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 鵬中國水利水電科學(xué)研究院自動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“無人值班”(少人值守)的原則設(shè)計，采用可編程邏輯控制器(PLC)直接接入以太網(wǎng)的方式來實現(xiàn)，系統(tǒng)已于2001年5月全部投運。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的提升泵站。站內(nèi)安裝5臺18CJ-63型液壓全調(diào)葉片軸流泵，單泵流量10m3/s，設(shè)計揚程6.3米，水泵配套TL900-24/2150型6kV同步電動機，單機容量為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3150kVA/35/6kV主變壓器。大張莊泵站計算機監(jiān)控系統(tǒng)采用中國水利水電科學(xué)研究院自動化研究所最新開發(fā)的H9000 V3.0系統(tǒng)，實現(xiàn)了全廠機組和公用系統(tǒng)的計算機監(jiān)視及控制和生產(chǎn)過程管理，實現(xiàn)了與8套35KV高壓保護裝置、11臺6KV低壓保護裝置和5臺泵勵磁系統(tǒng)的串行通訊監(jiān)視及控制，形成了一個完整的開放型以太網(wǎng)分層分布的泵站實時閉環(huán)過程控制系統(tǒng)，提高了安全生產(chǎn)與自動化管理水平。本文首先介紹大張莊泵站計算機監(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、特點及其在現(xiàn)場的應(yīng)用情況。2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及配置系統(tǒng)采用分布式開放以太網(wǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，由廠級監(jiān)控層以及現(xiàn)地控制層構(gòu)成。系統(tǒng)通過10/100MB快速光纖以太網(wǎng)實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)，其容量大，速度快，實時性、開放性俱佳。系統(tǒng)硬件配置如下：(1) 兩臺主機兼操作員工作站，采用美國康柏公司的COMPAQ AP200/750系列產(chǎn)品構(gòu)成雙機熱備系統(tǒng)，各配有兩臺21”高密彩顯(16001200)，帶鍵盤、鼠標(biāo)及CD-ROM。(2) 一臺電話語音報警工作站，采用COMPAQ AP200/550系列產(chǎn)品，實現(xiàn)電話報警功能，并支持電話查詢及啟動BP機傳呼系統(tǒng)；同時實現(xiàn)與模擬屏進行數(shù)據(jù)通訊。(3) 一臺串口通訊工作站，采用COMPAQ AP200/550系列產(chǎn)品，實現(xiàn)與35kV保護系統(tǒng)、6kV保護系統(tǒng)、勵磁系統(tǒng)進行串口數(shù)據(jù)通訊。(4) 站級系統(tǒng)配備兩臺SANTAK 3kVA在線式UPS。(5) 兩臺打印機，一臺Epson 1600K打印機；一臺HP LJ 5000LE激光打印機。(6) 現(xiàn)地控制單元由6套盤柜構(gòu)成。5臺泵和公用系統(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、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、語音報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)的全部計算機都直接接入網(wǎng)絡(luò)交換機，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工作站的CRT上顯示，控制命令可直接由工作站下達給各LCU，不需經(jīng)其他計算機系統(tǒng)轉(zhuǎn)發(fā)。網(wǎng)絡(luò)上接入的每一個設(shè)備都具有自己特定的功能，實現(xiàn)功能的分布。即提供了某個設(shè)備故障只影響局部功能的優(yōu)點，又利于今后的功能擴充。 為了滿足系統(tǒng)“無人值班”(少人值守)對系統(tǒng)可靠性的要求，整個系統(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)庫冗余技術(shù)等。3系統(tǒng)功能大張莊泵站計算機監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控對象包括五臺泵、公用系統(tǒng)、35kV系統(tǒng)、6kV系統(tǒng)、勵磁系統(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LCU對全廠主要設(shè)備的運行狀態(tài)和運行參數(shù)自動定時的進行采集，并作必要的預(yù)處理后，存于實時數(shù)據(jù)庫，供計算機系統(tǒng)實現(xiàn)畫面顯示、制表打印及完成各種計算、控制等功能時使用。對于所有數(shù)據(jù)采集輸入點，可以通過人機聯(lián)系設(shè)置掃查投入與退出、報警禁止與使能、參數(shù)限值修改等。(2)事件報警事件報警分辨率5ms，報警方式：順序顯示和打印語句，登錄動作設(shè)備器件名稱、內(nèi)容及時間。事故報警時，發(fā)出語音報警信息。對相關(guān)模擬量作追憶記錄。(3)實時控制與調(diào)節(jié)根據(jù)運行方式選擇，可由中控室運行人員通過計算機監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)出各種生產(chǎn)過程的控制及調(diào)節(jié)命令，監(jiān)視操作的全部流程，如水泵開停、葉角調(diào)節(jié)及斷路器分合等自動操作，對低壓斷路器、高壓斷路器以及變壓器分接頭升降的控制和對勵磁電流、功率因數(shù)的調(diào)節(jié)。(4)安全運行監(jiān)視中控室值班運行人員借助監(jiān)控系統(tǒng)人機界面，監(jiān)視泵站的生產(chǎn)過程和運行情況，各點參數(shù)及其變化趨勢和設(shè)備狀態(tài)，在運行狀態(tài)發(fā)生變更時能及時進行分析和處理。