貴港庫區(qū)泵站集中計算機監(jiān)控系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)

1、 貴港庫區(qū)泵站集中計算機監(jiān)控系統(tǒng)的設計與實現(xiàn) 摘要：為進一步提升貴港庫區(qū)泵站群科學管理水平，提高泵站運行的安全性、可靠性，提高生產(chǎn)效率的目的；廣西西江開發(fā)投資集團有限公司（以下簡稱：西江集團）建設了貴港庫區(qū)泵站集中監(jiān)控系統(tǒng)。本文主要介紹泵站集中監(jiān)控系統(tǒng)的總體設計思路、網(wǎng)絡組網(wǎng)方案以及集控中心監(jiān)控系統(tǒng)的控制安全性、人機界面設計等系統(tǒng)實現(xiàn)要點。關鍵詞：泵站群；集控中心；計算機監(jiān)控系統(tǒng)；混合型拓撲結構；控制安全性；人機界面設計0引言貴港庫區(qū)泵站群屬于西江集團管理的貴港航運樞紐工程的一部分，是以防洪、排澇為主，兼顧灌溉的綜合性庫區(qū)防護工程，主要作用是與堤、閘結合防止外江洪水倒灌，同時把堤內洪水、徑流外

2、排，確保堤內人民群眾生命財產(chǎn)安全。建有瓦塘江、林橋江、大路橋、大沖二四個35KV變電站以及包含瓦塘江、林橋江、大路橋、大沖二等25座防洪排澇泵站，分散在貴港郁江兩岸40公里左右的沿江新塘、石卡、瓦塘等3個鄉(xiāng)鎮(zhèn)。庫區(qū)泵站分布圖如下：為進一步提升泵站的科學管理水平，提高泵站的安全性、可靠性，充分發(fā)揮工程效益，對泵站群進行了自動化改造，實現(xiàn)對整個庫區(qū)泵站的遠程集中監(jiān)控，減少了現(xiàn)地人員投入、有效降低了運行成本，形成了既可以在各站現(xiàn)地操作設備，又可以在集控中心對各站進行遠程監(jiān)視、操作的運行管理模式。1總體設計思路目前設備和運行要求相比泵站復雜多的國內外水電站，采用計算機監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)“無人值班、少人值守”

3、管理模式的非常普遍。法國電力公司管轄近500個電站，僅14個場所保留值班人員。日本東京電力公司所屬電廠156座，到上世紀90年代，無人化已達到98%以上。如今，國內大多數(shù)電站均按“無人值班、少人值守”管理模式建設，流域水電開發(fā)公司也都已實現(xiàn)集中監(jiān)控、“集群化”管理，如華能瀾滄江水電有限公司，在昆明集控中心實現(xiàn)了對其下屬漫灣電廠、小灣電廠和景洪電廠等電廠群的的遠程集中監(jiān)控，集控裝機容量達6270MW。隨著計算機和網(wǎng)絡控制、視頻數(shù)字化、光纖通訊等技術的迅猛發(fā)展和日益普及，技術上為“無人值班、少人值守”提供了強有力的技術支持。水電站的集控中心建設，目前采取的有兩種模式，一是每個電站具有完整的計算機監(jiān)

4、控系統(tǒng)，由現(xiàn)地控制單元LCU、操作員工作站、系統(tǒng)服務器、通訊工作站、網(wǎng)絡交換機等組成，集控中心計算機監(jiān)控系統(tǒng)一般由雙或多操作員站、雙冗余系統(tǒng)服務器、工程師站、通信工作站、網(wǎng)絡交換機等構成，集控中心的通訊工作站與各電站通訊工作站通訊，實現(xiàn)集控中心對下屬電站的遠程集中監(jiān)控。另一種模式是，所屬管轄各電站距離相對集中、機組容量不是很大、機組臺數(shù)不多情況下，在其中一個電站設置總控制室對各電站實行對各電站的集中監(jiān)視控制，其余電站視為地理位置擴大的一個電廠（即擴大廠站）。鑒于貴港庫區(qū)泵站群泵站相對數(shù)量較多，分部郁江兩岸等特點。如果借鑒上述第一種方式，需要配置的設備數(shù)量多、投資大、編程和維護難度大，由此產(chǎn)生的

5、相應管理費和人工費等均明顯較多。為此采用了一種基于貴港庫區(qū)泵站群的全開放的、分層分布式的“增強型擴大廠站”模式的整體解決方案，總體設計方案如下：將分布在郁江兩岸的泵站分別視為地理位置擴大的一個泵站（借鑒水電站擴大廠站模式），在江兩岸泵站容量大、人員相對集中的林橋站和瓦塘江站設立兩個分中心，在貴港庫區(qū)辦公樓設置集控中心。各個泵站根據(jù)泵組臺數(shù)、公用設備和開關站分部情況設置現(xiàn)地控制單元LCU，LCU具備監(jiān)控范圍內完整功能，可脫網(wǎng)獨立運行，配置觸摸屏作為人機界面。除了林橋站、瓦塘江站及集控中心外，其余泵站均不設置上位機計算機。設置在集控中心的上位機，主要配置系統(tǒng)服務器、歷史服務器、操作員工作站、通訊工

6、作站等，可直接對各泵站的所有LCU進行集中監(jiān)控。設置在林橋站、瓦塘江站的上位機，配置系統(tǒng)服務器兼操作員站，OPC通訊服務器，可直接對所屬泵站的所有LCU進行監(jiān)控。在貴港庫區(qū)辦公樓設置集控中心和管理、維護及辦公基地，對所有泵站進行日常運行、管理工作。兩個分中心通常只監(jiān)視，必要時可接替集控中心對所屬泵站進行日常運行及管理。采用這種設計方案，集控中心與所有泵站即構成了一個物理距離擴大的廠站，所有泵站按照“無人值班、少人值守”的運行管理模式，值班人員統(tǒng)一在集控中心運行。同時也可在分中心實現(xiàn)對所屬泵站的集中監(jiān)控，所以此種方案又比通?！皵U大廠站”模式有所加強。2庫區(qū)泵站群網(wǎng)絡組網(wǎng)方案根據(jù)設計思路，貴港庫區(qū)

7、泵站群集控網(wǎng)絡拓撲采用混合型拓撲結構，環(huán)型拓撲、星型拓撲、樹形拓撲混合而成的環(huán)-星-樹拓撲結構。核心節(jié)點集控中心和兩個匯聚節(jié)點林橋分中心、瓦塘分中心各部署1臺高速以太網(wǎng)環(huán)網(wǎng)交換機構成環(huán)網(wǎng)，傳輸介質采用單模光纖。左岸的沖塘、大沖一、王玉站等7個泵站以樹形網(wǎng)絡接入林橋分中心，林橋站LCU和林橋站上位機以星型網(wǎng)接入林橋分鐘中心交換機；右岸的石古塘、木橋沖、古蘭、大陸橋等15個泵站以樹形網(wǎng)接入瓦塘分中心，林橋站LCU和林橋站上位機以星型網(wǎng)接入林橋分鐘中心交換機，傳輸介質采用單模光纖或無線通信?；旌闲屯負浣Y構的優(yōu)點是：1）網(wǎng)絡可靠、核心交換機端口利用率提高。2）故障診斷和隔離較為方便。一旦網(wǎng)絡發(fā)生故障，

8、只要診斷出哪個網(wǎng)絡設備有故障，將該網(wǎng)絡設備和全網(wǎng)隔離即可。3）易于擴展?？梢约尤胄碌木W(wǎng)絡設備，也可在每個網(wǎng)絡設備中留出一些備用端口。4）安裝方便。網(wǎng)絡的主鏈路只要連通匯聚層設備，然后再通過分支鏈路連接匯聚層設備和接入層設備。5）有效地節(jié)約光纜布線投資。3集控中心計算機監(jiān)控系統(tǒng)的實現(xiàn)3.1系統(tǒng)組成與結構集控中心采用了南京南瑞集團公司基于NC2000組態(tài)軟件的計算機監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)基于分布式對象計算技術，從系統(tǒng)規(guī)劃、設計、軟件實現(xiàn)到提供給用戶的組態(tài)工具、應用界面都使用了面向對象的跨平臺技術。遵循TCP/IP、SQL、ODBC、JDBC、Java、RMI、OPC等國際標準和被廣泛使用的軟件工具，具有

9、充分的開放性、可擴展性和異構平臺適應性。集控中心配置有6臺上位機，分別為：2臺熱備冗余系統(tǒng)服務器、1臺歷史服務器、2臺操作員站、1臺通訊機。兩個分中心各設置有2臺熱備冗余系統(tǒng)服務器兼有歷史數(shù)據(jù)存儲及操作員站功能?，F(xiàn)地控制單元由控制柜、開關柜、UPS電源組成?？刂乒裰邪琍LC、觸摸屏、電動機保護器等設備，動力柜包含軟啟、接觸器、斷路器等設備。在控制上，現(xiàn)地控制單元分手動、自動兩種控制狀態(tài)。其中手動回路可以保證在PLC故障的情況下，通過按鈕啟停電機實現(xiàn)對水泵的控制。自動則是通過PLC對電機狀態(tài)、水位信息實時收集分析，實現(xiàn)對水泵的自動啟停及保護。3.2系統(tǒng)功能泵站集控中心計算機監(jiān)控系統(tǒng)能迅速可靠、

10、準確有效地完成對各泵組的安全監(jiān)視和控制，以及對整個泵站的運行管理。主要功能包括：1）集中控制功能系統(tǒng)能實時、準確、有效的完成各泵站的集中監(jiān)視和控制。系統(tǒng)控制方式分為集控中心控制、分中心控制和泵站現(xiàn)地控制。系統(tǒng)控制權轉換按現(xiàn)地優(yōu)先和無擾動的原則設計。系統(tǒng)的控制功能主要有泵組的啟/?？刂啤嗦菲?隔離開關合/分以及其他設備控制。2）數(shù)據(jù)的采集根據(jù)現(xiàn)場的各個采集單元，通過網(wǎng)絡通訊，采集各個現(xiàn)地控制單元及故障信息，采集泵站電機電壓、電流、功率、設備狀態(tài)、水位信息，電源系統(tǒng)狀態(tài)，通道狀態(tài)及其它有關操作信息，存入數(shù)據(jù)庫，用于顯示器畫面更新、控制調節(jié)、記錄檢索、操作指導及事故記錄和分析。3）人機界面數(shù)據(jù)畫面

11、以動態(tài)數(shù)據(jù)、模擬畫面等來形象的反映泵站的實時水位、電機運行的電壓和電流信號，以不同顏色字符串顯示設備狀態(tài)或故障以及各種不滿足操作條件的提示等。運行值班人員可以直接通過監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)視器對系統(tǒng)內各主設備運行狀態(tài)和運行參數(shù)進行實時監(jiān)視。4）統(tǒng)計和計算功能監(jiān)控系統(tǒng)還能對各設備的運行情況進行統(tǒng)計記錄，某些信息還將自動提示給操作值班人員，統(tǒng)計的類型包括設備正常及非正常投切次數(shù)、設備運行時間等。對于各設備狀態(tài)還將進行變位及變位時間的統(tǒng)計，自動生成一覽表及日志，必要時還可產(chǎn)生報警。另外，系統(tǒng)還可以對泵站的運行狀態(tài)作詳細統(tǒng)計記錄，并可以自動生成運行統(tǒng)計報表，還可以根據(jù)實際水位及水泵運行情況計算抽水量并記錄。5）系

12、統(tǒng)自檢和故障處理監(jiān)控系統(tǒng)具備完善的系統(tǒng)自檢、診斷與自恢復功能，主要包括主機自檢、軟件任務超時處理及通道故障檢測，故障點能診斷到模塊。當診斷到外圍設備故障時，能自動將其切除并發(fā)信號，軟件超時還能實現(xiàn)部分功能軟件的故障自啟動功能。通道檢測包括對網(wǎng)絡、通信通道、I/O過程通道在線自動檢測，檢測的內容有通道數(shù)據(jù)有效性合理性判斷、故障點自動查找及故障自動報警等功能。3.3VLAN劃分為限制網(wǎng)絡上的廣播，將網(wǎng)絡劃分為3個VLAN，集控中心、瓦塘分中心、林橋分中心各劃分至一個VLAN內，以減少參與廣播風暴的設備數(shù)量，提高局域網(wǎng)的安全性和網(wǎng)絡性能。分中心部署華為S3700交換機，而集中中心部署S5700。集控

13、交換機與分中心交換機通過Eth-Trunk組網(wