一種完全無人值班水電站lcu監控裝置的製作方法
2023-07-01 11:22:21 1
專利名稱：一種完全無人值班水電站lcu監控裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種基於高可靠性、穩定性的完全無人值班水電站LCU監控裝 置，用於完成無人值班電站水輪機組控制、保護，水輪機組輔助設備，開關站設備等的控制。
背景技術：
現有水電站LCU (Local Control Unit)屏，包括可編程控制器PLC (Programmer Logic Controller)、其中PLC多為小型機型，其CPU處理速度慢、功能模塊少系統擴展功能 差，特別是在相關外部設備配置完全沒有考慮無人值班的特點，進入PLC的開關輸入信號 沒有進行光電隔離、模擬量輸入未採取隔離措施，從而導致PLC模塊由於外部故障損壞，另 外對重要的控制、保護信號未考慮冗餘配置，嚴重影響水電站的正常運行。現有水電站IXU監控裝置的PLC習慣採用單電源、單CPU、單網絡結構，當PLC的這 些重要模塊中的一個或多個出現故障時，整個IXU的功能出現問題，失去對控制對象的監 控作用。對於重要的保護、控制輸入量沒有採用冗餘配置，且在PLC的程序設計時沒有考 慮冗餘輸入量的主、備切換問題，當主用輸入量出現故障時，系統將失去對水輪機組等控制 對象的保護，甚至失去對其控制。LCU沒有採用數據存儲設計，數據完全在遠方進行存儲，當通信網絡出現問題時， 無法保存數據，特別是重要數據。與監控中心(包括現地和遠方)通過架設光纖單一的通信通道(乙太網)，當通道 出現問題時，監控中心將無法與LCU進行數據交換。
實用新型內容本實用新型的目的在於提供一種完全無人值班水電站LCU監控裝置，以實現高可 靠性、高冗餘性LCU控制、保護功能。該實用新型具有處理速度快、集成功能多、強弱電能很 好的分離、抗幹擾性能強、可適應於惡劣環境；可全過程記錄故障數據、故障數據停電不丟 失。本實用新型的技術方案是一種完全無人值班水電站LCU監控裝置，包括PLC及與 之連接的觸控螢幕、交流綜合採樣裝置、電力變送器、工業乙太網交換機、數字視頻攝像機、轉 速信號裝置、溫度巡檢裝置、自動準同期裝置、出口隔離繼電器和通訊管理機、以及與通訊 管理機連接的GPRS模塊和無線擴頻模塊；其中PLC包括冗餘設置的電源模塊、CPU模塊和 網絡模塊，以及開關量輸入模塊、開關量輸出模塊、模擬量輸入模塊、模擬量輸出模塊和RTD 模塊；所述PLC通過其內部的開關量輸入模塊分別與轉速信號裝置及溫度巡檢裝置連接； 所述開關量輸出模塊連接有出口隔離繼電器；所述PLC通過模擬量輸入模塊與電力變送器 及連接；所述PLC還通過RS485與交流綜合採樣裝置連接；所述PLC經網絡模塊和工業以太 網交換機連接有數字視頻攝像機；所述觸控螢幕經通訊管理機與遠程監控中心連接。作為優選方案，所述PLC採用雙CPU、雙電源、雙網絡模塊為冗餘配置的0MR0N
3CSlD系列。進一步的，所述觸控螢幕採用的是16位色TFT觸控螢幕。進一步的，所述PLC中的開關量輸入模塊、開關量輸出模塊、模擬量輸入模塊和模 擬量輸出模塊均與隔離繼電器連接。本實用新型所述完全無人值班水電站IXU監控裝置的工作過程及原理如下所述所述PLC為IXU監控裝置的核心控制部分，它通過PLC的開關量輸入、模擬量輸 入、RTD模塊(Resistance Temperature Detector，電阻溫度探測模塊)接收來自外部和 內部的信號，也通過通信通道與外部的遠程監控系統和內部設備接收信號，通過專門開發 的適合無人值班水電站的程序處理後，通過開關量輸出模塊、模擬量輸出模塊等輸出控制 信號經過出口隔離繼電器隔離後到外部設備和內部設備，以控制和保護水輪機組等控制對 象。