乎能將因設(shè)計冗余和用水量變化而浪費的電能全部節(jié)省下來。變頻調(diào)速控制技術(shù)，是指以變頻調(diào)整原理為基礎(chǔ)，在保證供水可靠性的前提下，根據(jù)供水系統(tǒng)用水量的變化情況，自動調(diào)整水泵工況，使之始終盡可能地在高效區(qū)間內(nèi)運行，以達到降低能耗、提高效率的目的。這一技術(shù)是比較科學，可靠性較高的一種調(diào)節(jié)水泵工況的方式。它具有調(diào)速精度高、功率因數(shù)高等特點，使用它可以提高產(chǎn)品質(zhì)量、產(chǎn)量，并降低物料和設(shè)備的損耗，同時也能減少機械磨損和噪音，改善車間勞動條件，滿足生產(chǎn)工藝要求。

變頻器是一種以變頻調(diào)速技術(shù)為基礎(chǔ)通過改變頻率來調(diào)整電機轉(zhuǎn)速的工業(yè)裝置。作為一種先進的調(diào)速裝置，變頻器不但調(diào)速范圍廣、可靠性高、操作與維護方便，而且節(jié)電效果明顯。在水處理行業(yè)變頻器具有廣闊的發(fā)展前景，有關(guān)其應(yīng)用研究也一直得到相關(guān)工程領(lǐng)域的重視。

應(yīng)用變頻器來實現(xiàn)變頻節(jié)能供水，可以采用恒壓變量或變壓變量兩種方式來實現(xiàn)。恒壓變量供水系統(tǒng)通過調(diào)整變頻器轉(zhuǎn)速（即供水流量）來保證供水壓力不變，該系統(tǒng)技術(shù)比較成熟，應(yīng)用廣泛。變壓變量供水系統(tǒng)則根據(jù)用戶用水量的變化同時調(diào)整變頻器轉(zhuǎn)速（即供水流量）和供水壓力，很明顯該方案節(jié)能效果更好。但是由于水頭損失等受各種因素影響，難以準確確定，實際應(yīng)用的很少[。

1.3.4 供水綜合自動化系統(tǒng)

在市場經(jīng)濟與信息時代的飛速發(fā)展中,企業(yè)內(nèi)部之間以及與外部交換信息的需求不斷擴大，現(xiàn)代工業(yè)企業(yè)對生產(chǎn)的管理要求不斷提高，這種要求已不局限于通常意義上的對生產(chǎn)現(xiàn)場狀態(tài)的監(jiān)視和控制，同時還要求把現(xiàn)場信息和管理信息結(jié)合起來。迫切需要建立一個全集成的、開放的、全廠乃至整個供水系統(tǒng)的綜合自動化信息系統(tǒng)，把企業(yè)的橫向通信(同一層不同節(jié)點的通信)和縱向通信(上、下層之間的通信)緊密聯(lián)系在一起，通過對經(jīng)營決策、管理、計劃、調(diào)度、過程優(yōu)化、故障診斷、現(xiàn)場控制等信息的綜合處理，形成一個意義更廣泛的綜合管理系統(tǒng)。隨著計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷進步，建立一個供水系統(tǒng)的綜合自動化系統(tǒng)成為可能。在現(xiàn)代化的大型水廠中，除了采用先進的設(shè)備和控制技術(shù)對廠區(qū)內(nèi)部進行有效控制和管理外，還要求實現(xiàn)對一個城市或地區(qū)整個供水系統(tǒng)的綜合自動化管理。對自來水公司而言，為了安全、穩(wěn)定、可靠地管理好遍布全城的供水系統(tǒng)，要有一個滿足企業(yè)特點的、現(xiàn)代化的、先進的的企業(yè)綜合自動化系統(tǒng)(SAS)。在該系統(tǒng)中，要實現(xiàn)對整個供水系統(tǒng)的現(xiàn)代化企業(yè)管理。主要包括社會服務(wù)系統(tǒng)，自來水管網(wǎng)地理信息系統(tǒng)（GIS），自動抄表收費系統(tǒng)（AMR）、生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)（SCADA），辦公自動化系統(tǒng)（OAS），自來水管網(wǎng)優(yōu)化系統(tǒng)，數(shù)據(jù)倉庫中心數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，信息管理中心系統(tǒng)（IMCS）等。在美國和加拿大等發(fā)達國家，已經(jīng)建立了不少現(xiàn)代化的水廠，實現(xiàn)了整個供水系統(tǒng)的自動化。

1.4 水廠自動化發(fā)展趨勢

利用改革開放的機遇，通過引進國外的先進技術(shù)，經(jīng)過近10 年的努力，以PLC 為基礎(chǔ)的集散型控制系統(tǒng)已成為當今水工業(yè)自動化系統(tǒng)的主流，并具備了一定的技術(shù)和物質(zhì)基礎(chǔ)。

由于信息技術(shù)的飛速發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)化、智能化、信息化、管控一體化等概念向自動化領(lǐng)域的滲透，使得自動化系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)面臨一場深刻的變革，這種變革也必將對水工業(yè)自動化產(chǎn)生重大影響。

1.4.1 控制系統(tǒng)的智能化、分散化、網(wǎng)絡(luò)化

水廠的智能化包括智能設(shè)備、智能控制技術(shù)和現(xiàn)場總線技術(shù)等幾個主要方面。隨著智能傳感器、變送器、測量儀表、調(diào)節(jié)器、執(zhí)行器等智能設(shè)備，以及如專家系統(tǒng)、模糊控制、自適應(yīng)控制及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等智能控制技術(shù)和現(xiàn)場總線技術(shù)在水廠中的應(yīng)用，水廠自動化將會向智能化方向發(fā)展[22]。智能設(shè)備、智能控制技術(shù)很明顯是具有“智能”的?，F(xiàn)場總線技術(shù)則由于將專用的CPU 置入傳統(tǒng)的測控儀表，使它們各自都具有了數(shù)字計算和通信能力，亦即“智能化”?？刂葡到y(tǒng)的分散化和網(wǎng)絡(luò)化則主要表現(xiàn)在現(xiàn)場總線的應(yīng)用上。

現(xiàn)場總線是應(yīng)用在生產(chǎn)現(xiàn)場的全數(shù)字化、實時、雙向、多節(jié)點的數(shù)字通信系統(tǒng)。采用可進行簡單連接的雙絞線、同軸電纜等作為聯(lián)系的紐帶，把掛接在總線上作為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的多個現(xiàn)場級測控儀表連接成網(wǎng)絡(luò)，并按公開、規(guī)范的通信協(xié)議，使現(xiàn)場測控儀表之間及其與遠程監(jiān)控計算機之間實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸與信息交換，形成多種適應(yīng)實際需要的控制系統(tǒng)，即所謂“網(wǎng)絡(luò)化”；由于這些網(wǎng)上的節(jié)點都是具備 智能的可通信產(chǎn)品，因而它所需要的控制信息(如實時測量數(shù)據(jù))不采取向PLC 或計算機存取的方式，而可直接從處于同等層上的另一個節(jié)點上獲取，在現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)(FCS)的環(huán)境下，借助其計算和通信能力，在現(xiàn)場就可進行許多復雜計算，形成真正分散在現(xiàn)場的完整的控制系統(tǒng),提高了系統(tǒng)的自治性和可靠性。在水廠自動化系統(tǒng)中，通過采用開放式網(wǎng)絡(luò)，如現(xiàn)場總線、工業(yè)以太網(wǎng)(Ethernet)等，把TCP/IP引入水廠現(xiàn)場，使Internet延伸到現(xiàn)場設(shè)備，利用Web技術(shù)實現(xiàn)水廠遠程監(jiān)控、調(diào)試、維護和故障診斷等功能，從而建成基于Internet的水廠自動化系統(tǒng)。應(yīng)用Web技術(shù)實現(xiàn)綜合自動化功能，是信息時代的要求，也是當前水廠自動化網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的主要方向。

1.4.2 控制系統(tǒng)管控一體化

水廠控制系統(tǒng)管控一體化就是要建立一個對生產(chǎn)現(xiàn)場狀態(tài)的監(jiān)視和控制，同時還把現(xiàn)場信息和水廠管理信息結(jié)合起來的具有水廠控制和企業(yè)管理功能的綜合自動化系統(tǒng)。一般水廠控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖1.3 所示：

企業(yè)信息網(wǎng)絡(luò)是管控信息集成的基本條件，沒有信息網(wǎng)絡(luò)就不可能實現(xiàn)企業(yè)橫向和縱向信息的溝通和匯集，建網(wǎng)的目標在于實現(xiàn)全企業(yè)范圍內(nèi)的信息資源共享，以及與外部世界的信息溝通。

管控一體化解決方案中的企業(yè)管理層由各種服務(wù)器和客戶機等組成，用于集成企業(yè)的各種信息，實現(xiàn)與Internet 的連接，完成管理、決策和商務(wù)應(yīng)用的各種功能。過程監(jiān)控層由局域網(wǎng)段以及連接在局域網(wǎng)段的擔任監(jiān)控任務(wù)的工作站或控制器組成，現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)通過現(xiàn)場總線接口與過程監(jiān)控層相連，或者監(jiān)控層直接由現(xiàn)場總線來擔當；監(jiān)控站可以完成對控制系統(tǒng)的組態(tài)，執(zhí)行對控制系統(tǒng)的監(jiān)控、報警、維護及人機交互等功能。

現(xiàn)場控制層由現(xiàn)場總線設(shè)備和控制網(wǎng)段構(gòu)成，把傳統(tǒng)的集散系統(tǒng)控制站(如水處理企業(yè)的PLC分站)的功能分散到了現(xiàn)場總線設(shè)備，此時的控制站實際是一個虛擬的控制站。現(xiàn)場總線技術(shù)與產(chǎn)品所形成的底層網(wǎng)絡(luò)，充分發(fā)揮其使測控設(shè)備具有通信能力的特點，為控制網(wǎng)絡(luò)與通用數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的連接提供了方便。企業(yè)信息網(wǎng)絡(luò)是管控一體化的基礎(chǔ)，現(xiàn)場總線則為構(gòu)建管控一體化網(wǎng)絡(luò)鋪平了道路?，F(xiàn)場總線為開放式網(wǎng)絡(luò)，可實現(xiàn)同類或不同類網(wǎng)絡(luò)的互連以及網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫的共享，打破了傳統(tǒng)控制系統(tǒng)的封閉性，使系統(tǒng)的開放性大大增強，既可實現(xiàn)水廠控制網(wǎng)絡(luò)與其它網(wǎng)的無縫連接，也可把Internet引入水廠自動化，從而建成測控管一體化的綜合自動化系統(tǒng)[。

1.5 項目背景

本課題來源于榔梨鎮(zhèn)10 萬噸水廠自動化系統(tǒng)新建工程。

該水廠分二期建設(shè)。首期工程設(shè)計供水能力為5 萬噸，具體包括：配水池、絮凝池、平流沉淀池、疊合清水池、氣水反沖洗濾池、送水泵房、吸水井、投藥間等自動化系統(tǒng)工程以及一套視頻監(jiān)控系統(tǒng)。

本人主要負責上述工程軟件部分的設(shè)計和實施。根據(jù)榔梨水廠制水工藝的特點和土建實際，可以將該工程分為自動送水控制系統(tǒng)，濾池控制系統(tǒng)，加藥控制系統(tǒng)，取水控制系統(tǒng)等四個主要部分。針對榔梨水廠取水泵房遠離送水廠，而送水廠內(nèi)部各工藝的設(shè)備和檢測儀表相對集中，控制相對獨立的特點，實際采用目前廣泛使用的PLC+IPC 集散控制模式。該模式具有分散控制可靠性高的特點，又具有集中控制便于管理的優(yōu)點。每一個功能控制系統(tǒng)均由一個PLC 進行單獨控制，同時又連接到中央控制室的上位機上進行集中控制和管理。

取水泵房設(shè)備信號和圖像信息通過數(shù)傳電臺送到中央控制室進行控制和顯示。廠區(qū)內(nèi)的加礬、加氯、濾池、變頻供水系統(tǒng)分別通過光纖連接到上位機，組成水廠內(nèi)部工業(yè)以太網(wǎng)。中控室計算機通過水廠內(nèi)部局域網(wǎng)連接到水廠上級管理部門，構(gòu)成水廠主干網(wǎng)。

在各分系統(tǒng)內(nèi)部采用現(xiàn)場總線進行控制。

濾池控制系統(tǒng)由7 臺CJ1M PLC，用歐姆龍公司的controller link 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)組成，控制6 個濾池的過濾和反沖洗。6 個濾池的操作相同，一個濾池由一臺PLC控制，6 個濾池反沖洗的公共部分：反沖洗水泵、鼓風機和相應(yīng)的閥門的控制單獨采用一臺PLC（主PLC，安裝有以太網(wǎng)模塊）。通過controller link 網(wǎng)絡(luò)，6臺濾池PLC 實現(xiàn)與主PLC 的信息共享，并通過主PLC 將信息傳送到水廠中央控制室主機。中央控制室命令也通過主PLC 傳送給濾池PLC。

對沉淀池和格柵配水井的控制則是通過Device Net 網(wǎng)絡(luò)進行的。在控制現(xiàn)場安裝有數(shù)個DRT2-ID16，DRT2-AD04 模塊，負責現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集。在加藥加氯間也裝有一個PLC，它除了對加藥加氯系統(tǒng)進行控制外，還負責傳遞沉淀池和格柵配水井的數(shù)據(jù)到中央控制室。在它上面安裝有Device Net 的主站單元，負責從從站讀取和傳送數(shù)據(jù)。

在送水泵房有4 臺大功率送水泵電機，通過送水PLC 控制ABB 公司的變頻器來實現(xiàn)循環(huán)變頻軟啟動。該方案不用再配制軟啟動器，節(jié)省了成本。同時采用循環(huán)變頻的方式，有效的保護了水泵電機。送水泵房的設(shè)備，如潛水泵和排風機通過Device Net 網(wǎng)絡(luò)進行控制，與沉淀池控制類似。上位機監(jiān)控軟件采用美國Wonderware 公司的InTouch 組態(tài)軟件。數(shù)據(jù)庫采用SQL Server2000，報表系統(tǒng)則用Excel，通過VB 來編寫。

1.6 本論文的主要內(nèi)容及創(chuàng)新點 本論文研究了水廠內(nèi)部實現(xiàn)自動化的幾個主要方面，并針對當前我國大部分水廠只考慮廠內(nèi)而較少涉及管網(wǎng)的實際情況，提出了一種綜合廠內(nèi)與廠外、水廠與管網(wǎng)的供水系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)方案，設(shè)計了數(shù)據(jù)采集終端。結(jié)合榔梨水廠的工程實例，詳細講解了供水企業(yè)生產(chǎn)過程中幾個關(guān)鍵部分的自動控制系統(tǒng)構(gòu)成和自動控制策略，如送水泵站的自動控制、濾池的自動控制、加氯加礬自動控制等，并針對加氯加礬自動控制系統(tǒng)中的問題，提出了一些改進方案。論文章節(jié)內(nèi)容包括：

第1 章 緒論，對國內(nèi)外供水自動控制系統(tǒng)的組成、現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢以及項目背景進行了簡要的分析、綜述和討論。

第2 章 主要研究了水廠自動加藥控制系統(tǒng)的自動化實現(xiàn)。對自動配礬子系統(tǒng)進行了詳細的計算并繪制了流程圖。同時對自來水廠采用的幾種常規(guī)加礬控制方案進行了研究和分析，并針對實際情況提出了改進型自動加礬方案。

第3 章 主要研究了水廠自動加氯控制系統(tǒng)的自動化實現(xiàn)。研究了比例、反饋、復合三種常規(guī)的自動加氯控制系統(tǒng)。針對水廠實際情況，將前饋+串級控制系統(tǒng)運用到濾后加氯控制系統(tǒng)中。在實現(xiàn)過程中，應(yīng)用采樣控制理論進行采樣控制，并對采樣控制進行了仿真研究。

第4 章 主要研究了水廠變頻供水的節(jié)能原理。簡述了恒壓供水的節(jié)能原理及實現(xiàn)框圖；詳細推導了變壓變量供水的工程模型，對其節(jié)能原理進行了深入分析和研究。同時對循環(huán)變頻軟啟動技術(shù)進行了分析和探討。

第5 章 對水廠綜合自動化系統(tǒng)進行了研究。深入研究了數(shù)據(jù)采集終端，設(shè)計了該數(shù)采終端的軟硬件圖和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖。

第6 章 結(jié)合榔梨水廠的工程實際，運用上述理論詳述了水廠各個部分自動化的實現(xiàn)。主要有水廠的工藝流程，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，加藥加氯自動化，濾池控制系統(tǒng)自動化，變頻供水自動化和上位機監(jiān)控等。本文主要工作及創(chuàng)新點如下：

1．設(shè)計了改進型加藥控制方案。該方案在前饋中考慮了取水量和濁度對投加量的影響，比只考慮取水量的方案更容易克服濁度擾動，且容易實現(xiàn)。同時該改進方案在流動電流檢測儀測量不很準或是出現(xiàn)故障時仍可以進行有效控制?？梢员苊鈨x表故障時，要求人工投加的尷尬。

2．針對濾后加氯要求人工設(shè)定投加量的情況，提出了增加一級反饋回路進行自動設(shè)定的前饋+串級控制方案。該控制方案可以全自動連續(xù)調(diào)整投加量，實現(xiàn)自動有效投加。在實施的過程中采用了采樣控制原理，并進行了仿真研究。

3．分析了變頻供水的節(jié)能原理，推導了變壓變量供水的工程模型，并在榔梨水廠的實際過程中加以運用。

4．設(shè)計了水廠管網(wǎng)參數(shù)監(jiān)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)采集終端，對供水系統(tǒng)綜 合自動化進行了闡述。

5．對榔梨水廠進行了軟件部分的整體設(shè)計和實現(xiàn)。包括取水，變壓變量供水，過濾，反沖洗，加礬加氯，數(shù)據(jù)通信，網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成，上位機監(jiān)控，報表打印等在內(nèi)的水廠自動化控制系統(tǒng)。

第2 章 加藥控制系統(tǒng)

加藥自動控制必須根據(jù)水廠特有的源水情況和工藝設(shè)施配置情況來選擇合適的控制和實現(xiàn)方式。該系統(tǒng)一般由自動配礬子系統(tǒng)和自動加礬子系統(tǒng)組成。前者主要實現(xiàn)礬液的自動配制，后者實現(xiàn)礬液的自動投加。2.1 自動配礬子系統(tǒng)

2.1.1 自動配礬子系統(tǒng)的組成和功能

水廠常配備兩個礬池，一用一備。用于投加礬液的池稱為工作池，另一個稱為備用池，兩個礬池均獨立運行。池中礬液的配制一般要求在投加前幾分鐘內(nèi)啟動并完成，稱為配礬。在連續(xù)加藥過程中，備用池配礬的啟動是由工作池的配礬液位控制的。

每個礬池均有一個加濃礬閥，用于加入濃礬。一個進水閥，用于稀釋濃礬。一個出礬液閥，用于將礬液投加到水池中（用計量泵投加）。為保證礬液的連續(xù)供應(yīng)，在工作池礬液低于停止投加液位設(shè)定值時，停止該池的投加，改用備用池投加，于是存在工作池與礬池的切換。以上工作及礬液的配比計算，相應(yīng)故障診斷報警都是由自動加礬子系統(tǒng)完成。

