1、引言

　　PROFIBUS是一種開(kāi)放式現(xiàn)場(chǎng)總線，它是適用于各種任務(wù)的最優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)配置靈活，即使在非常惡劣的環(huán)境中也能可靠、穩(wěn)定運(yùn)行。 PROFIBUS由三個(gè)兼容部分組成，即PROFIBUS-DP（Decentralized Periphery）、PROFIBUS-PA（Process Automation過(guò)程自動(dòng)化）、PROFIBUS-FMS（Fieldbus Message Specification現(xiàn)場(chǎng)總線信息規(guī)范），它們有其各自獨(dú)特之處，而實(shí)際上又根據(jù)應(yīng)用要求常常構(gòu)成混合網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，博取眾長(zhǎng)。本文結(jié)合天生橋二級(jí)電站機(jī)組控制系統(tǒng)中的控制設(shè)備，詳細(xì)分析Profibus-DP現(xiàn)場(chǎng)總線，著重從控制可靠性、聯(lián)網(wǎng)特點(diǎn)、經(jīng)濟(jì)性等方面進(jìn)行探討。

　　PROFIBUS-PA專(zhuān)為過(guò)程自動(dòng)化設(shè)計(jì)，可使傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)聯(lián)在一根總線上，并有本征安全規(guī)范。實(shí)質(zhì)上，PROFIBUS-PA就是“PROFIBUS-DP通信”+“對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備優(yōu)選的傳輸技術(shù)”。PA將自動(dòng)化系統(tǒng)和過(guò)程控制系統(tǒng)與壓力、溫度和液位變送器等現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備連接起來(lái)，PA可用來(lái)替代4-20mA的模擬技術(shù)。PROFIBUS-PA最最主要特性是，在過(guò)程自動(dòng)化的PROFIBUS-PA段與PROFIBUS-DP總線段之間通過(guò)藕合器連接，并實(shí)現(xiàn)兩段間的透明通信，使用與IEC1158-2技術(shù)相同的雙絞線完成遠(yuǎn)程供電和數(shù)據(jù)傳送。PROFIBUS-PA采用PROFIBUS-DP的基本功能來(lái)傳送測(cè)量值和狀態(tài)。目前，PROFIBUS-PA行規(guī)已對(duì)所有通用的測(cè)量變送器和其它選擇的一些設(shè)備類(lèi)型作了具體規(guī)定，這些設(shè)備如：測(cè)量壓力、液位、溫度和流量的變送器；數(shù)字量輸入和輸出；模擬量輸入和輸出；閥門(mén)；定位器。PROFIBUS-PA的優(yōu)勢(shì)在于它可以節(jié)省50%以上的規(guī)劃、設(shè)計(jì)、安裝成本，此外，本質(zhì)安全能力和一個(gè)組態(tài)工具對(duì)所有儀器儀表都適用。

2、天生橋二級(jí)電站機(jī)組原控制系統(tǒng)組成

　　天生橋二級(jí)電站位于貴州、廣西交界的南盤(pán)江上，屬于珠江流域水系，電站裝機(jī)6x220MW混流式水輪發(fā)電機(jī)組，電站型式為引水式。電站開(kāi)工于1982年，1992年12月第一臺(tái)機(jī)組投產(chǎn)，2001年4月6臺(tái)機(jī)組全部安裝完畢。電站設(shè)計(jì)原采用計(jì)算機(jī)監(jiān)控為主，常規(guī)監(jiān)控為輔的方式，計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)分為兩期工程實(shí)施，第一期工程在機(jī)組層實(shí)現(xiàn)單機(jī)控制自動(dòng)化，在全站采用常規(guī)集中監(jiān)控系統(tǒng)，第二期工程實(shí)現(xiàn)上位機(jī)系統(tǒng)和開(kāi)關(guān)站遠(yuǎn)程自動(dòng)化控制。

