水电厂监控系统集成设计与实现

摘 要

当今是互联网时代，信息技术深入工业生产中各个领域。随着社会主义现代化建设，我国经济社会的全面发展，在高速运转的社会背景下对于电能的需求越来越大，因此，国家加大水电工程的开发力度，同时对于电力系统信息化、自动化要求越来越高。本文从水电厂监控系统需求出发，再对水电厂监控系统集成设计与实现进行研究分析。

【关键词】水电厂监控系统 设计 实现

通过监控系统集成设计与实现可以有效提高水电厂的运行效率，可以大大减少人工操作，例如：监盘、抄表等等，原来的这些任务通过监控系统硬件和软件系统就可以全部实现，可以大幅度的缩减员工，对水电厂经济效益、工作效益都会有很大很大程度的提高。由此可见，本文对于水电厂监控系统集成设计与实现的研究非常有意义。

1 水电厂监控系统需求

水电厂监控系统主要是指对电厂中各种设备的运行状态进行采集、处理，主要目的是对其进行保护、调节、控制以及监视。下面对水电厂监控系统需求进行分析介绍。

1.1 功能需求

1.1.1 数据采集

数据采集是水电厂监控系统最基本的需要实现的功能，也是实现水电厂自动化、信息化的基本需求。监控系统中所采集的数据信息具体包括：数字输入出量、模拟输出量、数字输入编码、数字输入累加量以及设备中的命令信息和数据等等。

1.1.2 数据处理

首先，水电厂监控系统需要有模拟数据处理功能，而模拟数据处理主要包括：数据质量码处理、测量上下限值死区处理、测量合理性处理、测量上下限处理、测量零值处理等等。其次，水电厂监控系统需要有状态数据处理功能，该处理功能细化后，主要包括：报警处理、防接点抖动处理以及状态变为处理等等。最后，数据处理还包括：主要参数分析处理、事故追忆处理、历史数据处理等等。

1.1.3 报警功能

报警功能也是水电厂监控系统必须具备的，具体功能主要包括：事故报警、提示报警等等。

1.2 性能需求

1.2.1 实时性

实时性是对水电监控系统的基本要求，实时性功能得到实现才能确保整个系统运作的高效化。具体要求包括：报警点与状态点数据采集周期不可超过1秒；SOE点数据采集周期不可超过2秒；电量模式点数据采集周期不可超过2秒。

1.2.2 安全性

安全性是监控系统必须具备的性能，当工作人员操作有误时，需要立即报警提示。能够设置控制权限口令，以确保运行安全性。

2 水电厂监控系统集成设计

2.1 系统整体的设计

2.1.1 系统中网络设计

为了保持网络的稳定性，在水电监控系统中需要采用太网。采用星型结构作为网络结构的拓扑结构。采用801.3作为网络传输协议中的标准协议。以屏蔽双绞线为通讯介质，要达到100Mb/s网络传输速率。

2.1.2 数据库的设计

水电监控系统数据库的设计必须具备实时性，可以采用硬盘文件、共享内存两种方式进行数据库的设置。数据库具体设计流程是：

（1）将progca设置为定义文件，并且以此创建共享内存。同时设置fcd最为文件管理信息表。

（2）对文件管理信息表中硬盘文件以及共享内存文件进行确认登陆。

（3）将Progce/data/semi/home/下的初始化文件设定为共享文件、载入内存。

2.2 系统功能的设计

2.2.1 数据采集设计

水电监控系统的设计需要MELSEC、PIO、Gateway盘通信来进行数据的采集。状态值、模拟值是通信数据的主要内容。另外，系统信息数据采集完毕后，需要传递给计算机。

2.2.2 数据处理设计

数据处理设计主要是针对实时数据处理进行设计，对于实时数据处理的设计的主要采集点包括：警报值点、周波数分析、计算值点、过程控制模拟点等等。

2.2.3 报警功能设计

对于报警功能的设计要分为两个部分，防灾监视报警、状态监视报警。其中状态监视报警设计更为复杂，主要包括：现在值监视处理、送信处理以及表示处理等等。

3 水电厂监控系统集成实现

3.1 数据库的实现

对于水电监控系统来说，数据库必须要具备实时功能。实行中要采用共享内存的形式，IPC最快的形式就是共享内存区。如果共享的进程选址空间受到内存区映射，那么就在不涉及内核的基础上实施进程间的数据传递。然而，从该内存中取走或者存放信息的过程中，必须在某种形式下同步才能完成。通常情况下，对于尚未存在的共享内存区的创建，需要利用shmget来完成，或者对一个已经存在共享内存区进行访问。对于进程中选址空间附接需要调用shmat完成。监视数据、画面表示数据、控制数据以及通信数据都是本系统需要操作实现的。

3.2 多进程控制的实现

水电监控系统能否实现有效的管理进程启动与停止，和多进程控制的实现有直接的关系。实现具体功能如下：

（1）能够按照fork所记述的进程实施系统的启动。

（2）进程任务的起动以周期进程启动表为基础。

（3）提供周期定义功能，主要是为了变更、设定起动周期。

（4）为了确保请求以及终了功能的实现，提供任务进程生成。

3.3 数据采集的实现

TCP/IP协议是监控系统中所有设备必须采用的，其中，服务器端主要包括：MELSSEC盘、Gateway盘以及PIO盘，客户端为CPU盘。

3.4 数据处理的实现

在电力生产过程中，电压、电流、流量、液位、压力以及温度各自都有着不同的量纲和数值，为了进行报警、打印、记录以及显示，满足运行人员控制和运行人员监视需要，将利用不同量纲的物理量数值替换掉存放的二进制数字量，此种转换被称为标度转换。对于水电监控系统来说，标度转换分为两类，线性参数标度转换和非线性参数标度转换。另外，数据处里实现还有重要一个环节就是历史数据储存的实现，主要是将处理好数据储存起来，以备查阅。数据处理的实现是整个监控系统实现有效运转的关键，不可忽视任何一个环节。

4 总结

水电厂计算机监控属于新兴的学科，期分为两种形式，一种是集成型，一种是专用型，本文主要所阐述的是可编程的集成型监控系统。水电厂监控系统集成的设计与实现可以有效提高其运行效益、经济效益。本文从水电厂监控系统需求出发，再对水电厂监控系统集成设计与实现进行研究分析，希望对水电厂的电力系统信息化、自动化水平的提升有借鉴作用。

参考文献

[1]乐嘉萍.水电厂自动监控系统的设计与实现[D].浙江工业大学，2012.

[2]莫仕勋，吴杰康，杨柳林，兰飞，陈新苗，王庆华.中小型水电厂监控系统集成设计与实现[J].自动化与仪表，2010，09：24-27.

[3]李岚.水电厂计算机监控系统的研究与设计[D].太原理工大学，2011.

作者简介

李兰芳（1986-），甘肃省人。大学本科学历。现供职于新疆维吾尔自治区乌鲁瓦提水利枢纽管理局。研究方向为水利水电。

作者单位

新疆维吾尔自治区乌鲁瓦提水利枢纽管理局 新疆维吾尔自治区和田地区 848000