一、问题的提出
目前，我国火电机组水源地对水井工况的监视及控制主要以人工就地操作或水工集控室中控制为主。这两种方式都采用常规仪表，设置单独的水泵过流保护装置，自动化水平很低，人工就地操作，由于水井位置分散浪费大量的人力，水工集控室中控制也会由于水井分散和水源地远离控制室而浪费大量电缆。基于上述情况，为实现电力部减人增效、争创*的目标，提高设备健康水平和设备自动化水平，实现机组安全经济运行，为厂网分开打下良好的基础，经过充分调研，我院和龙口发电厂决定联合研制开发火电厂水源地无线遥控及无人值班系统。
二、开发目标
该系统以智能测控前端交流采样为基础，以485现场总线和超短波无线通讯为信息通道，以pml3720协议为信息载体实现对水源地的遥测、遥控和就地自动综合保护，*实现火电厂水源地供水的综合自动化，达到无人值守，大大提高劳动生产率的目的。系统除具备一般计算机监控系统的特点外，在场地要求、电缆电台的架设等应具有较好的灵活性，目的是尽量减少现场改造的工作量，降低现场改造的投入成本，实现低投入高收效。具体目标如下：
1．系统体系结构清晰合理，实现485现场总线主从通讯方式和无线广播点对多点通讯方式有机结合。
2．就地操作与本地操作、远方操作相结合，通过防误操作逻辑，确保运行、维护、检修的安全。
3．通过实时功率因数判断分析，实现水井水位报警，并可以实现自动保护跳闸。
4．整个系统要有很高的可靠性。系统的安全可靠性对运行维护人员的人身安全及电机使用寿命等有重要影响，因此必须能够满足各水泵水井电机安全运行和控制的需要。能够完成对电机的过流、过压保护，电流电压不平衡保护，缺相保护，较好地实现水源地综合自动化。
5．多点监视和控制，数据分散采集，集中显示处理。一个监控主站可同时监视控制多个远端站，具体由水源地实际水井和升压泵数目决定。电厂网控室运行人员能够同时监控远方水源地的运行工况，在*的情况下根据实际情况对水源地电机进行启停操作。
6．系统应反应快，实时性好。采用抢占式实时多任务可集中采集电机电气的各种模拟量信息，通过对各种模拟量的分析准确详实的反应各电机的运行状态。根据任务的优先级和数据的重要程度决定处理的先后顺序。人工控制命令优先级zui高，读取实时谐波等命令优先级较低，事件量数据重要，需要及时读取，正常的电气运行参数次之，可以定时读取。
7．系统应具有良好的人—机界面。运行人员可通过屏幕监视水井电机及各升压泵的当前运行情况。当参数越*以多种方式显示报警信息，利用颜色声音等多种媒介提醒运行人员注意，并对参数的越限情况进行记录和累计，为进行事故分析，提高电机的安全运行水平起到重要的作用。对不同的操作人员应赋予不同的操作权限，做到权责分明。能对不同的系统维护人员完成本职工作起促进作用，也便于工作考核和事故责任追究。运行人员操作界面要灵活、方便、直观、简单、易用，应满足经短期培训就能熟练操作的要求。
8．系统要便于升级和扩充。系统硬件选择应充分考虑先进和可靠性，确保投资具有长期有效性。系统软件应考虑方便扩充，可配置，用户可以根据实际需求方便的增加和减少系统控制单位。系统可以控制智能前端的zui大数量，485现场总线方式zui大可控数量为（10条485总线）：320台；无线方式zui大可控数量为：每个串口的理论值为：9999。
9．项目实施费用少，运行费用低、维护方便。系统实施应zui大限度的保护以往投资，减少新增投入，运行期间所需费用低，便于维护。
三、实施方案
1．系统总体设计方案
主站和子站相结合，在泵房设立主站，主站和泵房内的子站通过485总线连接，各水井子站通过无线电台和主站通讯，主站和电厂的网控制室的远方子站也是通过无线电台进行通讯。具体结构如下图：
2．系统硬件配置
在系统硬件配置上，为实现分散与集中的有机结合，具体配置如下：
2．1数据采集设备采用的是智能测控前端（acm3720）设备，各测控设备可就地分散安装，抗*力强，测量精度高，运行稳定，有232和485两种总线通讯接口，可满足大量数据快速采集的要求。
智能测控前端（acm3720）设备的主要性能：
a、输入pt、ct进行遥测（采用交流采样算法可计算300多个参数）
b、4路开入作为遥信（分辨率为1ms，每路均可作脉冲计数）
c、3个继电器输出可直接控制开关的分／合闸继电器，实现遥控操作，并可实现高速定值越限、越限延时等多种控制保护功能（过流、速断、过压、过负荷等）
d、1个辅助电压输入（vaux）可测量温度等非电量
e、soe功能（可连续记录100个事件，分辨率1ms）
f、rs485／rs232通讯口
测量精度：电流、电压0.2级；功率、电能0.5级该设备有较高的可靠性，功能强，具有良好的性能价格比。
2．2由于升压泵房靠近主站，各水泵监控采用485总线电缆直接与监控主站相连，通讯数率zui高19200bps，数据传输较快。由于各水井分散并远离监控主站，通过超短波无线数传电台实现主站和子站间的数据通讯。无线数传电台1200bps传输数率已能够满足监控需要，数传电台时间运行稳定可靠，安装简单，维护方便。远方子站与主站相距几十公里，也是通过无线数传电台进行双向数据通讯。系统实施时实现了不同类型仪表均可接人到485总线上达到对各种不同设备同时监控的目的。系统的扩充性良好，只需在需无线遥控的水井增加智能测控前端（acm3720）设备及与其连接的无线数传电台，就能实现监控。
