五、大張莊泵站監(jiān)控系統(tǒng)信息化改造及應(yīng)用.doc

五、大張莊泵站監(jiān)控系統(tǒng)信息化改造及應(yīng)用李 鵬中國(guó)水利水電科學(xué)研究院自動(dòng)化研究所摘要本文介紹大張莊泵站監(jiān)控系統(tǒng)信息化改造及應(yīng)用。該系統(tǒng)是按“無(wú)人值班”(少人值守)的原則設(shè)計(jì)，采用可編程邏輯控制器(PLC)直接接入以太網(wǎng)的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)，系統(tǒng)已于2001年5月全部投運(yùn)。關(guān)鍵詞大張莊泵站、監(jiān)控系統(tǒng)、以太網(wǎng)1引言 大張莊泵站位于天津市北辰區(qū)大張莊村東800米，永定新河的北岸，是引灤入津工程輸水終點(diǎn)的提升泵站。站內(nèi)安裝5臺(tái)18CJ-63型液壓全調(diào)葉片軸流泵，單泵流量10m3/s，設(shè)計(jì)揚(yáng)程6.3米，水泵配套TL900-24/2150型6kV同步電動(dòng)機(jī)，單機(jī)容量為900kW，泵站采用站變合一的布置方式，采用35kV雙回路供電，站內(nèi)設(shè)2臺(tái)3150kVA/35/6kV主變壓器。大張莊泵站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)采用中國(guó)水利水電科學(xué)研究院自動(dòng)化研究所最新開(kāi)發(fā)的H9000 V3.0系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了全廠機(jī)組和公用系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)監(jiān)視及控制和生產(chǎn)過(guò)程管理，實(shí)現(xiàn)了與8套35KV高壓保護(hù)裝置、11臺(tái)6KV低壓保護(hù)裝置和5臺(tái)泵勵(lì)磁系統(tǒng)的串行通訊監(jiān)視及控制，形成了一個(gè)完整的開(kāi)放型以太網(wǎng)分層分布的泵站實(shí)時(shí)閉環(huán)過(guò)程控制系統(tǒng)，提高了安全生產(chǎn)與自動(dòng)化管理水平。本文首先介紹大張莊泵站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與配置，然后介紹該系統(tǒng)的主要功能、特點(diǎn)及其在現(xiàn)場(chǎng)的應(yīng)用情況。2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及配置系統(tǒng)采用分布式開(kāi)放以太網(wǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，由廠級(jí)監(jiān)控層以及現(xiàn)地控制層構(gòu)成。系統(tǒng)通過(guò)10/100MB快速光纖以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)，其容量大，速度快，實(shí)時(shí)性、開(kāi)放性俱佳。系統(tǒng)硬件配置如下：(1) 兩臺(tái)主機(jī)兼操作員工作站，采用美國(guó)康柏公司的COMPAQ AP200/750系列產(chǎn)品構(gòu)成雙機(jī)熱備系統(tǒng)，各配有兩臺(tái)21”高密彩顯(16001200)，帶鍵盤、鼠標(biāo)及CD-ROM。(2) 一臺(tái)電話語(yǔ)音報(bào)警工作站，采用COMPAQ AP200/550系列產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)電話報(bào)警功能，并支持電話查詢及啟動(dòng)BP機(jī)傳呼系統(tǒng)；同時(shí)實(shí)現(xiàn)與模擬屏進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊。(3) 一臺(tái)串口通訊工作站，采用COMPAQ AP200/550系列產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)與35kV保護(hù)系統(tǒng)、6kV保護(hù)系統(tǒng)、勵(lì)磁系統(tǒng)進(jìn)行串口數(shù)據(jù)通訊。(4) 站級(jí)系統(tǒng)配備兩臺(tái)SANTAK 3kVA在線式UPS。(5) 兩臺(tái)打印機(jī)，一臺(tái)Epson 1600K打印機(jī)；一臺(tái)HP LJ 5000LE激光打印機(jī)。(6) 現(xiàn)地控制單元由6套盤柜構(gòu)成。5臺(tái)泵和公用系統(tǒng)各配置一套現(xiàn)地控制單元(LCU），由施耐德電氣公司生產(chǎn)的Premium系列可編程控制器構(gòu)成，可編程邏輯控制器采用H9000 V3.0版的方式直接聯(lián)入以太網(wǎng)。(7) 網(wǎng)絡(luò)總線設(shè)備。