所述PLC中內置高容量鋰電池，可以實現掉電保持數據，保證數據不丟失。所述IXU監控裝置中的數字視頻攝像頭直接生成數字視頻信號，通過工業乙太網 接口將採集的視頻數據上傳到通訊管理機，在通訊管理機中進行圖像數據處理。所述數字 視頻攝像頭還能接收來自通訊管理機和PLC的命令對需要監控的設備進行視頻數據採集。 通訊管理機通過工業乙太網(光纖)、GPRS、無線擴頻接口向遠程監控中心傳送監視數據， 並響應監控中心的控制命令。通訊管理機可通過GPRS、ADSL等方式接入Internet網絡，使 用用戶可在世界任何角落通過IE訪問數據。所述PLC中的RTD模塊用於採集水輪機組需要實現保護停機的重要溫度量，保證 溫度量的採集、保護精度及速度。所述的TFT觸控螢幕作為現地數據顯示、存儲及操作界面，可以實現監視、數據 保存和下達控制命令功能。該觸控螢幕可以提供包含RS232、RS485、RS422串口、乙太網、 Profibus-DPJeviceNet現場總線等多種通訊方式，所有通信功能都採用隔離連接，網絡都 採用冗餘網絡和通信單元，即使網絡中某一線路斷開或某一通信單元故障，通信仍能繼續。通訊管理機為IXU的核心通信部分，需要完成以下功能1、負責IXU監控裝置控 制對象除與PLC通信的其他設備的通信及協議轉換；2、具有視頻數據處理；3、大容量存 儲，可在LCU內存儲大量的歷史數據，並支持U盤、CF卡存儲介質存儲數據；4、提供光纖以 太網接口、GPRS接口、無線擴頻接口與遠方監控中心進行數據交換；5、需要完成用戶通過 Internet訪問IXU數據的功能。交流採樣裝置，負責採集發電機組的電氣量，並提供與PLC通信的RS485通信接□。電力變送器將發電機組的交流信號轉換為PLC能採集標準直流電流信號(4 20mA)通過模擬量隔離器組接入PLC的AD採樣模塊。轉速信號裝置通過採集發電機殘壓，轉換為發電機組的轉速，在機組的各個轉速 百分點(0%、35%、80%、95%、140% )輸出開關量接入到PLC的開關量輸入模塊。溫度巡檢裝置將外部的熱電阻信號轉換為溫度信息，當溫度值達到報警、事故值 時輸出開關量到PLC開關量輸入模塊。自動準同期裝置作為發電機併入電網的裝置，PLC通過開關量輸出模塊控制自動 準同期裝置是否工作。工業乙太網交換機，通過星型或環網方式連接，負責乙太網通信網絡通信的連接及數據交換。GPRS模塊通過串口與通訊管理機連接，負責與遠程監控中心通信和Internet信 息發布(部分通信模式下)。無線擴頻模塊通過乙太網與通訊管理機連接，負責與遠程監控中心通信(使用無 線通信方式下)。當PLC中的雙電源模塊其中一個模塊出現故障時，對IXU的整體運行不產生任何 影響；當運行CPU模塊出現問題時，備用CPU模塊立即切換到運行狀態，從而保證系統繼續 運行；以上故障都將產生報警提示運行人員，冗餘配置的模塊可在IXU運行中在線更換所 有模塊，保證發電機組不停機的情況，進行故障排除。綜上所述，基於上述結構的所述完全無人值班水電站LCU監控裝置與現有技術相 比，具備以下特點PLC採用高可靠性的高端熱備冗餘CPU，CPU處理速度快、擴展性強、通 信功能強大；LCU現地通訊管理機具有大量數據存儲、豐富通信接口、高速視頻數據處理功 能；所有進入LCU的輸入信號和從LCU輸出的控制信號都採用隔離措施，提高LCU監控裝置 的抗幹擾性；重要的控制保護信號採用冗餘配置，保證系統可靠安全運行。本實用新型可適用於完全無人值班水電站，同時也可以通過對PLC程序進行設 置，應用於火電、熱電、泵站、水利樞紐等方面。