　　1992年機(jī)組投產(chǎn)時(shí)采用了Siemens公司的S5-150H程控器作為機(jī)組控制器（LCU），但一直未能實(shí)現(xiàn)機(jī)組自動(dòng)開(kāi)停機(jī)，主要原因是機(jī)組自動(dòng)化元件選型不合理，機(jī)組部分輔助設(shè)備可靠性不高所至。1995年啟動(dòng)第二期工程，對(duì)全站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行國(guó)際招標(biāo)，美國(guó)ABB SYSTEM CONTROL公司中標(biāo)，由于ABB SC提出與Siemens公司的程控器通訊存在問(wèn)題，因此由ABB SC提供HARRIS制造的D20 LCU取代原1-4#機(jī)組的S5-150H，1996年開(kāi)始安裝，1997年初投入運(yùn)行。但投運(yùn)以來(lái)，系統(tǒng)一直運(yùn)行不穩(wěn)定，經(jīng)ABB SC技術(shù)人員多次處理未能取得改善，當(dāng)時(shí)機(jī)組還不能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)方自動(dòng)開(kāi)停機(jī)等基本監(jiān)控功能。

??2.1原機(jī)組控制系統(tǒng)存在的問(wèn)題??

　　二級(jí)電站機(jī)組控制的設(shè)計(jì)原則是以計(jì)算機(jī)監(jiān)控為主，常規(guī)監(jiān)控系統(tǒng)為輔。實(shí)際的設(shè)計(jì)沒(méi)有按照此原則進(jìn)行。原來(lái)的設(shè)計(jì)中采用了很多繼電邏輯回路，這些回路本身并未構(gòu)成一個(gè)完整的系統(tǒng)，而是穿插在LCU的回路中，這些回路并不能對(duì)機(jī)組整體進(jìn)行有效的控制，使得在LCU與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備間仍然存在著繼電邏輯回路，如輔助設(shè)備繼電器屏（P13）、機(jī)械保護(hù)屏（P9）等，其中大量的輸入信號(hào)并未直接引入LCU，而是經(jīng)過(guò)一些中間繼電器、掉牌信號(hào)繼電器等中轉(zhuǎn)后引入LCU，這些信號(hào)在異常情況下如電源掉電，或者是信號(hào)繼電器掉牌后未能復(fù)歸而信號(hào)再次發(fā)生時(shí)是不可能反應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的實(shí)際狀態(tài)，這對(duì)于今后實(shí)現(xiàn)少人值班時(shí)機(jī)組運(yùn)行的安全保障有嚴(yán)重的威脅；而在DO回路上也存在著很多不合理之處。對(duì)于P13屏來(lái)說(shuō)，原來(lái)設(shè)計(jì)的推力高壓油減載裝置在更換塑料瓦以后已經(jīng)取消，故該回路已經(jīng)失去意義；加熱器、吸塵器、推力氣密封風(fēng)機(jī)的控制回路在P13屏內(nèi)僅僅是一只中間繼電器，而LCU的輸出繼電器已經(jīng)可以直接啟動(dòng)這些裝置，因此可以將該回路改為直通；最不合理的是所有的電磁閥在P13屏內(nèi)并未有邏輯回路，僅僅是端子轉(zhuǎn)接，增加了接線的復(fù)雜性。由于設(shè)計(jì)中對(duì)機(jī)組流程設(shè)計(jì)不夠合理，需要在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行大量的更改，而很多功能的修改需要LCU軟件和常規(guī)繼電邏輯進(jìn)行修改，再加上現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)化元件的選型問(wèn)題，造成了初期機(jī)組不能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)開(kāi)停機(jī)。因此簡(jiǎn)化回路接線，理清控制邏輯關(guān)系，建立一個(gè)以LCU為核心的機(jī)組控制系統(tǒng)，對(duì)于機(jī)組安全運(yùn)行、減輕維護(hù)人員工作量、真正實(shí)現(xiàn)少人值班電站是非常重要的。

　　同時(shí)根自動(dòng)化元件在選型方面仍存在很多問(wèn)題，如很多電磁閥采用單穩(wěn)態(tài)形式，這在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中是比較忌諱的，因?yàn)橛?jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中指出，對(duì)執(zhí)行元件的選擇應(yīng)該盡量采用雙穩(wěn)態(tài)形式，在系統(tǒng)故障時(shí)控制對(duì)象必須保持在穩(wěn)定狀態(tài)。另一方面，自動(dòng)化元件的工作環(huán)境在設(shè)計(jì)中均沒(méi)有很好考慮，如空氣電磁閥的壓縮空氣質(zhì)量問(wèn)題、油回路電磁閥油的污染和進(jìn)水的問(wèn)題，使自動(dòng)化元件不能工作在良好的工況下，自然動(dòng)作成功率就低。

　　應(yīng)在基于最終實(shí)現(xiàn)少人值班的前提下對(duì)設(shè)備各部的監(jiān)視點(diǎn)進(jìn)行重新配置，應(yīng)考慮能對(duì)運(yùn)行人員或檢修人員提供完整的設(shè)備信息，并為以后實(shí)現(xiàn)檢修信息系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)，為逐步實(shí)現(xiàn)狀態(tài)檢修創(chuàng)造條件。元件選型應(yīng)大膽采用新技術(shù)、新產(chǎn)品，提高元件的可靠性，延長(zhǎng)元件的檢驗(yàn)周期。

　　流程的設(shè)計(jì)人員對(duì)現(xiàn)場(chǎng)工作的了解不夠，對(duì)流程中的重點(diǎn)對(duì)象和危險(xiǎn)點(diǎn)沒(méi)有把握，設(shè)計(jì)出來(lái)的流程讓現(xiàn)場(chǎng)工作人員看了無(wú)法接受。二級(jí)電站的機(jī)組流程原來(lái)就有一個(gè)問(wèn)題，機(jī)組開(kāi)機(jī)過(guò)程中失敗，流程直接退出不管，根本沒(méi)有考慮機(jī)組當(dāng)時(shí)是處于怎樣的狀態(tài)，結(jié)果是調(diào)速器故障切到手動(dòng)，而機(jī)組導(dǎo)葉處于開(kāi)機(jī)第一開(kāi)度，最終機(jī)組過(guò)速。因此流程的設(shè)計(jì)應(yīng)該是智能化的，在非正常情況下應(yīng)有相應(yīng)的處理措施，將機(jī)組維持在一個(gè)安全穩(wěn)定的狀態(tài)，即應(yīng)始終遵循“故障導(dǎo)向安全”的設(shè)計(jì)原則。因此流程的設(shè)計(jì)應(yīng)該是由有豐富經(jīng)驗(yàn)的現(xiàn)場(chǎng)安裝、運(yùn)行人員參與設(shè)計(jì)才能保證其實(shí)用性，也是系統(tǒng)成功的重要原因。

3、Profibus-DP現(xiàn)場(chǎng)總線

　　由于天生橋二級(jí)電站原控制系統(tǒng)存在上述問(wèn)題，為了保證機(jī)組運(yùn)行的安全，提高自動(dòng)化運(yùn)行水平，急需改變目前這種狀態(tài)，將機(jī)組的控制轉(zhuǎn)移到以LCU為核心的控制方式上來(lái)，徹底甩掉原有的介于LCU與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備間的繼電邏輯，簡(jiǎn)化接線，將原有結(jié)構(gòu)中大量硬邏輯變?yōu)榛谲浖能涍壿嬒到y(tǒng)。同時(shí)在接線中將借鑒計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)化、模塊化的接線方式，規(guī)范布線系統(tǒng)，使外部線纜一次性安裝到位，將檢修人員今后的工作范圍減少到屏柜（端子箱）內(nèi)部，即今后回路的修改僅限于屏柜（端子箱）內(nèi)部各端子排間的跳線，方便了檢修人員工作并減少故障率。所以天廠橋發(fā)電總廠決定采用現(xiàn)場(chǎng)總線實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)組的控制。

　　PROFIBUS是一種開(kāi)放式現(xiàn)場(chǎng)總線，它是適用于各種任務(wù)的最優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)配置靈活，即使在非常惡劣的環(huán)境中也能可靠、穩(wěn)定運(yùn)行。PROFIBUS-DP是一種高速低成本通信，用于現(xiàn)場(chǎng)層設(shè)備級(jí)控制系統(tǒng)與分散式I／O的通信。使用PROFIBUS-DP可取代辦24VDC或4-20mA信號(hào)傳輸。主站周期地讀取從站的輸入信息并周期地向從站發(fā)送輸出信息?？偩€循環(huán)時(shí)間必須要比主站（PLC）程序循環(huán)時(shí)間短。除周期性用戶(hù)數(shù)據(jù)傳輸外，PROFIBUS-DP還提供智能化現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備所需的非周期性通信以進(jìn)行組態(tài)、診斷和報(bào)警處理。能進(jìn)行自動(dòng)化系統(tǒng)的柔性和模塊化設(shè)計(jì)，要直接與執(zhí)行器、傳感器接口相連接。

　　PROFIBUS-DP可以靈活、可靠地構(gòu)建一個(gè)實(shí)用網(wǎng)絡(luò)，并具有很高的性?xún)r(jià)比，最近幾年P(guān)ROFIBUS-DP現(xiàn)場(chǎng)總線得到迅速推廣應(yīng)用。在實(shí)時(shí)響應(yīng)要求高和數(shù)據(jù)交換量不大的現(xiàn)場(chǎng)，適宜選用PROFIBUS-DP，它可以在一定的區(qū)域內(nèi)建立一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的監(jiān)控系統(tǒng)，再以這樣一個(gè)子網(wǎng)絡(luò)接入到較大的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。

4、全廠控制系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

　　天生橋二級(jí)電站機(jī)組控制系統(tǒng)中，采用總線網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，將各個(gè)控制器、智能儀表掛接在現(xiàn)場(chǎng)總線上。在天生橋二級(jí)電站控制系統(tǒng)中，最典型的現(xiàn)場(chǎng)控制器就是PLC，采用的PLC是西門(mén)子的S7-300系列中的S7-315-2DP、施奈德的MODICON-984?，F(xiàn)場(chǎng)智能儀表設(shè)備有絕對(duì)型編碼器（德國(guó)P+F公司的PVM58N-011A）、智能表（PILOT公司的PMAC9900）等。

??（1）中控層??

　　設(shè)有主控PLC S7-400（AGC/AVC控制器）一套和四套數(shù)據(jù)服務(wù)器（IFIX SCADA），安裝在中控二樓計(jì)算機(jī)控制室，下位機(jī)現(xiàn)地控制設(shè)備Siemens PLC S7-300通過(guò)西門(mén)子CP343-1經(jīng)以太網(wǎng)模板以光纖以太網(wǎng)（TCP/IP）形式接入上位機(jī)IfiX數(shù)據(jù)服務(wù)器（IFIX SCADA），實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通訊。S7-400 PLC與機(jī)組、開(kāi)關(guān)站、公用設(shè)備等現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備所使用的PLC(已統(tǒng)一為S7-300 PLC)，均通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)互聯(lián)，應(yīng)用ISO Transport協(xié)議進(jìn)行信息交流。S7-400 PLC本身沒(méi)有配置任何的I/O模塊，AGC程序所需的全部信息均從通信中獲取，實(shí)現(xiàn)AGC/AVC調(diào)節(jié)、與廣州總調(diào)交換信息等功能。四套數(shù)據(jù)服務(wù)器（SCADA），分別為1#3#5#機(jī)組SCADA11、2#4#6#機(jī)組SCADA21、500KVGIS SCADA、220KVGIS SCADA、GYSB SCADA。

　　數(shù)據(jù)服務(wù)器和操作員工作站之間通過(guò)光纖以太網(wǎng)（TCP/IP）連接，實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)監(jiān)控。中控室操作人員工作站上有2臺(tái)彩色液晶監(jiān)視器，供人機(jī)聯(lián)系及對(duì)主要運(yùn)行參數(shù)、事故和故障狀態(tài)等以數(shù)字、文字、圖形、表格的形式組織畫(huà)面進(jìn)行動(dòng)態(tài)顯示，事故報(bào)警的畫(huà)面具有最高的優(yōu)先權(quán)。冗余的操作員站具有完全相同的功能，一般一臺(tái)作為實(shí)時(shí)操作，另一臺(tái)作為實(shí)時(shí)監(jiān)視。顯示器應(yīng)具有多窗口功能，能分區(qū)顯示畫(huà)面及其名稱(chēng)、性質(zhì)，操作層，時(shí)間、報(bào)警信號(hào)欄和對(duì)話框以及菜單欄等。

??（2）機(jī)組控制系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)??