系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備包括Cisco2924M交換機(jī)、以太網(wǎng)光纖介質(zhì)、光電轉(zhuǎn)換器等輔助設(shè)備。 操作員工作站、語(yǔ)音報(bào)警工作站和通訊工作站均采用Windows NT操作系統(tǒng)，網(wǎng)絡(luò)協(xié)議為TCP/IP。監(jiān)控系統(tǒng)的全部計(jì)算機(jī)都直接接入網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)，可編程控制器直接聯(lián)入以太網(wǎng)，使系統(tǒng)獲得高速通訊能力和資源共享能力。LCU的信息可直接在上位機(jī)工作站的CRT上顯示，控制命令可直接由工作站下達(dá)給各LCU，不需經(jīng)其他計(jì)算機(jī)系統(tǒng)轉(zhuǎn)發(fā)。網(wǎng)絡(luò)上接入的每一個(gè)設(shè)備都具有自己特定的功能，實(shí)現(xiàn)功能的分布。即提供了某個(gè)設(shè)備故障只影響局部功能的優(yōu)點(diǎn)，又利于今后的功能擴(kuò)充。 為了滿足系統(tǒng)“無(wú)人值班”(少人值守)對(duì)系統(tǒng)可靠性的要求，整個(gè)系統(tǒng)的重要設(shè)備采用冗余技術(shù)，如主控/操作員工作站熱備技術(shù)、數(shù)據(jù)庫(kù)冗余技術(shù)等。3系統(tǒng)功能大張莊泵站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控對(duì)象包括五臺(tái)泵、公用系統(tǒng)、35kV系統(tǒng)、6kV系統(tǒng)、勵(lì)磁系統(tǒng)等設(shè)備，系統(tǒng)具有如下功能：(1)數(shù)據(jù)采集和處理各臺(tái)LCU對(duì)全廠主要設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)和運(yùn)行參數(shù)自動(dòng)定時(shí)的進(jìn)行采集，并作必要的預(yù)處理后，存于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)，供計(jì)算機(jī)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)畫(huà)面顯示、制表打印及完成各種計(jì)算、控制等功能時(shí)使用。對(duì)于所有數(shù)據(jù)采集輸入點(diǎn)，可以通過(guò)人機(jī)聯(lián)系設(shè)置掃查投入與退出、報(bào)警禁止與使能、參數(shù)限值修改等。(2)事件報(bào)警事件報(bào)警分辨率5ms，報(bào)警方式：順序顯示和打印語(yǔ)句，登錄動(dòng)作設(shè)備器件名稱、內(nèi)容及時(shí)間。事故報(bào)警時(shí)，發(fā)出語(yǔ)音報(bào)警信息。對(duì)相關(guān)模擬量作追憶記錄。(3)實(shí)時(shí)控制與調(diào)節(jié)根據(jù)運(yùn)行方式選擇，可由中控室運(yùn)行人員通過(guò)計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)出各種生產(chǎn)過(guò)程的控制及調(diào)節(jié)命令，監(jiān)視操作的全部流程，如水泵開(kāi)停、葉角調(diào)節(jié)及斷路器分合等自動(dòng)操作，對(duì)低壓斷路器、高壓斷路器以及變壓器分接頭升降的控制和對(duì)勵(lì)磁電流、功率因數(shù)的調(diào)節(jié)。(4)安全運(yùn)行監(jiān)視中控室值班運(yùn)行人員借助監(jiān)控系統(tǒng)人機(jī)界面，監(jiān)視泵站的生產(chǎn)過(guò)程和運(yùn)行情況，各點(diǎn)參數(shù)及其變化趨勢(shì)和設(shè)備狀態(tài)，在運(yùn)行狀態(tài)發(fā)生變更時(shí)能及時(shí)進(jìn)行分析和處理。當(dāng)發(fā)生事故或某些重要故障時(shí)，則自動(dòng)轉(zhuǎn)入事故、故障顯示，并推出相應(yīng)事故、故障環(huán)境畫(huà)面。當(dāng)進(jìn)行某項(xiàng)設(shè)備操作時(shí)，自動(dòng)推出相應(yīng)操作控制畫(huà)面與過(guò)程監(jiān)視畫(huà)面。(5)模擬光字牌在上位機(jī)工作站以畫(huà)面形式模擬光字牌。當(dāng)機(jī)組發(fā)生緊急停機(jī)的事件時(shí)，系統(tǒng)工作站的輔屏?xí)詣?dòng)推出光字牌，供泵站運(yùn)行人員分析緊急停機(jī)原因。(6)語(yǔ)音報(bào)警、電話自動(dòng)報(bào)警及查詢運(yùn)行人員可對(duì)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行設(shè)置語(yǔ)音報(bào)警點(diǎn)設(shè)置，當(dāng)發(fā)生事故時(shí)，監(jiān)控系統(tǒng)可以進(jìn)行語(yǔ)音報(bào)警和電話自動(dòng)報(bào)警，電話自動(dòng)報(bào)警可順序設(shè)置若干個(gè)電話號(hào)碼或?qū)ず魴C(jī)號(hào)碼。