2.1.2 自動配礬子系統(tǒng)的計算

配礬子系統(tǒng)需要完成兩類計算：一是波美度與配比濃度的的換算；二是配礬比計算。

1．波美度與百分比濃度換算

對于礬液來說，一般用波美度來表示濃度，這就要進行濃度換算。一般有如 下公式：

假設(shè)某礬液質(zhì)量百分比濃度為a,其中水的質(zhì)量為X，礬的質(zhì)量為Y，則有

2．配礬比計算

配礬其實就是在礬池原礬液基礎(chǔ)上，配加一定濃度的高濃度礬液和水，使礬液濃度達到投加要求，以保證加藥質(zhì)量。

因此，配礬比計算實際上就是計算出加濃礬深度和配礬深度。如圖2.1 所示。

第二篇：變電站綜合自動化通信系統(tǒng)研究

新一代變電站通信系統(tǒng)研究綜述

摘要：介紹了變電站自動化系統(tǒng)中通信網(wǎng)絡(luò)的作用、通信網(wǎng)絡(luò)的性能要求、網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)模式和網(wǎng)絡(luò)通信體系及報文分類，主要探討了分層式變電站自動化系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)方案選擇和設(shè)計過程中需要遵循的原則，給出了電壓等級和復雜程度不同的變電站自動化系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)的具體方案。

關(guān)鍵字：變電站自動化

;通信技術(shù)

;嵌入式以太網(wǎng)

0 引言

隨著計算機技術(shù)和通信技術(shù)的發(fā)展，尤其是網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用，變電站自動化系統(tǒng)在通信技術(shù)的推動下發(fā)展成為典型的分層分布式結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)一般分為 3層:變電站層、間隔層和過程層。其中, 過程層包含變電站內(nèi)的生產(chǎn)過程設(shè)施, 如變壓器、斷路器及其輔助接點、電流和電壓互感器等, 主要負責現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集、提供 I /O 接口等;間隔層包含測量和控制單元, 負責該單元線路或變壓器的參數(shù)測量和監(jiān)控, 斷路器的控制和連鎖等。變電站層包含全站性的監(jiān)控主機,通信及控制主機, 實現(xiàn)管理等功能的工程師站[1]。

變電站自動化系統(tǒng)的通信任務(wù)一方面是實現(xiàn)站內(nèi)通信功能, 完成對全站一、二次設(shè)備和裝置運行情況的數(shù)據(jù)信息采集和控制命令的傳輸;另一方面完成與上級調(diào)度或集控中心的通信, 向上傳送變電站運行的實時信息, 接收和執(zhí)行上級下達的控制命令。由于數(shù)據(jù)通信的重要性, 可靠的通信成為系統(tǒng)的技術(shù)核心, 加上變電站的特殊環(huán)境和系統(tǒng)要求, 對變電站自動化系統(tǒng)的通信提出了以下要求: 快速的實時響應(yīng), 即變電站自動化系統(tǒng)要求及時地傳輸現(xiàn)場的實時運行信息和操作控制信息, 在電力工業(yè)標準中對系統(tǒng)都有嚴格的實時性指標, 網(wǎng)絡(luò)必須很好地保證數(shù)據(jù)通信的實時性;高可靠性和抗干擾性, 即變電站內(nèi)通信環(huán)境惡劣, 干擾嚴重, 網(wǎng)絡(luò)的故障和非正常工作會影響整個系統(tǒng)的運行。因此, 變電站自動化系統(tǒng)的通信系統(tǒng)必須保證很高的可靠性。

1.通信在變電站綜合自動化系統(tǒng)中的作用

通信技術(shù)的發(fā)展使變電站自動化系統(tǒng)較以往控制模式產(chǎn)生了巨大的變化，由早期集中式微機控制系統(tǒng)發(fā)展為分層分布式的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，從而達到：（1）實現(xiàn)變電站無人值班或少人值班。（2）不僅完成變電站遙控、遙調(diào)、遙信、遙測的功能，而且主站可以通過通道傳送圖像信號，實現(xiàn)遙視功能。（3）數(shù)據(jù)傳輸更快，實時性更強。（4）系統(tǒng)工作可靠性高，間隔層與變電站層只通過通信網(wǎng)連接，任一層設(shè)備故障，不影響其它設(shè)備正常運行。（5）靈活性高，網(wǎng)上增加或減少觸點非常方便。

由于數(shù)據(jù)通信在變電站綜合自動化系統(tǒng)內(nèi)的重要性，經(jīng)濟可靠的數(shù)據(jù)通信成為系統(tǒng)的技術(shù)核心，而由于變電站的特殊環(huán)境和綜合自動化系統(tǒng)的要求，使變電站綜合自動化系統(tǒng)內(nèi)的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)具有以下特點和要求：（1）快速的實時響應(yīng)能力。變電站綜合自動化系統(tǒng)的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)要及時地傳輸現(xiàn)場的實時運行信息和操作控制信息，在電力工業(yè)標準中對系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳送都有嚴格的實時性指標，因此網(wǎng)絡(luò)必須很好地保證數(shù)據(jù)通信的實時性。（2）很高的抗干擾性能及可靠性。變電站內(nèi)通信環(huán)境惡劣，干擾嚴重，而電力系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)的故障和非正常工作會影響整個變電站綜合自動化系統(tǒng)的運行，因此，變電站綜合自動化系統(tǒng)得通信子系統(tǒng)必須保證很高的可靠性[2]。

2.通信網(wǎng)絡(luò)的性能要求及結(jié)構(gòu)模式

變電站自動化系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)是影響整個系統(tǒng)性能的重要因素。變電站自動化系統(tǒng)對內(nèi)部信息數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶崟r性、可靠性要求很高；另外，由于分期建設(shè)、設(shè)備改造、功能升級等原因，通信網(wǎng)絡(luò)還必須具備很好的兼容性、開放性和靈活性。在1997年8月國際大電網(wǎng)會議上，WG34.03工作組提出了變電站站內(nèi)通信網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)臅r間要求：(1)設(shè)備層和間隔層之間、間隔層內(nèi)各設(shè)備之間、間隔層各間隔單元之間為100ms；(2)間隔層和變電站層之間為10000ms；(3)變電站層各設(shè)備之間、變電站和控制中心之間為1000ms；(4)各層之間的數(shù)據(jù)流峰值為：設(shè)備層和間隔層之間數(shù)據(jù)流大概為250 kb/s，取決于模擬量的采樣速度，間隔層各單元之間數(shù)據(jù)流約為60 kb/s或130 kb/s，取決于是否采用分布母線保護；間隔層和變電站層之間及其他鏈路之間數(shù)據(jù)流大概在100 kb/s及以下。

長期以來變電站自動化的通信較多地采用串行總線，近年來現(xiàn)場總線在變電站自動化通信中的應(yīng)用取得了巨大的成功。變電站自動化系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)一般是基于以太網(wǎng)／總線的分層的拓撲結(jié)構(gòu)，通信技術(shù)主要有RS-422/485、CAN總線、LonWorks網(wǎng)、以太網(wǎng)等。隨著計算機和通信技術(shù)的進步，系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化和體系開放性成為發(fā)展的趨勢，以太網(wǎng)技術(shù)正被引入變電站自動化系統(tǒng)過程層的采集、測量單元和間隔層的保護、控制單元中，構(gòu)成基于以太網(wǎng)的分層式變電站自動化通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，尤其是嵌入式以太網(wǎng)技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用越來越廣泛[3]。

3．網(wǎng)絡(luò)通信體系及報文分類

IEC TC57 按照變電站自動化系統(tǒng)所要完成的測量、控制和保護三大功能從邏輯上將系統(tǒng)分為3層，即變電站層、間隔層和過程層，并定義了9 種邏輯接口。如下圖1 所示：④⑤用于過程層和間隔層之間通信，①③⑥⑨用于間隔層內(nèi)部及與變電站層的通信，⑧是間隔層之間通信。對于該網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，決不是短期內(nèi)就可以實現(xiàn)的，它需要電力一次、二次設(shè)備生產(chǎn)商共同努力才能實現(xiàn)。針對目前的情況，一次設(shè)備的智能化雖然已有學者開展研究，但還沒有帶網(wǎng)絡(luò)接口的產(chǎn)品出現(xiàn)，所以建議采用兩種漸進的方式，首先過程層仍采用硬線連接，而間隔和廠站采用以太網(wǎng)通信，另外可在一次設(shè)備和二次設(shè)備之間加入智能I/O 單元，來實現(xiàn)接口④⑤[4]。

變電站層①③⑥⑨⑧間隔層間隔層間隔層④⑤④⑤④⑤過程層過程層過程層

圖1 基于以太網(wǎng)的變電站自動化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

定義了7 種類型報文，即：快速報文、中速報文、低速報文、原始數(shù)據(jù)報文、文件傳輸報文、時間同步報文和具有訪問控制的命令報文。通過分析和研究，筆者從時域的角度，把上述變電站自動化系統(tǒng)中7 種類型的報文分為3 種類型通信：周期性通信、隨機性通信、突發(fā)性通信。（1）周期性通信原始數(shù)據(jù)報文屬于周期性通信，主要是過程層通過接口④，周期性地向間隔層傳遞過程采樣數(shù)據(jù)。根據(jù)設(shè)定采樣頻率的不同，傳輸一般要求在3ms 或10ms 內(nèi)完成。（2）隨機性通信低速報文、文件傳輸報文、時間同步報文和具有訪問控制的命令報文屬于隨機性通信，這類通信一般符合負指數(shù)分布，傳送報文的數(shù)據(jù)量大，但時間稍寬松。（3）突發(fā)性通信快速報文、中速報文屬于突發(fā)性通信，報文數(shù)量少，但時限要求高。

4.通信控制器模式

通信控制器模式又稱為4層模式，在這種模式中變電站自動化系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)共分為4個層次：過程層、間隔層、通信控制層、變電站層，如圖2所示。在四層結(jié)構(gòu)中，變電站層和通信控制層一般采用以太網(wǎng)通信，過程層和間隔層采用RS-422/485、CAN總線、LonWorks網(wǎng)。這種結(jié)構(gòu)通過通信控制器可以快速實現(xiàn)站內(nèi)網(wǎng)絡(luò)通信，成本較低，早期應(yīng)用非常廣泛，目前仍在許多低壓變電站和少量220 kV及以上高壓變電站當中應(yīng)用[5]。但是當間隔層設(shè)備較多時通信控制器就會成為影響系統(tǒng)性能的瓶頸，雖然可以通過雙通信控制器來改善，仍然難以克服通信故障率增加、效率降低等問題。監(jiān)控機1站控層監(jiān)控機2 監(jiān)控機m...遠方調(diào)度以太網(wǎng)通信控制層值班通信控制器備用通信控制器RS232、RS485或現(xiàn)場總線間隔層智能電子裝（IED）...智能電子裝置（IED)過程層一次設(shè)備