　　機(jī)組控制系統(tǒng)采用直接分散式，把分散控制系統(tǒng)中的有關(guān)控制設(shè)備布置在被控生產(chǎn)過(guò)程附近，隨著硬件水平的不斷提高，由于ET200S組件本身有完善的保護(hù)層，所以可在惡劣的環(huán)境下工作。直接分散式可以節(jié)約大量的導(dǎo)線、電纜。主控PLC負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信與邏輯控制功能。在數(shù)據(jù)通信方面，主控PLC一方面作為PROFIBUS-DP 的主站，匯總各現(xiàn)地控制單元的信息，送至數(shù)據(jù)服務(wù)器；另一方面將來(lái)自于控制系統(tǒng)的操作命令分發(fā)至相應(yīng)的現(xiàn)地控制單元執(zhí)行，執(zhí)行開(kāi)停機(jī)、負(fù)荷調(diào)節(jié)、機(jī)械保護(hù)等功能。同時(shí)，采用西門(mén)子的6AV6 545-0CC10-0AX0觸摸屏與主控PLC通過(guò)MPI口連接，機(jī)械保護(hù)壓板的操作，在該觸摸屏上完成。

??1）主控PLC??

　　主控PLC負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信與邏輯控制功能。在數(shù)據(jù)通信方面，主控PLC一方面作為PROFIBUS-DP 的主站，匯總各現(xiàn)地控制單元的信息，送至數(shù)據(jù)服務(wù)器；另一方面將來(lái)自于控制系統(tǒng)的操作命令分發(fā)至相應(yīng)的現(xiàn)地控制單元執(zhí)行，執(zhí)行開(kāi)停機(jī)、負(fù)荷調(diào)節(jié)、機(jī)械保護(hù)等功能。同時(shí)，采用西門(mén)子的6AV6 545-0CC10-0AX0觸摸屏與主控PLC通過(guò)MPI口連接，機(jī)械保護(hù)壓板的操作，在該觸摸屏上完成。

??2）現(xiàn)地控制層??

主要采集以下參數(shù)：

數(shù)字量輸入（DI）信號(hào)（狀態(tài)信息、故障和事件信息）；

模擬量輸入（AI）信號(hào)；

模擬量輸出（AO）信號(hào)；

數(shù)字量輸出（DO）信號(hào)(操作命令及狀態(tài)指示等)；

RTD 輸入（AI-RTD）信號(hào)(測(cè)溫電阻)；

如下圖所示：

（1）：調(diào)速器PLC：使用Anybus串行網(wǎng)關(guān)產(chǎn)品(AB7000)，A1SJ71UC24-R4-S2通訊模塊連接日本三菱A2AS PLC與Profibus-DP總線網(wǎng)絡(luò)。

（2）西門(mén)子智能表（交流采樣），提供有功、無(wú)功、電壓、電流、頻率等電氣量。

（3）直流電源監(jiān)視（ET200S），監(jiān)視各直流小開(kāi)關(guān)狀態(tài)，如斷開(kāi)則發(fā)信報(bào)警。

（4）勵(lì)磁裝置（ET200S），

（5）機(jī)旁盤(pán)負(fù)荷開(kāi)關(guān)狀態(tài)（ET200S）

（6）水輪機(jī)端子柜（ET200S）

（7）制動(dòng)閘行程開(kāi)關(guān)狀態(tài)（ET200S）

（8）頂蓋排水S7200 PLC 

（9）壓油裝置 S7200 PLC 

（10）技術(shù)供水端子箱（ET200S）

（11）蝶閥控制系統(tǒng)S7200 PLC

（12）主備PLC數(shù)據(jù)交換耦合器

（1）機(jī)組控制盤(pán)信號(hào)采集

??3）后備PLC結(jié)構(gòu)：??