圖1是實施例所述裝置與遠程監控中心的連接示意圖；圖2是PLC開關量輸入模塊光電隔離具體實施方式
以下結合附圖及實施例對本實用新型作進一步說明。本實施例提供一種完全無人值班水電站IXU監控裝置，包括PLC及與之連接的觸 摸屏、交流綜合採樣裝置、電力變送器、工業乙太網交換機、數字視頻攝像機、轉速信號裝 置、溫度巡檢裝置、自動準同期裝置、出口隔離繼電器和通訊管理機、以及與通訊管理機連 接的GPRS模塊和無線擴頻模塊；其中PLC包括冗餘設置的電源模塊、CPU模塊和網絡模塊， 以及開關量輸入模塊、開關量輸出模塊、模擬量輸入模塊、模擬量輸出模塊和RTD模塊；所 述PLC通過其內部的開關量輸入模塊分別與轉速信號裝置、溫度巡檢裝置及LCU監控裝置 外的其他設備(例如進水閥、調速器、勵磁、繼電保護裝置)連接；所述開關量輸出模塊連 接有出口隔離繼電器；所述PLC通過模擬量輸入模塊與電力變送器及LCU監控裝置外的其 他設備(例如進水閥、調速器、勵磁)連接；所述的模擬量輸出模塊通過輸出根據程序計 算得到變化的標準直流電信號(4 20mA、-IOV IOV等)控制外部的設備。所述PLC還 通過RS485與交流綜合採樣裝置連接；所述PLC經網絡模塊和工業乙太網交換機連接有數 字視頻攝像機；所述觸控螢幕通過通訊管理機與遠程監控中心連接。所述PLC為IXU監控裝置的核心控制部分，所述的PLC通過開關輸入模塊接收來 自轉速信號裝置及溫度巡檢的信號及外部設備的開關量信號。PLC通過模擬量輸入模塊接 收來自電力變送器轉換發電機組的交流電信號後的標準直流電流信號，並且通過RS485通 信連接交流綜合採樣儀表採集的發電機組交流電信號，實現對機組負荷控制的冗餘控制。[0034]所述通訊管理機負責IXU監控裝置與外圍除直接與PLC通信的設備進行通信，並 通過乙太網、GPRS、無線擴頻中的一種或多種方式與遠方監控中心進行數據交換，大大提高 系統通信速度及可靠性，同時具有視頻數據處理功能，並可通過CF卡、U盤介質進行大容量 重要數據的存儲，以備在遠方監控中心數據出現問題時，不丟失數據。本實用新型的各個組成模塊均可採用現有的模塊實現，故不作詳細描述。在本實 施例中，具體模塊如圖1所示，選擇如下1、冗餘熱備PLC:可以選擇OMRON(歐姆龍)CSlD系列，以下配置為使用該系列PLC雙電源、雙CPU、雙網絡模塊至少需要選擇以下型號模塊1) CPU 機架CS1D_BC0522)電源模塊CS1D_PD024 四塊 3) CPU 模塊CS1D_CPU65H 兩塊4)乙太網CS1W_ETN21 或 CS1D-ETN21D 兩塊5)串 口通信CS1W_SCU31 —塊6) IO 機架CS1D_BI0927)機架連接電纜CS1W_CN7138)開關量輸入模塊CS1W_ID2319)開關量輸出模塊CS1W_0D23110)模擬量輸入模塊:CS1W-AD801-V111) RTD :CSlff-PTS562、16位色TFT觸控螢幕所述觸控螢幕採用高解析度、真彩TFT、大存儲容量(可通過 U盤、SD卡等)擴展存儲空間，作為LCU監控裝置的現地操作監控單元。