圖2通信控制器結(jié)構(gòu)框圖

4.1 嵌入式以太網(wǎng)在變電站自動化系統(tǒng)中的應(yīng)用模式[6] 嵌入式以太網(wǎng)作為變電站自動化系統(tǒng)的內(nèi)部通信網(wǎng)絡(luò), 有2 種應(yīng)用模式:①每個智能電子裝置(IED)配置1個嵌入式以太網(wǎng)接口,每個IED作為一個以太網(wǎng)節(jié)點直接連到以太網(wǎng)上;②幾個IED通過RS485,MODBUS 或現(xiàn)場總線等方式連在一起,然后用嵌入式以太網(wǎng)接口作為一個以太網(wǎng)節(jié)點連到以太網(wǎng)上。從國外的應(yīng)用情況來看, 這2種應(yīng)用模式分別以GE 公司的GESA系統(tǒng)和GE-Harris 公司的PowerComm 系統(tǒng)為代表。在選擇嵌入式以太網(wǎng)應(yīng)用模式時, 本文主要考慮了如下因素:①超高壓變電站系統(tǒng)的二次系統(tǒng)一般都是基于間隔(bay)設(shè)計的;②超高壓變電站自動化系統(tǒng)內(nèi)部通信網(wǎng)的可靠性要求很高, 要求可方便地構(gòu)成雙網(wǎng)結(jié)構(gòu);③成本問題;④產(chǎn)品向下兼容性問題?；谝陨峡紤], 本文提出了以太網(wǎng)與LonWork s現(xiàn)場總線相結(jié)合的方案。如圖3所示。

變電站層后臺機工程師站遠方機10Mbit/s以太網(wǎng)監(jiān)控網(wǎng)1 10Mbit/s以太網(wǎng)監(jiān)控網(wǎng)210Mbit/s以太網(wǎng)錄波網(wǎng) 間隔層測量單元1...測量單元n設(shè)備層裝置11...1間隔層裝置1n...裝置n1...間隔層n裝置nn 圖3 以太網(wǎng)與LonWorks 網(wǎng)相結(jié)合的系統(tǒng)方案配置

以間隔為單元, 將站內(nèi)通信網(wǎng)設(shè)計為2 層, 間隔以上用10Mbit/s嵌入式以太網(wǎng)構(gòu)成站內(nèi)通信的主干網(wǎng)絡(luò), 該網(wǎng)絡(luò)負責后臺機、遠動機等PC 機和各間隔進行通信。在間隔內(nèi)部用LonWorks現(xiàn)場總線把各保護裝置連在一起。LonWorks網(wǎng)上的信息通過間隔層的測控單元上傳到主干網(wǎng)上。測控單元是整個方案的核心和關(guān)鍵。測控單元完成兩大功能: 通信功能和測控功能。這種方案實際上將嵌入式以太網(wǎng)與LonWorks現(xiàn)場總線技術(shù)相結(jié)合, 發(fā)揮了各自的優(yōu)勢。底層的各種保護設(shè)備可不做任何改動, 保持了產(chǎn)品的向下兼容性。

新型通信網(wǎng)絡(luò)與CSC2000系統(tǒng)原有網(wǎng)絡(luò)相比,具有以下一些優(yōu)點:①網(wǎng)絡(luò)帶寬資源大大增加;②故障錄波數(shù)據(jù)上傳速度大大加快;③易于與PC機接口;④易于與廣域網(wǎng)相連。

5.通信網(wǎng)絡(luò)方案選擇[7] 網(wǎng)絡(luò)通信方案是構(gòu)成變電站自動化系統(tǒng)至關(guān)重要的環(huán)節(jié)，由于變電站的特殊環(huán)境和自動化系統(tǒng)的要求，并且受到性能、價格、硬件、軟件、用戶策略等諸多因素的影響，其通信網(wǎng)絡(luò)方案的選擇很難一概而論，不同類型的變電站對自動化系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)有不同的要求，變電站自動化系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)通信方案選擇和設(shè)計應(yīng)遵循下列基本原則：通信網(wǎng)絡(luò)具有合理的分層式結(jié)構(gòu)；各層之間和層內(nèi)選擇適當?shù)耐ㄐ欧绞?；高可靠性和快速實時響應(yīng)能力；優(yōu)良的電磁兼容性能?；谝陨匣驹瓌t，給出電壓等級和復雜程度不同的變電站自動化系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)方案。

(1)低壓變電站通信網(wǎng)絡(luò)

對于35 kV變電站和110kV的終端變電站可采用RS-422/485的總線結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)；若規(guī)模較大時則應(yīng)考慮選擇CAN總線、LonWorks網(wǎng)等現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)。RS-422/485串口傳輸速率在1km內(nèi)可達100kb/s，RS-422為全雙工，RS-485為半雙工，訪問方式為主從問答式。RS-422/485網(wǎng)絡(luò)的缺點是接點數(shù)目較少，不易實現(xiàn)多主冗余，通信有瓶頸問題，還有信號反射、中間節(jié)點問題。

(2)中壓變電站通信網(wǎng)絡(luò)

中型樞紐110kV變電站的多主冗余要求和節(jié)點數(shù)量增加使RS-422/485難以勝任。CAN總線、LonWorks網(wǎng)一般可以勝任。500 m時LonWorks網(wǎng)傳輸速率可達1 Mb/s，LonWorks網(wǎng)在監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)節(jié)點異常時可使該節(jié)點自動脫網(wǎng)，媒介訪問方式LonWorks網(wǎng)為載波監(jiān)聽多路訪問/沖撞檢測(CSMA/CD)方式，內(nèi)部通信遵循Lon Talk協(xié)議，LonWorks網(wǎng)為無源網(wǎng)絡(luò)，脈沖變壓器隔離，抗電磁干擾能力很強，重要信息有優(yōu)先級。CAN總線是是一種多主總線，通信介質(zhì)可以是雙絞線、同軸電纜或光纖，在小于40 m時通信速率可達l Mb/s。

CAN總線的一大特點是廢除了傳統(tǒng)的站地址編碼，而對通信數(shù)據(jù)塊進行編碼。采用這種方法的優(yōu)點可使網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點數(shù)在理論上不受限制，數(shù)據(jù)塊的標識碼可由11位或29位二進制數(shù)組成，數(shù)據(jù)段長度最多為8個字節(jié)，可滿足工業(yè)領(lǐng)域中控制命令、工作狀態(tài)及測試數(shù)據(jù)的一般要求，8字節(jié)不會占用總線時間過長，保證了數(shù)據(jù)通信的實時性。

(3)高壓及超高壓變電站通信網(wǎng)絡(luò)

220kv及以上變電站節(jié)點數(shù)目多，站內(nèi)分布成百上千個CPU，數(shù)據(jù)信息流大，對速率指標要求高(要求速率130kb/s)，現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)的實時性、帶寬和時間同步指標會力不從心，應(yīng)當考慮基于以太網(wǎng)的通信網(wǎng)絡(luò)。以太網(wǎng)為總線式拓撲結(jié)構(gòu)，采用CSMA/CD介質(zhì)訪問方式，物理層和鏈路層遵循IEEE802.3協(xié)議，應(yīng)用層采用TCP／IP協(xié)議,傳輸速率高達10Mb/s，可容納1024個節(jié)點，距離可達2.5km。

由以上分析可見，具體采用何種方案應(yīng)當在遵循有關(guān)基本原則的基礎(chǔ)上根據(jù)變電站的電壓等級、具體情況、成本等因素綜合考慮。

6.結(jié)論

在設(shè)計變電站自動化系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)方案的過程中，應(yīng)遵循變電站自動化系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)計的基本原則，結(jié)合實際情況選擇適當?shù)木W(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和通信技術(shù)，針對不同電壓等級和復雜程度的變電站有著不同的解決方案。在本文中提到基于嵌入式以太網(wǎng)的變電站自動化通信網(wǎng)絡(luò)。這也是未來發(fā)展的趨勢，為了實現(xiàn)變電站自動化通信系統(tǒng)更好的開放性、魯棒性和互操作性，對基于嵌入式以太網(wǎng)的變電站自動化通信網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)先級和實時性等問題需要重點考慮。

7.文獻資料

[1]王晨皓.現(xiàn)場總線技術(shù)及其在變電站自動化中的應(yīng)用[J].河科學,2004,22(6):859-862.[2]李靜,于文斌.以太網(wǎng)在變電站自動化系統(tǒng)通信中的應(yīng)用[J].電力自動化設(shè)備，2006,7.[3]任雁銘,操豐梅,秦立軍等.基于嵌入式以太網(wǎng)的變電站自動化系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)[J].電力系統(tǒng)自動化,200l,25(17):36-38．

[4]孫軍平,盛萬興等.新一代變電站自動化網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)研究[J].中國電機工程學報，2003,3(23):16-19.[5]王海峰,丁杰．對變電站內(nèi)若干網(wǎng)絡(luò)通信問題的探討[J].電網(wǎng)技術(shù),2004,28(24)：65-68,73．

[6]任雁銘,秦立軍,楊奇遜.變電站自動化系統(tǒng)中內(nèi)部通信網(wǎng)的研究[J].電網(wǎng)技術(shù),2000, 24(5).[7]王飛,劉洪才,潘立冬.分層式結(jié)構(gòu)變電站自動化通信系統(tǒng)研究綜述[J].華北電力大學學報,2007,34(1):22-25.

