水电站微机监控讲稿

XX学校首届说教材大赛

《水电站计算机监控技术》说教材讲稿

参赛人：

2010年8月19日

中国水利电力出版社

主编：谢云敏

一、教材分析：

水电站计算机监控技术这本教材主要是针对小型机组，应用计算机基础理论对水电站进行科学操作、安全运行的一本实用性的理论教材。

水电站监控系统是整个水利枢纽的安全监控系统，监控对象主要有水工建筑物、水电站、开关站等。各个监控点都需要运行人员及时了解其运行工况及其周围环境，以保证水电站的正常运行及人身财产安全，是辅助从业人员更好工作的有力保证。

二、编写特点：

本书根据我国小水电站的发展现状（多修建在农村及偏远山区，并且采用的技术是沿用大中型水电站的集成型模式，是以可编程控制器为核心的现地控制单元、同期装置等，其特点是技术成熟，但价格较高），及其未来的发展趋势（采用经济、实用可靠性较高的专用型小水电站监控设备），并结合了众多小水电站监控系统的产品型号，从小水电站的运行、维护和管理人员的知识、能力、工程素质结构的实际需要出发。针对小型机组，按照水电站综合自动化的岗位职责进行编写。

在小水电站微机监控中采用计算机技术，却不是直接使用微型计算机的原因是什么呢

因为小型水电站的作业环境比较艰苦，为野外作业，对硬件设备的可靠性要求较高，以作为下位机的现地控制单元的核心部件结构可编程控制器为例，其防雷措施及抗震性的做工处理上要优于微型计算机，这是我们采用可编程控制器的原因之一。

微型计算机的采用的是等待命令和中断任务的工作方式，而可编程控制器则是采用“顺序扫描，不断循环”的工作方式。这便实现了在小型水电站监控技术中的自动化控制。这是采用计算机技术的原因之二。

三、教学目标：

让同学们清晰明了为什么使用计算机技术之后，那么通过对该学科的学习要让同学们重点掌握以下这些内容：

①了解小型水电站计算机监控系统的硬件结构。

②了解小型水电站计算机监控系统的软件结构。

③掌握对小型水电站的视频监控技术。

四、编写体例：

本书共由十二章构成，共分为三个部分。

第一章.水电站计算机监控系统概述

第二章.工业控制机

第三章.单片机技术

第四章.PLC技术

第五章.计算机监控系统数据采集

第六章.小水电站计算机监控的硬件结构

第七章.小水电站计算机监控原理

第八章.水电站计算机监控通信网络技术

第九章.水电站计算机监控的软件结构

第十章.水电站视频监控技术

第十一章.小水电站计算机监控系统应用实例

第十二章.水电站计算机监控系统的软件组态

前五章为一个部分，是需要同学们认知的基础章节；第六章到第十章的内容作为本书的核心内容，需要同学们重点掌握；最后一个部分作为一个缓冲内容，不做为重点介绍，但可以作为辅助内容扩充到软件结构当中进行学习。

其中第一部分的第2、3、4章都是作为硬件结构的组成内容，但是在讲授第3章单片机技术和第4章PLC技术中的3、4节都是用操作指令和计算机程序设计语言来进行技术的实现，我们同学在以后的实际工作中应用不到，其使用的大多是设定好程序的部件，所以把这两章更改为对硬件结构的组成部分来进行讲解。

五、知识树：

打破章节的固定限制，从重点章节中整合出以下三大模块：由第六章硬件结构，第九章软件结构，第十章视频监控技术为主干的这么一棵知识树，并对其相关章节进行添加，并对各个部分进行重点介绍：

1、硬件结构

可组成硬件结构的有单片机、工业控制机、可编程控制器，本书中涉及单片机的部分少之甚少，其硬件系统构成是由可作为上位机核心部件的工业控制机，和作为现地控制单元核心部件的可编程控制器。

那么什么是上位机

就是对现地控制单元传输过来的数据进行分析控制。它是完成计算机各部件之间，不同计算机之间的各类信息传递和处理数据的。

什么是现地控制单元

就是为上位机服务的，传输采集过来的数据给上位机，配合现地控制单元工作的。其主要的特点就是可靠性高，抗干扰能力强，功耗低，组合灵活，扩充方便，体积小。

在第二章工业控制机中重点掌握

组成：IPC,I/O接口，工控软件包等。

分类：总线分类，新型IPC。

功能：完成计算机各部件之间，不同计算机之间的各类信息传递。

优点：智能化，双向传输，自诊断，节省布线及控制室空间等。

第四章现地控制单元重点掌握它的结构特点：可靠性高，抗干扰能力强，功耗低，组合灵活，扩充方便，体积小。

上位机和现地控制单元相互关联相互配合构成了一个完整的硬件核心结构。

2、软件结构：

在计算机系统中没有软件系统的支撑仅有硬件结构组成的计算机是毫无意义的，不能进行任何工作，那么小型水电站利用计算机技术也同样是要有完整的计算机系统体系。

软件结构主要由系统软件、应用软件、工具软件组成。

系统软件是由厂家提供的专门用来使用和管理计算机程序的；

应用软件是专门为某一应用目的而编制的软件，例如本书中设计的A/D转换程序、数据采集程序；

工具软件简单的说就是进行辅助工作的软件。在水电站微机监控中使用最为广泛的工具软件就是组态软件，组态软件的特点是操作简单，使用户能根据自己的控制对象和控制目的任意组态，最终完成自动化的控制工程。综合书上第12章对北京某款组态软件的介绍，可以了解它是如何进行新建工程，使用工具箱，定义外部设备和数据变量的，运行和退出监控系统的。

3、视频监控技术：

有了可以支撑监控硬件系统正常运行的的软件系统，其视频监控技术是如何实现的呢

视频监控技术的组成：第五章数据采集、第七章监控原理、第八章网络通信技术。并结合第十一章的监控系统的应用实例进行巩固学习。

计算机监控技术简单说就是由网络通信技术沟通软、硬件设备组成的一个完整的监控技术体系。

六、流程图：

下面我们来看一下实现这个监控技术的流程图。

在看流程图之前，我们先用一个小型水电站微机监控的硬件结构组成图来进行说明它的结构分布，看下它是怎样进行施行网络通信技术的。

计算机硬件系统采用的是分层分布式结构，模块化结构，各个模块各事其职，进行数据采集之后汇总到上位机进行执行，其结构多分为单计算机分层分布式结构、多计算机分层分布式结构、双计算机分层分布式结构。

下面我们以一个双计算机分层分布式结构为例，单计算机和双计算机、多计算机主要的区别是双计算机和多计算机是带有前置机，可实现一体化工业，那么紫色框起来的部分是水轮发电机现地控制单元，绿色框起来的部分是开关站及其公用设备现地控制单元构成的硬件设备，使用组态软件来完成自动控制化。

通信的技术是如何实现的呢

两台上位机的连接使用的是以太网技术，连接前置机和现地控制单元使用的通信技术是RS-485/323C串行通信技术，并用现场总线连接进行信号传递。

这就是通过网络通信技术连接软硬件设备实现计算机监控技术的视频监控框架。

最后通过下面这个流程图来进行对知识树的进一步讲解。

这是一个利用系统总线沟通被控制对象的一个监控系统，上面的部分是水轮发电机现地控制单元的传输与控制过程，下面是开关站及其公用设备现地控制单元的传输及控制过程，我们通过被控制对象，进行数据的采集，这就涉及到了我们视频监控技术中的重点内容：第五章的数据采集和第七章的水电站计算机的监控原理。

在水轮发电机现地控制单元中，就要求我们对其相关参数进行采集，就需要检测这样2个对象：

①与水电站运行有关的非电量：水位、油位、流量、压力等，它使用的检测装置是传感器，传感器主要是把非电量转变成电量。传感器把检测到的信号通过输入过程通道传递给主机也就是我们的上位机。

②与水电站运行有关的电量：电压、电流、有/无关功率等，它使用的检测装置是电量变送器，电量变送器主要是把交流电量或被测直流电转为适合检测用的直流电量。

把检测过来的这两个信号，传递给主机进行分析该信号是否安全，并对相关

设备进行命令操作，如降低水位或者进行加油等装置。起到控制、调节和保护的作用。

开关站及其设备现地控制单元中的被控制对象是隔离开关、断路器、变压器等各种开关量的信号控制，远程操作合、跳闸，实现水轮发电机组的开停机。

并对水电站公用辅助设备的控制，如水井渗漏排水泵的自动控制。其信号无需转换可直接进行传递，所以其传递过程较为简单。

七、小结小水电站中实现小型水电站监控的意义：

通过对以上知识的学习，让同学们总结在小水电站中实现小型水电站监控的意义是什么

①改善运行条件，保证水电站安全。

②实现最优发点控制，保证电能质量。

③自动控制，实现水轮发电机组的开停机，发电，进水闸门开关闭合以及

水轮机导水叶开度的调节等。

④自动处理事故。

⑤最重实现无人值班的目的。

通过本学期的任教经历，我知道我还有很多不足需要改进，在今后我还需要加强学习，提高综合素质，也恳请大家给予我更多的帮助。

以上说教材如有不当之处恳请批评指正，谢谢大家。