當(dāng)發(fā)生事故或某些重要故障時，則自動轉(zhuǎn)入事故、故障顯示，并推出相應(yīng)事故、故障環(huán)境畫面。當(dāng)進行某項設(shè)備操作時，自動推出相應(yīng)操作控制畫面與過程監(jiān)視畫面。(5)模擬光字牌在上位機工作站以畫面形式模擬光字牌。當(dāng)機組發(fā)生緊急停機的事件時，系統(tǒng)工作站的輔屏?xí)詣油瞥龉庾峙?，供泵站運行人員分析緊急停機原因。(6)語音報警、電話自動報警及查詢運行人員可對系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫進行設(shè)置語音報警點設(shè)置，當(dāng)發(fā)生事故時，監(jiān)控系統(tǒng)可以進行語音報警和電話自動報警，電話自動報警可順序設(shè)置若干個電話號碼或?qū)ず魴C號碼。事故發(fā)生時，系統(tǒng)能根據(jù)設(shè)置情況發(fā)出語音報警信息，自動啟動電話和傳呼系統(tǒng)進行報警；系統(tǒng)還提供電話查詢功能，可通過電話查詢當(dāng)前泵站設(shè)備運行情況。(7)系統(tǒng)通信管理通過以太網(wǎng)連接的各設(shè)備間的通訊：作為網(wǎng)上的節(jié)點之一的各工作站同時從以太網(wǎng)接收各LCU發(fā)送的實時數(shù)據(jù)并存入數(shù)據(jù)庫，以保證所有節(jié)點數(shù)據(jù)庫的實時性和獨立性；下行控制命令由擁有控制權(quán)的計算機節(jié)點設(shè)備發(fā)出，直接發(fā)送至相應(yīng)的LCU節(jié)點。串口通訊工作站采用串行通訊方式，并運用各種規(guī)約，實現(xiàn)了與泵站下列系統(tǒng)之間的通信： 與35kV保護系統(tǒng)之間的通信，采用RS422接口及IEC-103規(guī)約；與6kV保護系統(tǒng)之間的通信，采用RS232接口及CDT91規(guī)約；與勵磁系統(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)功能是實現(xiàn)“無人值班”(少人值守)的重要條件，系統(tǒng)是由多個設(shè)備構(gòu)成，每個設(shè)備不僅進行內(nèi)部自檢，還進行互檢，形成系統(tǒng)檢測診斷報告，并將異常情況及時報警，通知運行或值守人員，以便及時進行處理，并對某些異常情況進行自動隔離與自恢復(fù)處理。以保證系統(tǒng)的連續(xù)運行。(9)系統(tǒng)授權(quán)管理系統(tǒng)對不同的用戶如系統(tǒng)管理員、運行操作員、一般監(jiān)視人員建立用戶，進行授權(quán)管理，如運行操作員具有對現(xiàn)場設(shè)備的操作控制權(quán)。系統(tǒng)管理員可進行系統(tǒng)授權(quán)管理。(10)系統(tǒng)實時時鐘管理操作員工作站定時向各計算機發(fā)送時間同步信號，校對系統(tǒng)內(nèi)各設(shè)備的時間，實現(xiàn)整個系統(tǒng)時間同步。(11)雙機檢測與切換兩臺操作員工作站通過網(wǎng)絡(luò)互相檢測對方的工作狀況，一旦檢測到軟硬件故障，則立即根據(jù)故障嚴(yán)重程度和對方機器工作情況進行決策，確定是否進行雙機主控備用切換；如果檢測到某機器的監(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切換為主控。另外通過人機界面也可進行手動切換。(12)運行日志、生產(chǎn)報表打印監(jiān)控系統(tǒng)自動形成日報表及月報表，可通過操作員站進行打印。(13)LCU的主要功能每臺LCU與系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)時，作為系統(tǒng)的一部分，實現(xiàn)系統(tǒng)指定的功能。而當(dāng)與系統(tǒng)脫離時，則能獨立運行，實現(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)置了開泵、停泵、緊急停泵、事故復(fù)歸、開輔機、停輔機、遠(yuǎn)方/現(xiàn)地等操作按鈕、開關(guān)及顯示水泵和輔機運行狀態(tài)的顯示燈等?？蓪崿F(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)現(xiàn)地手動開停機、緊急停泵及開停輔機等操作。各種控制功能。包括各臺泵開停機順控功能，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)的特點及現(xiàn)場應(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。利用計算機監(jiān)控系統(tǒng)開停機和調(diào)節(jié)功能將泵站的自動化水平提高到新階段。(2)技術(shù)先進，設(shè)備安全可靠系統(tǒng)具有良好的開放性、先進性和可移植性，各項性能指標(biāo)達到或超過了水電廠計算機監(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行要求。(3)減輕泵站運行人員的勞動強度，提高安全運行水平減輕了泵站運行人員的勞動強度，提高勞動生產(chǎn)率及泵站的安全運行水平，為泵站減人增效創(chuàng)造了先決條件。(4)為實現(xiàn)“無人值班”(少人值守)奠定了基礎(chǔ)大張莊泵站計算機監(jiān)控系統(tǒng)工程的實施，進一步提高了全廠生產(chǎn)自動化水平，為實現(xiàn)泵站“無人值班”(少人值守)奠定了基礎(chǔ)，具有非常高的推廣應(yīng)用價值。該系統(tǒng)自2001年4月開始進入現(xiàn)場調(diào)試階段，并于2001年5月全部投運。自投運以來，系統(tǒng)運行安全無誤，確保了天津市城市供水工作的正常進行。5結(jié)束語通過大張莊泵站計算機監(jiān)控系統(tǒng)的升級改造及應(yīng)用，有效地提高了泵站的綜合自動化水平，取得了良好的經(jīng)濟效益和社會效益，在引灤入津工程沿線各級泵站中獲得了一致好評，并為今后灌區(qū)提水泵站及城市供水泵站的自動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 大張莊泵站計算機監(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保護系統(tǒng)6kV保護系統(tǒng)勵磁系統(tǒng)雙絞線光纖送模擬屏KB17 CRT12801024電話語