第三篇：關(guān)于商業(yè)銀行內(nèi)部控制的系統(tǒng)研究

關(guān)于商業(yè)銀行內(nèi)部控制的系統(tǒng)研究

關(guān)鍵詞商業(yè)銀行；內(nèi)部控制；系統(tǒng)研究

本文試圖運用系統(tǒng)論的思想和方法來分析和研究商業(yè)銀行內(nèi)部控制中的問題

（一）商業(yè)銀行內(nèi)部控制是銀行為保護資產(chǎn)防范金融風險增進會計數(shù)據(jù)的真實性和可信性提高經(jīng)營效益貫徹執(zhí)行高層管理者所制定的各項管理政策而在銀行內(nèi)部所采取的組織規(guī)則和一系列調(diào)節(jié)方法與措施商業(yè)銀行內(nèi)部控制系統(tǒng)好比人體中的神經(jīng)系統(tǒng)貫穿滲透到銀行經(jīng)營管理的各個部位它是一個

是由相互作用、相互依賴的兩個子系統(tǒng)集合而成的具有特定功能的有機整體商業(yè)銀行內(nèi)部控制系統(tǒng)（以下有時簡稱系統(tǒng)）具有以下特征

一、整體性商業(yè)銀行內(nèi)部控制系統(tǒng)是一個合乎規(guī)律、由管理控制和會計控制兩個子系統(tǒng)及其單元組成的有機整體整體性是系統(tǒng)最基本的屬性是研究和分析系統(tǒng)的基本出發(fā)點在研究系統(tǒng)時各組成部分簡單疊加并不能說明系統(tǒng)的整體性質(zhì)和功能而是必須了解各組成部分之間的全部內(nèi)在關(guān)系后才能推出整體的運動規(guī)律對局部的研究必須放在整體中從和整體的各個部分的聯(lián)系、制約中去加以研究

二、運動性商業(yè)銀行內(nèi)部控制系統(tǒng)時刻處在不斷運動之中一方面和外部時刻進行著信息的交換同時系統(tǒng)內(nèi)部的信息又在不斷地變化、不斷地流動之中這種不斷的運動既是對原平衡態(tài)的背離也是其存在的方式系統(tǒng)的運動和控制是分不開的控制和信息又是分不開的商業(yè)銀行內(nèi)控系統(tǒng)采取閉環(huán)控制方式通過和給定信息（標準和控制目標也是一種信息）的比較當出現(xiàn)偏離信號時系統(tǒng)就會確定它與控制目標的差距及時反饋給有關(guān)管理者并按照差距采取措施以消除或減少差距這就是控制可見控制是一種在實際結(jié)果偏離標準時所采取的修正行為

三、開放性商業(yè)銀行內(nèi)部控制系統(tǒng)是在一定的經(jīng)濟社會環(huán)境下產(chǎn)生又在特定的外界環(huán)境中存在和發(fā)展外界環(huán)境發(fā)生變化會使以前設(shè)置的系統(tǒng)不再適用系統(tǒng)必須和環(huán)境相適應(yīng)也只有適應(yīng)環(huán)境才能生存和發(fā)展存在就是合理的思想同樣適合商業(yè)銀行的經(jīng)營管理它和環(huán)境不斷進行著信息的交換系統(tǒng)則對信息進行加工轉(zhuǎn)換所以它是一個開放系統(tǒng)從系統(tǒng)的運動性質(zhì)和對環(huán)境的適應(yīng)性看商業(yè)銀行內(nèi)部控制系統(tǒng)是一個耗散結(jié)構(gòu)系統(tǒng)因為它是靠不斷“耗散”環(huán)境中的信息來達到自我否定自我更新自我發(fā)展的

四、層次性商業(yè)銀行內(nèi)部控制系統(tǒng)可分四個層次第一層次就是商業(yè)銀行內(nèi)部控制母系統(tǒng)第二層次由二個分系統(tǒng)組成它們是管理控制分系統(tǒng)和會計控制分系統(tǒng)第三層次是分

系統(tǒng)下眾多的子系統(tǒng)a.管理控制分系統(tǒng)中有各種業(yè)務(wù)經(jīng)營組織方案；各種資產(chǎn)收付保管制度和維護制度及同保護資產(chǎn)有關(guān)的人員職責規(guī)定如現(xiàn)金、重要空白憑、有價單證；與最高層次管理部門在決定交易授權(quán)方針時有關(guān)的程序和記錄等管理控制分系統(tǒng)包括信貸、結(jié)算、存款、信用卡、保函和外匯買賣等業(yè)務(wù)的內(nèi)控子系統(tǒng)b.會計管理控制分系統(tǒng)有健全的會計組織；為確保會計記錄的正確性和可靠性而制定的各種制度、手續(xù)和辦法；為確保資金正確運用、利潤合理分配而制定的計劃與程序會計管理分系統(tǒng)包括聯(lián)行、清算、出納等業(yè)務(wù)的內(nèi)控子系統(tǒng)第四層次是子系統(tǒng)下眾多的縱橫交錯的單元和元素組成子系統(tǒng)的各單元和元素往往也是一個相對獨立的控制支系統(tǒng)如存款內(nèi)控中有存取款帳務(wù)控制、掛失控制、事后監(jiān)督控制等它們之間是按一定方式相互聯(lián)系、相互作用、相互制約的關(guān)系組成系統(tǒng)單元和元素的是業(yè)務(wù)流水線上的各個業(yè)務(wù)點稽核人員關(guān)心的是控制過程中那些控制點尤其是關(guān)鍵控制點的情況

五、目的性商業(yè)銀行內(nèi)部控制系統(tǒng)功能是防范金融風險提高銀行的有效經(jīng)營它的目的就是保證有效地貫徹管理層制定的經(jīng)營目標和方針；保護銀行資產(chǎn)的安全和有效運用

防風險于未然；確保會計記錄和財務(wù)資料的正確性和可靠性；保持管理和經(jīng)營工作的高效率

（二）在研究商業(yè)銀行內(nèi)部控制系統(tǒng)要素的結(jié)構(gòu)問題時應(yīng)明確二種系統(tǒng)思想第一、結(jié)構(gòu)決定系統(tǒng)功能的思想系統(tǒng)是一系列相互有關(guān)的單元、元素為達到特定的目的而構(gòu)成的完整綜合體結(jié)構(gòu)是構(gòu)成系統(tǒng)的具體形式；是系統(tǒng)內(nèi)部各單元的排列組合的方式；是系統(tǒng)性質(zhì)和數(shù)量的集中表現(xiàn)只有依靠結(jié)構(gòu)才能將孤立的眾多單元組成一個整體；只有以結(jié)構(gòu)為中介單元的屬性與功能才能變?yōu)橄到y(tǒng)的整體功能兩個子系統(tǒng)及每個單元的性能雖好但組成子系統(tǒng)的單元、元素結(jié)構(gòu)不合理同樣會導致系統(tǒng)整體效能降低；反之既是單元性能不盡完善但結(jié)構(gòu)合理系統(tǒng)也同樣可取得良好的性能所以系統(tǒng)的總體效應(yīng)取決于結(jié)構(gòu)第二、整體大于各部分的簡單總和的思想這是兩千多年前亞里士多德的著名論點它在現(xiàn)代商業(yè)銀行內(nèi)部控制系統(tǒng)中仍有重要的指導意義組成內(nèi)部控制系統(tǒng)的單元、元素不

是單獨地發(fā)揮作用孤立地機械地加起來并不能說明系統(tǒng)整體功能而是整體地由許多分支控制系統(tǒng)及其控制點有機地結(jié)合起來通過實現(xiàn)控制點的控制目標來實現(xiàn)系統(tǒng)的整體目標

構(gòu)成商業(yè)銀行內(nèi)部控制系統(tǒng)的要素有

一、邏輯上合理的組織結(jié)構(gòu)銀行的組織結(jié)構(gòu)是對銀行經(jīng)營進行計劃、指揮和控制的組織基礎(chǔ)它的基本思路是對不相容職務(wù)進行分離其核心是進行合理的職責分工包括經(jīng)濟業(yè)務(wù)處理的分工即一項業(yè)務(wù)的全過程不應(yīng)由一人或一個部門單獨處理如信貸業(yè)務(wù)實行審貸分離來實現(xiàn)權(quán)力的制衡；資產(chǎn)記錄與保管的分工及各職能部門具有相對獨立性

二、有效健全的會計結(jié)構(gòu)包括第一是可靠的內(nèi)部憑證制度內(nèi)部憑證的基本要求是種類齊全、內(nèi)容完整、連續(xù)編號種類齊全要求銀行一切經(jīng)濟活動都要通過憑證來反映內(nèi)容

完整要求設(shè)計各類憑證式樣時不僅能全面反映特定經(jīng)濟業(yè)務(wù)還要能反映出幾個部門共同處理一項業(yè)務(wù)的情況；連續(xù)編號可對已發(fā)出號碼加以控制銀行的重要憑證、有價單證必須采用此種方法來控制第二是完整的簿記制度這是在可靠的內(nèi)部憑證制度基礎(chǔ)上建立賬簿和報表制度第三是嚴格的核對制度包括憑證之間、憑證和賬簿、賬簿之間、賬簿和報表之間的核對做到證、賬、表三相符此外還有合理的會計程序科學的預測算制度和盤點制度

三、獨立的內(nèi)部稽核機構(gòu)內(nèi)部稽核機構(gòu)在銀行內(nèi)須保持較大程度的獨立性應(yīng)隸屬總行其職能是稽查、復核和評價各分支機構(gòu)執(zhí)行指定職責的效率并向總行報告對情況的判定銀行稽核部門不應(yīng)負責執(zhí)行日常的控制程序也不從事對有關(guān)會計事項的日常復核工作而應(yīng)是提供較高層次的內(nèi)部控制它的目的不是驗證財務(wù)報表而是協(xié)助行長達成最有效的經(jīng)營管理

四、用人政策無論內(nèi)部控制設(shè)計得如何完善若沒有

稱職的人去執(zhí)行也不能發(fā)揮作用有制度而不執(zhí)行比沒有制度更可怕的說法不能說沒有一定的道理即使很有效的內(nèi)部控制也可能因執(zhí)行人員的錯誤理解、粗心大意而失靈一旦負有不同職責的職員共謀串通作案也會使內(nèi)部控制失去效果銀行部門的負責人濫用職權(quán)對設(shè)置的內(nèi)部控制不置理也會使內(nèi)部控制形同虛設(shè)特別是對高級管理人員的舞弊行為更顯得無能為力所以人是商業(yè)銀行內(nèi)部控制系統(tǒng)的決定要素銀行的用人政策直接影響到內(nèi)部控制的有效性有效的用人政策通常能彌補內(nèi)部控制的不足筆者一貫主張作為銀行的一分子無論在什么崗位忠誠和少欲是一條基本的要求少欲者適合在銀行工作少欲又有才干者方可委以重任厚道又會辦事的人可以重用

五、（三）

商業(yè)銀行內(nèi)部控制系統(tǒng)通常要貫徹以下基本原則

一、牽制原則表現(xiàn)在各子系統(tǒng)及其單元之間具有相互關(guān)聯(lián)、相互制約的關(guān)系基本思路是一項業(yè)務(wù)的全過程要避免由一個人或一個部門單獨處理商業(yè)銀行的所有業(yè)務(wù)均可劃分為授權(quán)、主辦、批準、執(zhí)行、記錄和核對六個步驟每一步驟應(yīng)由一個相對獨立的人員或部門來完成任何人和部門都不得在未經(jīng)其他職員或部門復核和記錄的情況下單獨進行一項業(yè)務(wù)這就是所謂的“四眼”原則在這些步驟中各有關(guān)人員或部門要各司其職不得混淆如授權(quán)與批準必須分開；審批與執(zhí)行必須分開審批人不得兼執(zhí)行；執(zhí)行與記錄必須分開執(zhí)行經(jīng)濟業(yè)務(wù)和保管實物的人員或部門不得兼管會計記錄兩者之間要有專人定期核對

二、責任原則商業(yè)銀行所有業(yè)務(wù)必須按規(guī)定程序和標準進行有關(guān)人員要明確各自的權(quán)限和應(yīng)承擔的責任沒有責任的權(quán)力和沒有制約的權(quán)力一樣必然會導致職員濫用職權(quán)內(nèi)控系統(tǒng)就會形同虛設(shè)從而達不到預期的效果責任原則的基本要求是獎罰分明對違反規(guī)定程序的人必須得到懲罰偏離標準的事必須得到糾正造成損失的要賠償如信貸內(nèi)控中一筆款貸出去要明確第一責任人和第二責任人到期收不回來相關(guān)責任人要承擔相應(yīng)的經(jīng)濟和法律上的責任

三、協(xié)調(diào)原則這是由系統(tǒng)的基本特征——整體性決定的由于商業(yè)銀行內(nèi)部控制系統(tǒng)不是各部分的簡單疊加而是一個有機的整體所以各內(nèi)控子系統(tǒng)之間要相互照應(yīng)步調(diào)一致圍繞一個共同目標去運作商業(yè)銀行內(nèi)部控制系統(tǒng)應(yīng)是相互牽制和相互協(xié)調(diào)的統(tǒng)一體

四、效益原則即實施某項內(nèi)控程序的支出應(yīng)小于因舞弊和錯誤所造成的可能損失如果建立或?qū)嵤┠稠梼?nèi)控系統(tǒng)的成本過大而相對獲得的效益較小時此項內(nèi)控就顯得沒有意義一般應(yīng)放棄或重新去設(shè)置和實施這項內(nèi)控商業(yè)銀行的性質(zhì)決定了商業(yè)銀行內(nèi)控系統(tǒng)必須是低耗高效的系統(tǒng)

第四篇：變電站綜合自動化系統(tǒng)研究

變電站綜合自動化系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計

劉欣宇

（開灤荊各莊礦業(yè)公司

河北唐山

063026）

摘要

隨著計算機技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，變電站綜合自動化技術(shù)也得到高速發(fā)展。變電站綜合自動化技術(shù)實際上是利用計算機技術(shù)、現(xiàn)代通信技術(shù)，對變電站內(nèi)的二次設(shè)備（包括繼電保護、控制、測量、信號、故障濾波、自動裝置及遠動裝置等）的功能進行重新組合、優(yōu)化設(shè)計，對變電站全部設(shè)備的運行情況執(zhí)行監(jiān)視、測量、控制和協(xié)調(diào)的一種綜合性的自動化系統(tǒng)。它的出現(xiàn)為變電站的小型化、智能化、擴大設(shè)備的監(jiān)控范圍、提高變電站安全可靠、優(yōu)質(zhì)和經(jīng)濟運行提供了現(xiàn)代化的手段和基礎(chǔ)保證。它的運用取代了運行工作中的各種人工作業(yè)，從而提高了變電站的運行管理水平。

【關(guān)鍵詞】

自動化

優(yōu)化設(shè)計

智能化

第一章、緒

論

變電站綜合自動化技術(shù)實際上是利用先進的計算機技術(shù)、現(xiàn)代電子技術(shù)、通信技術(shù)，對變電站內(nèi)的二次設(shè)備（包括繼電保護、控制、測量、信號、故障濾波、自動裝置及遠動裝置等）的功能進行重新組合、優(yōu)化設(shè)計，對變電站全部設(shè)備的運行情況執(zhí)行監(jiān)視、測量、控制和協(xié)調(diào)的一種綜合性的自動化系統(tǒng)。通過變電站綜合自動化系統(tǒng)內(nèi)各設(shè)備間相互交換信息，數(shù)據(jù)共享，完成變電站運行監(jiān)視和控制任務(wù)。變電站綜合自動化替代了變電站常規(guī)二次設(shè)備，簡化了變電站二次接線。1.1發(fā)展變電站綜合自動化的必要性及意義

變電站作為整個電網(wǎng)中的一個節(jié)點，擔負著電能傳輸、分配的監(jiān)測、控制和管理的任務(wù)。變電站的繼電保護、監(jiān)控自動化系統(tǒng)是保證上述任務(wù)完成的基礎(chǔ)，變電站自動化是電網(wǎng)自動系統(tǒng)的一個重要組成部分。另外，隨著電網(wǎng)規(guī)模不斷擴大，新增大量的發(fā)電廠和變電站，使得電網(wǎng)結(jié)構(gòu)日趨復雜，這樣就要求各級電網(wǎng)調(diào)度值班人員掌握、管理、控制的信息量也大量增長，電網(wǎng)故障處理和恢復卻要求更為迅速和準確，發(fā)展變電站綜合自動化已經(jīng)是大事所趨，作為變電站自動化系統(tǒng)，它應(yīng)確保實現(xiàn)以下要求；

（1）實時檢測電網(wǎng)故障，盡快隔離故障部分。

（2）采集變電站運行實時信息，對變電站運行進行監(jiān)視、計量和控制。

（3）采集一次設(shè)備運行狀態(tài)數(shù)據(jù)，供維護一次設(shè)備參考。（4）實現(xiàn)當?shù)睾髠淇刂坪途o急控制。（5）確保通信要求。1.2變電站綜合自動化系統(tǒng)狀況

現(xiàn)有的變電站有三種形式：第一種是傳統(tǒng)的變電站；第二種是部分實現(xiàn)微機管理、具有一定自動化水平的變電站；第三種是全面微機化的綜合自動化變電站。我國是從20世紀60年代開始研制變電站自動化技術(shù)，到70年代初，先后研制出了電氣集中控制裝置和集保護、控制、信號為一體的裝置。具有代表性的有：北京四方公司的CSC2000系列綜合自動化系統(tǒng)、南京南瑞集團公司的BSJ—2200計算機監(jiān)控系統(tǒng)、上海惠安PC2000變電站自動化監(jiān)控系統(tǒng)、南京南瑞繼電保護電氣有限公司的RCS—9000系列綜合自動化系統(tǒng)等。

目前變電站綜合自動化技術(shù)在我國的應(yīng)用范圍，由電力系統(tǒng)的主干網(wǎng)、城市供電網(wǎng)、農(nóng)村供電網(wǎng)擴展到企業(yè)供電網(wǎng)；其電壓等級，由當初的35—110KV變電站，向上擴展到200—500KV變電站，向下延伸到10KV乃至0.4KV配電網(wǎng)絡(luò)，幾乎覆蓋到全部供電網(wǎng)絡(luò)。其技術(shù)涉及到自動控制、遠動、通信、繼電保護、測量、計量、在線監(jiān)測、信號及控制等二次系統(tǒng)。

第二章、變電站自動化系統(tǒng)設(shè)計概述

自1987年我國自行設(shè)計、制造的第一個變電站綜合自動化系統(tǒng)投入運行以來，變電站綜合自動化技術(shù)已得到了突飛猛進的發(fā)展，結(jié)構(gòu)體系也不斷完善，技術(shù)日趨成熟。2.1變電站綜合自動化的體系結(jié)構(gòu)

變電站綜合自動化采用自動控制和計算機技術(shù)實現(xiàn)變電站二次 系統(tǒng)的部分或全部功能。為達到這一目的，滿足電網(wǎng)運行對變電站的要求，變電站綜合自動化系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)如圖1所示。

調(diào)度控制中心變電站主計算機系統(tǒng)通信控制管理直流電源數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)與控制電氣計算自動裝置繼電保護輔助設(shè)施系統(tǒng)電量和非電量檢測開關(guān)量信號采集操作控制線路保護主變和電容器保護母線保護圖1 變電站綜合自動化體系結(jié)構(gòu)圖