主要機(jī)械保護(hù)功能，溫度采集。

（1）主備PLC數(shù)據(jù)交換耦合器

（2）上導(dǎo)、下導(dǎo)、推力、水導(dǎo)溫度采集

（3）機(jī)組控制盤(pán)信號(hào)采集

（4）調(diào)速器（ET200S）

6、機(jī)組控制系統(tǒng)目標(biāo)

　　機(jī)組控制以PROFIBUS-DP現(xiàn)場(chǎng)總線為基礎(chǔ)，明確了整個(gè)系統(tǒng)的遠(yuǎn)方監(jiān)控目標(biāo)，并且與機(jī)組控制系統(tǒng)安全可靠性、先進(jìn)性和經(jīng)濟(jì)性等最終目標(biāo)要求是一致的。

　　機(jī)組監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備是否安全可靠運(yùn)行，直接關(guān)系到天生橋二級(jí)電站機(jī)電設(shè)備的切身安全。特別是在電能緊缺、迎峰度夏和調(diào)峰調(diào)頻等要求下，同時(shí)也與企業(yè)的生產(chǎn)效益和設(shè)備安全密不可分，所以安全可靠性作為天生橋二級(jí)電站機(jī)組控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的首要原則，主要采用了以下措施進(jìn)行保障。

　　PROFIBUS-DP現(xiàn)場(chǎng)總線的產(chǎn)品具備專(zhuān)用和特殊品質(zhì)（如防護(hù)等級(jí)高，本征安全、可接受RTD、mv、高壓、大電流信號(hào)等）。防電磁干擾符合IEC有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。PROFIBUS-DP還提供智能化現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備所需的非周期性通信以進(jìn)行組態(tài)、診斷和報(bào)警處理。從目前全球已超過(guò)10萬(wàn)套PROFIBUS-DP現(xiàn)場(chǎng)總線的運(yùn)行情況來(lái)看，其安全可靠性是勿容置疑。

　　機(jī)組系統(tǒng)中使用的元器件全部采用優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品，均經(jīng)過(guò)國(guó)內(nèi)類(lèi)似工程實(shí)際運(yùn)行檢驗(yàn)，其運(yùn)行的可靠性已得到實(shí)踐證實(shí)。比如圖爾克公司的BI5-M18-4ADX型接近開(kāi)關(guān)作測(cè)速探頭、歐姆龍公司的HL-5030限位開(kāi)關(guān)，德國(guó)的VDG4V52 電磁等。任何關(guān)鍵的元器件出故障都可能導(dǎo)致系統(tǒng)癱瘓、或者釀成重大事故，因此元器件性能要求是整個(gè)系統(tǒng)是否可靠的基礎(chǔ)。

　　采用硬件閉鎖的方式，在主PLC故障或主P控制系統(tǒng)PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)通訊中斷的情況下，后備PLC可以正常啟動(dòng)停機(jī)流程，在發(fā)生事故時(shí)，主備PLC均應(yīng)能同時(shí)事故處理，保障設(shè)備的安全運(yùn)行。

　　為保證系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行，系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)充分考慮系統(tǒng)的容錯(cuò)性能，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)運(yùn)行容錯(cuò)分級(jí)控制。如：現(xiàn)地控制單元采用兩套直流電源冗余供電方式；在上位機(jī)或網(wǎng)絡(luò)故障時(shí)，不影響現(xiàn)地設(shè)備的獨(dú)立運(yùn)行；在各種非正常工況或非正常操作時(shí)，能夠保證系統(tǒng)的各項(xiàng)功能的容錯(cuò)性、安全性；當(dāng)單個(gè)元器件的損壞或故障時(shí)，不會(huì)造成系統(tǒng)的誤動(dòng)作；在系統(tǒng)失電后再上電時(shí)，不會(huì)造成誤動(dòng)作等等。

