1 系统监控方式与组成结构

以计算机为基础的监控方式CBSC(Computer-Based Supervisory Control)是目前国内外水电厂普遍采用的计算机监控方式。CBSC模式的主要特点是电厂的主要监控功能全部由计算机实现，大大简化常规控制装置，仅留一部分现地操作设备以备特殊情况，但由于位于监控系统较底层的现地控制单元LCU(Local Control Unit)一般都以PLC作为其控制核心，在数据处理、通信上功能不够强大，用户如要扩展或升级系统就需要相当大的投入，而PCC则依靠其丰富灵活的通信模块成功解决了这一问题，使CBSC监控方式更加灵活有效。

结合广西宜州拉浪水电站的实际情况，本系统基于B&R 2005系列中型PCC并以CBSC方式设计监控系统。该系统控制核心PCC由一系列独立封装的盒式模块组成，基本模块包括电源模块和CPU模块，扩展模块包括I/O模块、通信模块等。

在该系统中，调速器、电量仪及温度巡检仪等智能设备能够稳定地同PCC通信并将数据送入PCC，而PCC则通过以太网(基于TCP/IP协议)同上位机监控终端通信，同时也将数据送至位于LCU上的人机界面显示。这种模式弥补了设备分散带来的不足，使运行人员可以在上位机或人机界面上监控机组运行状态，实现真正的集散式监控系统。该系统结构如图1所示。　



图1 系统结构

2 现地控制单元程序设计

2.1 控制程序设计

2.1.1 任务层设计

PCC的操作系统是一个分时多任务操作系统，该系统可使控制系统得以优化，拥有更好的稳定性和实时性。在控制程序中，各个任务程序模块依据其自身的重要性、实时性要求，分别位于优先级不同的任务层下，完成不同的功能。例如，事故故障处理直接影响水轮机组的安全运行，因此，该模块被置于任务层Cyclic #1中;而对实时性要求相对不高的模块如通信程序模块，则被置于任务层Cyclic # 4中。



图2 为控制程序各个任务程序模块的任务层分布(括号内时间分别表示不同任务层的循环时间)

2.1.2 模拟量处理程序设计

机组模拟量如压力、温度等对整个水轮机组的正常运行起着至关重要的作用，因此需要对模拟量进行滤波以保证数据的准确性。以PLC为核心的控制系统对模拟量值的滤波一般是通过将模/数转换器得到的数值进行平均N次得以实现，存在着可靠性差等缺点。该程序则基于最小二乘法对模拟量数据进行拟合处理，并可根据传感器特性的变化调整参数，提高了数据的可靠性。最小二乘法即：选择适当的a，b，使式(1)中的ε最小。



因为ε是a，b的函数，用求极值的方法可知应满足：



解出a，b：



则：



式中Yi为第i个模拟量通道的数据处理结果;Xi为从传感器读取的第i个模拟量通道的初始值;ai，bi为对应该通道的参数;n为平均次数，程序中一般取20次。

模拟量处理模块部分程序如下：