“數(shù)據(jù)采集和控制”、“繼電保護”、“直流電源系統(tǒng)”三大塊構(gòu)成變電站自動化基礎(chǔ)。“通信控制管理”是橋梁，聯(lián)系變電站內(nèi)部各部分之間、變電站與調(diào)度控制中心之間使其相互交換數(shù)據(jù)?！白冸娬局饔嬎銠C系統(tǒng)”對整個綜合自動化系統(tǒng)進行協(xié)調(diào)、管理和控制，并向運行人員提供變電站運行的各種數(shù)據(jù)、接線圖、表格等畫面，使運行人員可遠方控制斷路器分、合閘操作。“通信控制管理”連接系統(tǒng)各部分，負責數(shù)據(jù)和命令傳遞，并對這一過程進行協(xié)調(diào)、管理和控制。2.2變電站綜合自動化的結(jié)構(gòu)模式

變電站綜合自動化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)模式主要有集中式、集中分布式和分散分布式三種。本次優(yōu)化設(shè)計采用的是分布分散式結(jié)構(gòu)。分布分散式結(jié)構(gòu)系統(tǒng)從邏輯上將變電站自動化系統(tǒng)劃分為兩層，即變電站層和間隔層。

該系統(tǒng)的主要特點是按照變電站的元件，斷路器間隔進行設(shè)計。將變電站一個斷路器間隔所需要的全部數(shù)據(jù)采集、保護和控制等功能集中由一個或幾個智能化的測控單元完成。測控單元可直接放在斷路器柜上或安裝在斷路器間隔附近，相互之間用光纜或特殊通信電纜連接。這種系統(tǒng)代表了現(xiàn)代變電站自動化技術(shù)發(fā)展的趨勢，大幅度地減少了連接電纜，減少了電纜傳送信息的電磁干擾，且具有很高的可靠性，比較好的實現(xiàn)了部分故障不相互影響，方便維護和擴展。分布分散式結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。

打印機運行工作站以太網(wǎng)電網(wǎng)調(diào)度中心操作控制中心通信控制器現(xiàn)場總線保護測控單元1#保護測控單元公用信號單元保護測控單元1#保護測控單元圖2 分布分散式系統(tǒng)框圖分布分散式結(jié)構(gòu)的主要優(yōu)點有；

（1）間隔級控制單元的自動化、標準化使系統(tǒng)適用率較高。（2）包含間隔級功能的單元直接定位在變電站的間隔上。（3）邏輯連接到組態(tài)指示均可由軟件控制。

（4）簡化了變電站二次部分的配置，大大縮小了控制室的面積。（5）簡化了變電站二次設(shè)備之間的連線，節(jié)省了大量連接電纜。（6）分布分散式結(jié)構(gòu)可靠性高、組態(tài)靈活、檢修方便。2.3變電站自動化系統(tǒng)設(shè)計所具有的功能

根據(jù)實際應(yīng)用需要，本次所設(shè)計的變電站自動化系統(tǒng)具有以下主要功能：

一、監(jiān)控子系統(tǒng)的功能

監(jiān)控子系統(tǒng)取代了常規(guī)的測量系統(tǒng)，取代針式儀表；改變常規(guī)的操作機構(gòu)和模擬盤，取代常規(guī)的告警、報警、中央信號、光字牌等；取代常規(guī)的運動裝置等等。監(jiān)控子系統(tǒng)功能有： 1.數(shù)據(jù)采集

數(shù)據(jù)采集有兩種。一種是變電站原始數(shù)據(jù)采集。原始數(shù)據(jù)直接來自一次設(shè)備，如：電壓互感器、電流互感器的電壓和電流信號、變壓器溫度以及斷路器的輔助接點、一次設(shè)備狀態(tài)信號。變電站原始數(shù)據(jù)包括模擬量和開關(guān)量。另一種是變電站自動化系統(tǒng)內(nèi)部數(shù)據(jù)交換或采集，典型的如：電能量數(shù)據(jù)、直流母線電壓信號、保護信號等。

2.數(shù)據(jù)庫的建立與維護

監(jiān)控子系統(tǒng)建立實時數(shù)據(jù)庫，存儲并不斷更新來自I/O單元及通信接口的全部實時數(shù)據(jù)；建立歷史數(shù)據(jù)庫，存儲并定期更新需要保存的歷史數(shù)據(jù)和運行報表數(shù)據(jù)。3.順序事件記錄及事故追憶

順序事件記錄包括；斷路器跳合閘記錄，保護及自動裝置的動作順序記錄，斷路器、隔離開關(guān)、接地開關(guān)、變壓器分接頭等操 作順序記錄，模擬輸入信號超出正常范圍等。事故追憶功能，追憶范圍為事故前1分鐘到事故后2分鐘的所有相關(guān)模擬量值，采樣周期與實時系統(tǒng)采樣周期一致。4.故障記錄 5.操作控制功能

變電站運行人員可通過CRT屏幕對斷路器、允許遠方電動操作操作的隔離開關(guān)和接地開關(guān)進行分、合操作；對變壓器及站用變壓器分接頭位置進行調(diào)節(jié)控制；對補償裝置進行投、切控制，為了防止計算機系統(tǒng)故障時無法操作被控設(shè)備，在設(shè)計時，保留人工直接跳、合閘方式，即操作控制有手動和自動兩種控制方式。6.安全監(jiān)視功能

監(jiān)控系統(tǒng)在運行過程中，對采集的電流、電壓、主變壓器溫度、頻率等量要不斷進行超限監(jiān)視，如發(fā)現(xiàn)超限，立刻發(fā)出告警，同時記錄和顯示越限時間和越限值，另外，還監(jiān)視保護裝置是否失電，自控裝置是否正常。7.人機聯(lián)系功能

（1）CRT顯示器、鼠標和鍵盤是人機聯(lián)系的橋梁。（2）CRT顯示畫面，實時顯示各種技術(shù)數(shù)據(jù)。

（3）輸入數(shù)據(jù)，指輸入電流互感器和電壓互感器變比、保護定值和越限報警定值、自動控制裝置的設(shè)定值、運行人員密碼等。

8.打印功能 9.在線計算及制表功能 10.運行管理功能

運行管理功能包括：運行操作指導、事故記錄檢索、在線設(shè)備管理、操作票開列、模擬操作、運行記錄及交接班記錄等。

二、微機保護系統(tǒng)功能

微機保護系統(tǒng)功能是變電站綜合自動化系統(tǒng)的最基本、最重要的功能，它包括變電站的主要設(shè)備和輸電線路的全套保護：高壓輸電線路保護和后備保護；變壓器的主保護、后備保護；母線保護；低壓配電線路保護；無功補償裝置保護；所用變壓器保護等。

各保護單元，除具備獨立、完整的保護功能外，還具有以下附加功能：

1.具有事件記錄功能。2.具有與系統(tǒng)對時功能。3.具有存儲多種保護定值功能。4.具備就地人機接口功能。5.具備通信功能。6.具備故障自診斷功能。

7.具有滿足保護裝置的快速性、選擇性和靈活性要求。

第三章、變電站自動化系統(tǒng)設(shè)計方案

本設(shè)計采用RCS—9600系列分布變電站綜合自動化系統(tǒng)，此系統(tǒng)是南瑞繼保電氣有限公司為適應(yīng)變電站綜合自動化的需要，在總結(jié)多年從事變電站綜合自動化系統(tǒng)開發(fā)、研究經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，運用新 技術(shù)、新規(guī)約推出的新一代集保護、測控功能于一體的新型變電站自動化系統(tǒng)。實用于高壓和超高壓等級變電站，滿足35—500KV各種電壓等級變電站綜合自動化需要。3.1 RCS—9600系統(tǒng)構(gòu)成

RCS—9600綜合自動化系統(tǒng)整體分三層，即變電站層、通信層、間隔層，硬件主要由保護測控單元、通信控制單元和后臺監(jiān)控系統(tǒng)組成。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖

3、圖4所示

工作站1#打印機1#工作站2#打印機2#以太網(wǎng)通信控制器調(diào)度通信現(xiàn)場總線硬件對時通信控制器保護測控單元電流、電壓開關(guān)信保護測控單元電流、電壓開關(guān)信保護測控單元電流、電壓開關(guān)信保護測控單元電流、電壓開關(guān)信圖3 RCS—9600系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖1

計算機監(jiān)控系統(tǒng)打印機五防工作站以太網(wǎng)電網(wǎng)調(diào)度中心操作控制中心通信控制器保護測控單元1#保護測控單元公用單元保護測控單元1#保護測控單元圖4 9600系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖23.2 RCS—9600后臺監(jiān)控系統(tǒng)一、硬件部分

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)采用雙機配置，其中兩個工作站用于變電站實時監(jiān)控，相互備用。主計算機系統(tǒng)通過兩臺通信控制器與變電站內(nèi)的保護、測量相連接，實現(xiàn)變電站數(shù)據(jù)采集和控制，兩臺通信控制器互為備用，任一臺出現(xiàn)故障，可自動切換，接替故障設(shè)備工作。圖

3、圖4兩種配置軟硬件平臺完全一樣。用戶可隨著變電站規(guī)模的擴大，逐步發(fā)展擴充原有系統(tǒng)。保護測控單元是硬件的主要部分，保護單元主要有交流插件、CPU插件、繼電器出口回路、顯示面板和電源及開入插件等模塊構(gòu)成。RCS—9600系列保護測控單元硬件典型結(jié)構(gòu)如圖5所示。

通信接口液晶顯示面板交流插件板板出口繼電器板交流電壓 輸入交流電流 輸入控制電源手動操作去跳合閘線圈電源與開入板直流電源空接點信號輸入

圖5 保護測控單元硬件結(jié)構(gòu)框圖

二、軟件部分

軟件部分包括WingdowsNT/2000操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫、畫面編輯和應(yīng)用軟件等幾個部分，如圖6所示。

數(shù)據(jù)庫生成器前置實時數(shù)據(jù)庫計算數(shù)據(jù)庫 保 護 操作票歷史數(shù)據(jù)庫事件庫事故追憶庫濾波數(shù)據(jù)庫 畫 面 畫面庫報表曲線報警事件事故追憶濾波畫面編輯器

圖6 監(jiān)空控系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)圖

軟件平臺為WingdowsNT/2000操作系統(tǒng)，提供數(shù)據(jù)庫ANSI標準SQL接口，適用工業(yè)標準的TCP/IP網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成分布網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，采用面向?qū)?象的VC++語言編程，系統(tǒng)具有廣泛的實用性和可移植性。三.保護測控單元裝置