　　充分利用現(xiàn)地控制單元PLC和計(jì)算機(jī)的功能，增強(qiáng)了PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的自診斷設(shè)計(jì)，各個(gè)從站均有看門(mén)狗的功能，具備故障檢測(cè)報(bào)警及應(yīng)急處理功能，在系統(tǒng)故障時(shí)提前發(fā)現(xiàn)、分析并處理。

　　關(guān)鍵設(shè)備冗余配置。對(duì)直接影響設(shè)備正常運(yùn)行的器件，如控制電源模塊、操作員工作站、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備等采用冗余配置。重要回路冗余設(shè)計(jì)，如機(jī)械保護(hù)回路采用冗余回路，保證動(dòng)作的可靠。

結(jié)合設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境特點(diǎn)，充分考慮機(jī)柜的接地、避雷、通風(fēng)、加熱除濕、防塵、防小動(dòng)物等措施，控制屏柜防護(hù)等級(jí)達(dá)到IP55，滿足使用環(huán)境要求。

　　人機(jī)操作設(shè)計(jì)充分考慮其方便、美觀、實(shí)用，用戶(hù)接口及界面設(shè)計(jì)充分考慮人體結(jié)構(gòu)特征及視覺(jué)特征進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),界面盡可能美觀大方,操作簡(jiǎn)便實(shí)用。比如操作員工作站上，以棒形圖直觀反映機(jī)組有功、無(wú)功、定子電壓、流電等關(guān)鍵電氣量。報(bào)警系統(tǒng)采用三級(jí)報(bào)警方式等等。

　　系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)要充分考慮不同層次的操作人員都能夠熟練的掌握各項(xiàng)操作，理解操作的含義以及操作后動(dòng)作及狀態(tài)變化，在彩色圖形操作面板人機(jī)界面上，我們將操作人員劃分為三個(gè)層面：系統(tǒng)管理員層、設(shè)備檢修及維護(hù)員層、值班操作員層，根據(jù)他們工作職責(zé)及不同的操作權(quán)限，設(shè)置不同的操作界面，避免越權(quán)操作。

　　報(bào)表、記錄功能完善，可通過(guò)各種操作界面便于運(yùn)行維護(hù)人員查看工作狀態(tài)及運(yùn)行記錄。

　　系統(tǒng)應(yīng)用軟件采用模塊化、結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)，保證系統(tǒng)的可擴(kuò)展性能夠滿足將來(lái)功能增加及規(guī)模擴(kuò)充的需要。

　　網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)充分考慮系統(tǒng)的可靠性、可擴(kuò)充性以及其升級(jí)要求，保證機(jī)組控制系統(tǒng)與全廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的通信接口安全可靠。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試滿足以下功能：

（1）實(shí)時(shí)性

　　電站中控層的響應(yīng)能力滿足系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集、人機(jī)通信、控制功能和系統(tǒng)通信的時(shí)間要求，對(duì)調(diào)度層數(shù)據(jù)采集和控制的響應(yīng)時(shí)間能滿足中調(diào)的調(diào)度要求。現(xiàn)地控制單元層的響應(yīng)能力應(yīng)該滿足對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的數(shù)據(jù)采集和控制命令執(zhí)行的時(shí)間要求。

電氣模擬量采集周期 ≤ 1s

非電氣模擬量的采集周期 ≤ 1s

溫度量采集周期 ≤ 2s

一般數(shù)字量采集周期 ≤ 50ms

對(duì)具有分辨率要求的事件順序記錄點(diǎn)（SOE），其分辨率 ≤5ms

（2）可靠性

　　監(jiān)控系統(tǒng)及其設(shè)備能適應(yīng)電站的工作環(huán)境，具有足夠的抗干擾性，能長(zhǎng)期可靠穩(wěn)運(yùn)行。監(jiān)控系統(tǒng)及設(shè)備應(yīng)從設(shè)計(jì)、制造和裝配等方面保證其產(chǎn)品完全滿足技術(shù)條款的可靠性要求。系統(tǒng)中任意單個(gè)器件故障不會(huì)導(dǎo)致關(guān)鍵功能損壞。