2．3主站和远方子站都采用新一代工业控制计算机，抗*力强，运行稳定，防尘，耐高温，适合在恶劣的环境下使用，进一步增强系统的可靠性。
2．4远方子站保留网络接口，可以实现加入电厂局域网后多点监控。远方子站通讯程序设计采用的是套接字udp协议，以广播方式发送数据，只需将远方子站监控主机连人电厂局域网，局域网内任何一台安装有客户端软件的计算机上都可以根据权限进行监视或操作。因此将极大方便电厂技术人员及时了解水源地运行的实际情况，便于及时解决处理出现的问题。
3．操作系统和开发软件
在系统软件配置上，选择了winnt操作系统。winnt是多任务、多线程、网络安全性高的操作系统，运行稳定，功能很强，具有窗口界面，操作方便，使用简单，适合在监控系统中使用。winnt达到了美国政府规定的c2安全级别，winnt安全系统借用了面向对象的设计思想。内部的安全功能既保护了nt操作系统，又保护了应用程序抵御行为恶劣的应用程序的攻击，对病毒的防护也起到了一定作用。
3．1软件设计中通讯程序对数据的采集采用了中断接收数据的方式，使数据采集更及时，提高了整个系统的运行效率。
3．2软件设计中通讯程序设计成仪表控制和数据采集按有优先级的轮询方式进行处理，使用户zui急需的需要得到*先的处理。
3．3软件设计中通讯程序中与远方子站的通讯采用的是集中传送方式，一次性把全部所需数据传送给远方子站，降低数据流量，提高通讯效率。
3．4通讯程序采用多线方式，高性能的数据采集机制。
3．5通讯软件管理软件的数据通讯采用面向非连接的udp协议，保留网络接口，可以与管理信息网连接，把实时数据直接传输到管理网，实现实时数据的共享。使用udp协议优于面向连接的tcp协议的是，不必建立连接就可进行数据传送，并且不需考虑由于连接意外中断而产生数据丢失问题。
3．6开发多窗口显示的管理程序。使用共享内存技术实现实时数据的快速刷新及各任务的相互独立运行。
3．7管理程序中对不同的操作人员赋予不同的操作权限，做到权责分明。操作人员的一切操作都被系统记录，对不同的系统维护人员完成本职工作起促进作用，也便于工作考核。
四、开发过程简介
1、98年7月一98年8月收集资料，系统方案设计。
2、98年9月无线数传设备选型和现场通讯试验，近距离和远距离。解决数传电台rts后延时问题。
3、98年10月一98年12月基于pml协议的通讯程序开发调试。
4、99年1月一99年4月监控软件开发调试。
5、99年4月一99年5月系统现场安装调试，系统在龙口发电厂投入运行。
五、解决的技术关键
1、有线方式和无线方式有机的结合在一起。设计方案既能满足主站和操作员站同机的单机应用，又能满足应用于多个操作员站的要求。
2、改进无线调制解调器，增加rts信号延时电路，解决了智能测控前端与无线数传电台间不能正常进行数据通讯的问题。
3、实现了多点监视和控制。不仅水控集控室可以对所有水井控制操作，电厂网控室运行人员也可以在*的情况下实现对30公里外的水源地水井运行遥控操作。
4、通过实时功率因数判断分析，实现水井水位报警，并可以实现自动保护跳闸。
5、基于通讯协议的通讯程序开发。网络通讯程序既要保证数据的准确性，又要保证数据传输的实时性。合理的数据结构和好的实现算法是通讯程序开发的关键。在同一网络上的不同类型的仪表的兼容使用是高性能通讯程序需要解决的问题之一。通讯程序可以兼容485总线主从通讯方式和无线广播一点对多点方式。
六、系统主要特点
1．基于工业现场总线和无线广播通讯方式的分布式综合自动化系统。
2．软件和硬件控制回路防误操作逻辑设计。就地操作与本地操作、远方操作相结合，通过防误操作逻辑，确保运行、维护、检修的安全
3．实现了多点监视和控制。不仅水控集控室可以对所有水井控制操作，电厂网控室运行人员也可以在*的情况下实现对30公里外的水源地水井运行遥控操作。
4．软件实现水井水位报警，并可以实现自动保护跳闸。
5．系统可靠性、综合自动化程度高。
测控单元集数据采集、计算、控制、保护智能化一体化。系统故障不影响就地测控单元的正常运行，就地某一测控单元故障不会影响其他测控单元的运行。
6．系统安装工作量小，调试时间短。
只需通过一根通讯电缆把泵房采集设备与主站计算机连接起来。各水井子站只需增加控制仪表和无线数传电台，就可以采用统一的通讯协议把大量的数据送入计算机。这种技术极大的减少了现场工作量和资金投入。
7．系统简单易用，维护方便。
系统人—机界面良好，只需对操作人员进行简单介绍，操作人员就能熟练使用。
8．系统配置灵活，可扩充性强。
可根据具体需要对系统进行裁减，485总线方式zui多可监控共10个网络320个测控单元；无线方式理论上每个串口zui多可控制9999个测控单元；有主站并可有一个或多个远方子站。
本项目在龙口发电厂大力支持和协作下完成，于99年6月在龙口发电厂投入实际运行，已取得了良好的应用效果。由于本系统采用工程化、标准化的开发模式，采用工业现场总线和无线广播通讯方式相结合的分布式结构，设计科学、功能完备，通用性和可扩充性好，易于使用和维护，能够适用于各类火力发电厂和环保监测、分散监控等领域，具有十分广阔的推广应用前景。随着该产品的进一步推广应用，将发挥更大的作用，产生更多的社会和经济效益。