RCS—9600系列保護測控單元主要有：電源自投保護測控單元、變壓器保護測控單元、線路保護測控單元、公用信號測控單元、通信控制單元等組成，完全可以滿足整個電網(wǎng)系統(tǒng)的各類保護需要。電源自投保護裝置適用于圖

7、圖8兩種連接方式，假定兩臺主變壓器分列運行或一臺運行一臺備用。

（1）若正常運行時，一臺主變壓器帶兩段母線并列運行，另一臺備用，采用進線（變壓器）備自投；若正常運行時，兩段母線分列運行，每臺主變壓器各帶一段母線，兩段母線互為備用，采用分段備自投。

（2）若正常運行時，一條進線帶兩段母線并列運行，采用進線備自投；若正常運行時，兩段母線分列運行，每條進線帶一段母線，兩段母線互為備用，采用分段備自投。

號主變號主變

圖7 備自投接線方式1

號進線號進線

圖8備自投接線方式2 以上是電源自投保護測控單元控制原理，其他保護單元在此不做詳細敘述。

第四章、結(jié) 束 語

隨著計算機技術(shù)、電子技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，變電站綜合自動化技術(shù)將得到更快的發(fā)展。未來的變電站自動化系統(tǒng)也將更完善成熟，逐步實現(xiàn)變電站的小型化、智能化、無人職守化、提高變電站安全可靠、優(yōu)質(zhì)和經(jīng)濟運行；提高變電站的運行管理水平，更好的服務(wù)于社會經(jīng)濟建設(shè)。

參考文獻

【1】王遠章、徐繼民等，《變電站綜合自動化現(xiàn)場技術(shù)與運行維護》.第一版.北京.中國電力出版社、2004.9 【2】鄭文波、陽憲惠等，《現(xiàn)場總線技術(shù)綜述》第一版.北京.機械與電子出版社.1997 【3】胡穗延.《全礦井綜合自動化控制系統(tǒng)》，第一版、北京、清華大學出版社、1998 【4】祝龍記、王汝琳等，《變電站分布式智能控制系統(tǒng)》.第一版.北京.工礦自動化.2003 【5】張全元.《工廠供電》.第一版.北京.機械與電子出版社.2003

作者簡介：姓名：劉欣宇，性別：男，29歲，荊各莊礦業(yè)公司機運隊機電副隊長，電氣助理工程師。

第五篇：隧道施工人員自動化信息管理系統(tǒng)研究

隧道施工人員自動化信息管理系統(tǒng)研究

摘 要 國內(nèi)外隧道及地下工程技術(shù)的發(fā)展由于受到對圍巖認識的限制，各種安全技術(shù)遠遠落后于隧道施工技術(shù)的要求，而隧道的“長、大、深、難”的發(fā)展趨向和特點使得隧道施工人員的管理問題越來越突出，實現(xiàn)隧道施工人員自動化信息管理顯得尤為重要。TMIGS系統(tǒng)，是一種較全面的隧道施工人員定位與安全管理系統(tǒng)，隧道施工人員遠程實時定位系統(tǒng)是通過在隧道內(nèi)架設(shè)傳感器，并讓施工人員佩戴感應(yīng)器，進而非常方便地實時確定施工人員在隧道內(nèi)的具體位置，從而更好地對正在施工的隧道進行管理。本文就隧道施工人員自動化信息管理系統(tǒng)的研究做主要分析。

關(guān)鍵詞 隧道 自動化 TMIGS系統(tǒng) 定位 管理。

中圖分類號：TU74 文獻標識碼：A

1隧道施工人員自動化信息管理系統(tǒng)的現(xiàn)狀

隧道施工人員自動化信息管理系統(tǒng)主要以程序或者軟件開發(fā)為核心，目前國內(nèi)有眾多研究人員開展了大量的研發(fā)工作，并取得了很多成果，同時也還存在很多有待完善的地方。

信息管理系統(tǒng)研發(fā)主要設(shè)計系統(tǒng)運行的環(huán)境、系統(tǒng)功能的設(shè)計、系統(tǒng)的可視化功能和預測分析方法等幾個方面，施工檢測信息管理的發(fā)展可以分為早期替代手工計算的計算機數(shù)據(jù)計算與分析、采用數(shù)據(jù)庫進行簡單管理、以GIS（含WebGIS）技術(shù)應(yīng)用為代表的集成多元信息的可視化管理等幾個階段；程序或者軟件應(yīng)用從早期的DOS環(huán)境到當前的Windows等，從單機到網(wǎng)絡(luò)，從二維可視化到三維空間，可以說，檢測信息管理技術(shù)的進步與計算機信息技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用密不可分。本次著重分析TMIGS系統(tǒng)。TMIGS系統(tǒng)概述

TMIGS系統(tǒng)是集人員定位系統(tǒng)、傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)以及語音通訊系統(tǒng)一體，由此實現(xiàn)隧道的完全管理。這個系統(tǒng)通過對隧道內(nèi)移動目標進行非接觸式信息采集處理，實現(xiàn)對隧道施工人員等在不同狀態(tài)下的自動識別從而實現(xiàn)目標的自動化管理的目的，而且系統(tǒng)奮戰(zhàn)設(shè)備和識別卡采用全新的嵌入式微處理器和嵌入式軟件進行設(shè)計，并且采用ZigBee技術(shù)，可實現(xiàn)可靠的全雙工通信，奮戰(zhàn)間自動組網(wǎng)，可以采用悠閑無限結(jié)合的方式傳輸數(shù)據(jù)，系統(tǒng)穩(wěn)定。這個系統(tǒng)主要有監(jiān)控室系統(tǒng)和隧道內(nèi)系統(tǒng)構(gòu)成。

2.1系統(tǒng)構(gòu)成

2.1.1隧道內(nèi)系統(tǒng)

（1）人員識別系統(tǒng)

人員身份自動識別系統(tǒng)，主要應(yīng)用RFID無線射頻技術(shù)進行信息的自動識別。RFID是射頻識別技術(shù)英文（Radio Frequency Identification）的縮寫，它是一項利用射頻信號通過空間耦合（交變磁場或電磁場）實現(xiàn)無接觸信息傳遞并通過所傳遞的信息達到識別目的的技術(shù)。而射頻識別技術(shù)的核心在射頻標簽，閱讀器是根據(jù)射頻標簽的設(shè)計而設(shè)計的。射頻標簽除了具有數(shù)據(jù)存貯量、數(shù)據(jù)傳輸速率、工作頻率、多標簽識讀特征等電學參數(shù)之外，還根據(jù)其內(nèi)部是否需要加裝電池及電池供電的作用而將射頻標簽分為無源標簽（passive）、半無源標簽（semi-passive）和有源標簽（active）三種類型，可以根據(jù)需求選擇射頻標簽的類型，當下我國隧道形式來看，主要選擇半無源標簽，而系統(tǒng)識別方式遠距離主動識別方式，這樣既方便又快捷。在掌子面距離50米左右（保護儀器考慮）的地方設(shè)置一個以及隧道入口處設(shè)置兩個（相距50米），由此保證實時掌控隧道施工人員位置信息。

（2）視頻監(jiān)控系統(tǒng)

視頻監(jiān)控系統(tǒng)，主要用于查看實地情況，也需要在掌子面50米處左右以及隧道入口設(shè)置探頭，作為輔助系統(tǒng)監(jiān)控隧道施工人員定位信息。

（3）語音通訊系統(tǒng)

語音通訊系統(tǒng)，佩戴在隧道施工人員身上以便和監(jiān)控室取得緊急聯(lián)系和監(jiān)控室指揮隧道施工人員撤離等。

2.1.2 監(jiān)控室系統(tǒng)

（1）軟件系統(tǒng)

人員定位管理軟件的功能：實現(xiàn)對隧道內(nèi)施工人員的實時跟蹤、人員定位信息的采集、分析處理、人員管理、實時顯示、數(shù)據(jù)庫存儲、報表打印等功能?？蛇M行隧道內(nèi)施工人員分布查詢、單個員工定位查選、考勤記錄、員工信息管理等等方便又快捷的系統(tǒng)工作，極大地提高了隧道管理的效率。

（2）網(wǎng)絡(luò)共享系統(tǒng)

通過射頻技術(shù)以及視頻監(jiān)控的資料，用電纜傳送到局域網(wǎng)內(nèi)，是遠程客戶端也可以通過網(wǎng)絡(luò)實時監(jiān)控隧道內(nèi)施工人員信息，進而實現(xiàn)遠程監(jiān)控。

2.2系統(tǒng)特點

信號覆蓋強：可根據(jù)隧道內(nèi)實際情況，針對性布置閱讀器以及視頻探頭。

雙向短消息：監(jiān)控室可向隧道內(nèi)所有人員發(fā)出示警消息，施工人員也可緊急呼叫監(jiān)控室。

安全方便：基站具有備用電池，即使停電也能工作24小時，識別卡內(nèi)高能電池可工作1年以上，且信號發(fā)射功率低，對人和儀器無影響，且還防塵防水防撞擊。

穩(wěn)定性強：系統(tǒng)采用ZigBee技術(shù)通信，保證通信正常無干擾。

數(shù)據(jù)顯示：各種考勤統(tǒng)計、施工人員資料等，十分方便。

信息共享：通過網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)遠程監(jiān)控。

2.3 系統(tǒng)提高

應(yīng)該充分運用這個系統(tǒng)，適當增加傳感器接口，以完善豐富這個系統(tǒng)的功能。比如：接入溫度、濕度、粉塵、CO濃度、壓力、應(yīng)力應(yīng)變等預警系統(tǒng)，更加完善地使隧道內(nèi)施工人員的安全得到保證。

參考文獻

[1] 李元梅，靖洪文，王文龍.隧道工程施工監(jiān)測信息管理系統(tǒng)研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢，中國科技論文在線，2011（11）.