事故發(fā)生時(shí)，系統(tǒng)能根據(jù)設(shè)置情況發(fā)出語(yǔ)音報(bào)警信息，自動(dòng)啟動(dòng)電話和傳呼系統(tǒng)進(jìn)行報(bào)警；系統(tǒng)還提供電話查詢功能，可通過(guò)電話查詢當(dāng)前泵站設(shè)備運(yùn)行情況。(7)系統(tǒng)通信管理通過(guò)以太網(wǎng)連接的各設(shè)備間的通訊：作為網(wǎng)上的節(jié)點(diǎn)之一的各工作站同時(shí)從以太網(wǎng)接收各LCU發(fā)送的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)并存入數(shù)據(jù)庫(kù)，以保證所有節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)庫(kù)的實(shí)時(shí)性和獨(dú)立性；下行控制命令由擁有控制權(quán)的計(jì)算機(jī)節(jié)點(diǎn)設(shè)備發(fā)出，直接發(fā)送至相應(yīng)的LCU節(jié)點(diǎn)。串口通訊工作站采用串行通訊方式，并運(yùn)用各種規(guī)約，實(shí)現(xiàn)了與泵站下列系統(tǒng)之間的通信： 與35kV保護(hù)系統(tǒng)之間的通信，采用RS422接口及IEC-103規(guī)約；與6kV保護(hù)系統(tǒng)之間的通信，采用RS232接口及CDT91規(guī)約；與勵(lì)磁系統(tǒng)之間的通信，采用RS422接口。(8)系統(tǒng)自診斷與自恢復(fù)系統(tǒng)自診斷與自恢復(fù)功能是實(shí)現(xiàn)“無(wú)人值班”(少人值守)的重要條件，系統(tǒng)是由多個(gè)設(shè)備構(gòu)成，每個(gè)設(shè)備不僅進(jìn)行內(nèi)部自檢，還進(jìn)行互檢，形成系統(tǒng)檢測(cè)診斷報(bào)告，并將異常情況及時(shí)報(bào)警，通知運(yùn)行或值守人員，以便及時(shí)進(jìn)行處理，并對(duì)某些異常情況進(jìn)行自動(dòng)隔離與自恢復(fù)處理。以保證系統(tǒng)的連續(xù)運(yùn)行。(9)系統(tǒng)授權(quán)管理系統(tǒng)對(duì)不同的用戶如系統(tǒng)管理員、運(yùn)行操作員、一般監(jiān)視人員建立用戶，進(jìn)行授權(quán)管理，如運(yùn)行操作員具有對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的操作控制權(quán)。系統(tǒng)管理員可進(jìn)行系統(tǒng)授權(quán)管理。(10)系統(tǒng)實(shí)時(shí)時(shí)鐘管理操作員工作站定時(shí)向各計(jì)算機(jī)發(fā)送時(shí)間同步信號(hào)，校對(duì)系統(tǒng)內(nèi)各設(shè)備的時(shí)間，實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)時(shí)間同步。(11)雙機(jī)檢測(cè)與切換兩臺(tái)操作員工作站通過(guò)網(wǎng)絡(luò)互相檢測(cè)對(duì)方的工作狀況，一旦檢測(cè)到軟硬件故障，則立即根據(jù)故障嚴(yán)重程度和對(duì)方機(jī)器工作情況進(jìn)行決策，確定是否進(jìn)行雙機(jī)主控備用切換；如果檢測(cè)到某機(jī)器的監(jiān)控系統(tǒng)退出，則退出的操作員工作站標(biāo)志退出，未退出的操作員工作站自動(dòng)切換為主控。另外通過(guò)人機(jī)界面也可進(jìn)行手動(dòng)切換。(12)運(yùn)行日志、生產(chǎn)報(bào)表打印監(jiān)控系統(tǒng)自動(dòng)形成日?qǐng)?bào)表及月報(bào)表，可通過(guò)操作員站進(jìn)行打印。(13)LCU的主要功能每臺(tái)LCU與系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)時(shí)，作為系統(tǒng)的一部分，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)指定的功能。而當(dāng)與系統(tǒng)脫離時(shí)，則能獨(dú)立運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)LCU的現(xiàn)地監(jiān)控功能。LCU的主要功能如下：各種數(shù)據(jù)采集功能。網(wǎng)絡(luò)通訊功能。LCU現(xiàn)地操作功能。 LCU盤柜設(shè)置了開(kāi)泵、停泵、緊急停泵、事故復(fù)歸、開(kāi)輔機(jī)、停輔機(jī)、遠(yuǎn)方/現(xiàn)地等操作按鈕、開(kāi)關(guān)及顯示水泵和輔機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的顯示燈等?？