本實施例具體採用 的型號為臺灣威綸MT6100i3、通訊管理機HZ300通訊管理機4、交流綜合採樣裝置HZM96A5、電力變送器1)功率變送器:Y0D-PQ3-Vl-A2-P3-032)電壓變送器YOD-U-V1-P3-046、轉述信號裝置TDS-4338_26600[140% ]7、溫度巡檢裝置WP-D832-81-23-HH-T (Ptl00/Cu50, DC220V,帶通訊)8、自動準同期裝置DZZB_4型9、出口隔離繼電器。上述實施例中，PLC選用冗餘熱備高性能配置，電源模塊、CPU模塊、網絡模塊等重 要模塊都採用了冗餘配置，當這些冗餘模塊同類型的其中一個出現問題，不影響設備正常 運行，且產生報警，提示用戶進行檢查，該PLC的所有模塊支持在線更換，即可在不斷電情 況進行，完全不影響設備運行。其中電源部分採用交、直流雙電源供電，保證系統電源供應。 整個IXU監控裝置與遠程監控中心的通信提光纖乙太網、GPRS、無線擴頻方式的雙通道，保 證整個系統的通信可靠性。
6[0062] 上述實施例所作說明僅是一種優選實施例，不能作為限定本實用新型保護範圍的 依據。僅對本實用新型所述技術特徵進行簡單替換或簡單組合，而沒有脫離本實用新型實 質精神的技術方案均應屬於本實用新型所需保護的範圍之內。
權利要求一種完全無人值班水電站LCU監控裝置，其特徵是，包括PLC及與之連接的觸控螢幕、交流綜合採樣裝置、電力變送器、工業乙太網交換機、數字視頻攝像機、轉速信號裝置、溫度巡檢裝置、自動準同期裝置、出口隔離繼電器和通訊管理機、以及與通訊管理機連接的GPRS模塊和無線擴頻模塊；其中PLC包括冗餘設置的電源模塊、CPU模塊和網絡模塊，以及開關量輸入模塊、開關量輸出模塊、模擬量輸入模塊、模擬量輸出模塊和RTD模塊；所述PLC通過其內部的開關量輸入模塊分別與轉速信號裝置及溫度巡檢裝置連接；所述開關量輸出模塊連接有出口隔離繼電器；所述PLC通過模擬量輸入模塊與電力變送器連接；所述PLC還通過RS485埠與交流綜合採樣裝置連接；所述PLC經網絡模塊和工業乙太網交換機連接有數字視頻攝像機；所述觸控螢幕經通訊管理機與遠程監控中心連接。
2.根據權利要求1所述完全無人值班水電站LCU監控裝置，其特徵是，所述PLC採用雙 CPU、雙電源、雙網絡模塊為冗餘配置的OMRON CSlD系列。
3.根據權利要求1或2所述完全無人值班水電站LCU監控裝置，其特徵是，所述觸控螢幕 採用的是16位色TFT觸控螢幕。
4.根據權利要求1或2所述完全無人值班水電站LCU監控裝置，其特徵是，所述PLC中 的開關量輸入模塊、開關量輸出模塊、模擬量輸入模塊和模擬量輸出模塊均與隔離繼電器 連接。
專利摘要本實用新型公開了一種完全無人值班水電站的LCU監控裝置，包括PLC及與之連接的觸控螢幕、交流綜合採樣裝置、電力變送器、工業乙太網交換機、數字視頻攝像機、轉速信號裝置、溫度巡檢裝置、自動準同期裝置、出口隔離繼電器和通訊管理機、以及與其連接的GPRS模塊和無線擴頻模塊；其中PLC包括冗餘設置的電源模塊、CPU模塊和網絡模塊，以及開關量輸入模塊、開關量輸出模塊、模擬量輸入模塊、模擬量輸出模塊和RTD模塊。本實用新型具有速度快、組合靈活、冗餘性強、抗幹擾性強，可適應於惡劣的環境，完全滿足無人值班水電站的需求。
文檔編號G08C17/02GK201749353SQ20102026714
公開日2011年2月16日 申請日期2010年7月22日 優先權日2010年7月22日
發明者盧任文, 康明衛, 苗洪雷, 袁江鋒, 黃文寶 申請人:湖南華自科技有限公司