（3）安全設(shè)計(jì)原則

　　正常情況下，計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的調(diào)度層、電站中控層、現(xiàn)地控制單元層均能實(shí)現(xiàn)對(duì)電站主要設(shè)備的控制和調(diào)節(jié)，并保證操作的安全和設(shè)備運(yùn)行的安全。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)故障時(shí)，上一層的故障不影響下一層的控制和調(diào)節(jié)功能和操作安全，即調(diào)度層及其通信通道故障時(shí)，不應(yīng)影響電站中控層和現(xiàn)地控制單元層的功能，而電站中控層故障時(shí)，不影響現(xiàn)地控制單元層的功能。當(dāng)現(xiàn)地控制單元層故障，甚至整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)均同時(shí)故障時(shí)，監(jiān)控系統(tǒng)不具備正常的控制和調(diào)節(jié)功能（如機(jī)組啟動(dòng)），但仍有適當(dāng)措施保證電站主要設(shè)備（如機(jī)組）轉(zhuǎn)入停機(jī)等安全狀態(tài)。此外，應(yīng)設(shè)有簡(jiǎn)單可靠的硬布線緊急停機(jī)回路，獨(dú)立于監(jiān)控系統(tǒng)之外，用于事故緊急情況下停機(jī)。并對(duì)重要數(shù)據(jù)雙通道通信。設(shè)備的操作，應(yīng)設(shè)置完善的軟件閉鎖條件，對(duì)各種操作進(jìn)行校核，但即使有錯(cuò)誤的操作，也不應(yīng)引起被控主設(shè)備的損壞。對(duì)操作員的每次/每步操作，應(yīng)設(shè)檢查、提醒和應(yīng)答確認(rèn)，能自動(dòng)禁止誤操作并報(bào)警。

5、軟件設(shè)計(jì)

??　　采用模塊法構(gòu)成軟件系統(tǒng)??

　　機(jī)組控制系統(tǒng)是一個(gè)比較復(fù)雜的系統(tǒng)，為了便于設(shè)計(jì)、組織、調(diào)試、修改和維護(hù)，就要求整個(gè)程序軟件的結(jié)構(gòu)清晰，分工明確，各程序之間既相互聯(lián)系，又相互獨(dú)立。因此，我們?cè)跈C(jī)組控制系統(tǒng)采用模塊法構(gòu)成一個(gè)軟件系統(tǒng)。

　　為了使程序具有簡(jiǎn)單性、靈活性、易讀性和獨(dú)立性，在設(shè)計(jì)軟件時(shí)，我們將整個(gè)系統(tǒng)按功能劃分為若干個(gè)相對(duì)獨(dú)立的功能塊，每一個(gè)功能塊由一個(gè)能獨(dú)立運(yùn)行的程序模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)。通過(guò)某些接口傳遞各程序模塊之間需要交換的信息，把各個(gè)模塊連接起來(lái)，形成一個(gè)復(fù)雜的軟件系統(tǒng)。

6、結(jié)束語(yǔ)

　　采用PPROFIBUS-DP現(xiàn)場(chǎng)總線建立的天生橋二級(jí)電站控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)采用Profibus-DP現(xiàn)場(chǎng)總線構(gòu)建成相對(duì)獨(dú)立的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控系統(tǒng)，并作為子系統(tǒng)經(jīng)過(guò)已有的光纖通道接入全廠的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)全廠控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)共享和遠(yuǎn)方監(jiān)控。自從投入運(yùn)行使用以來(lái)，性能穩(wěn)定可靠，已實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)方監(jiān)控，無(wú)論是從安全可靠性還是經(jīng)濟(jì)性，都是成功的。機(jī)組、開(kāi)關(guān)站控制系統(tǒng)、閘門(mén)系統(tǒng)、水庫(kù)水位、大壩滲漏排水和400V電源系統(tǒng)都可以在二級(jí)電站中控室進(jìn)行監(jiān)視和操作。設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性，也有效地減輕的值班人員的工作壓力，電網(wǎng)應(yīng)急調(diào)峰調(diào)頻提供了強(qiáng)有力的支持。