蓪?shí)現(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)現(xiàn)地手動(dòng)開(kāi)停機(jī)、緊急停泵及開(kāi)停輔機(jī)等操作。各種控制功能。包括各臺(tái)泵開(kāi)停機(jī)順控功能，葉角調(diào)節(jié)功能，以及斷路器控制和風(fēng)、水、油等輔助設(shè)備的控制功能等。4系統(tǒng)的特點(diǎn)及現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況 (1)系統(tǒng)功能完善該系統(tǒng)具有完善的泵站監(jiān)測(cè)和控制功能，滿足全廠安全監(jiān)視、控制調(diào)節(jié)及生產(chǎn)管理等多方面的要求。利用計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)開(kāi)停機(jī)和調(diào)節(jié)功能將泵站的自動(dòng)化水平提高到新階段。(2)技術(shù)先進(jìn)，設(shè)備安全可靠系統(tǒng)具有良好的開(kāi)放性、先進(jìn)性和可移植性，各項(xiàng)性能指標(biāo)達(dá)到或超過(guò)了水電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)基本技術(shù)條件DL/T 578-95電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。很好地滿足了該泵站的運(yùn)行要求。(3)減輕泵站運(yùn)行人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高安全運(yùn)行水平減輕了泵站運(yùn)行人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率及泵站的安全運(yùn)行水平，為泵站減人增效創(chuàng)造了先決條件。(4)為實(shí)現(xiàn)“無(wú)人值班”(少人值守)奠定了基礎(chǔ)大張莊泵站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)工程的實(shí)施，進(jìn)一步提高了全廠生產(chǎn)自動(dòng)化水平，為實(shí)現(xiàn)泵站“無(wú)人值班”(少人值守)奠定了基礎(chǔ)，具有非常高的推廣應(yīng)用價(jià)值。該系統(tǒng)自2001年4月開(kāi)始進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試階段，并于2001年5月全部投運(yùn)。自投運(yùn)以來(lái)，系統(tǒng)運(yùn)行安全無(wú)誤，確保了天津市城市供水工作的正常進(jìn)行。5結(jié)束語(yǔ)通過(guò)大張莊泵站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的升級(jí)改造及應(yīng)用，有效地提高了泵站的綜合自動(dòng)化水平，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，在引灤入津工程沿線各級(jí)泵站中獲得了一致好評(píng)，并為今后灌區(qū)提水泵站及城市供水泵站的自動(dòng)化工程提供了良好的借鑒作用。AbstractThe H9000 V3.0 computer monitoring and control system of DaZhangzhuang Pump station is designed according to the principle of “unattended power plant”. It is realized by programmable logical controller (PLC) connected directly into the ether net. This paper introduces the structures and functions of the system and its application.附圖 大張莊泵站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)配置圖雙絞線21 CRT12801024KB21 CRT12801024HP LJ 5000LE操作員工作站BCompaq AP200/750MHz256MB10GBCD-ROM操作員工作站ACompaq AP200/750MHz256MB10GBCD-ROMEpson LQ1600K21 CRT12801024KB21 CRT12801024雙絞線串口通訊工作工作站Compaq AP200/550MHz128MB10GBCD-ROM八串口MOXA卡17 CRT12801024KB35kV保護(hù)系統(tǒng)6kV保護(hù)系統(tǒng)勵(lì)磁系統(tǒng)雙絞線光纖送模擬屏KB17 CRT12801024電話語(yǔ)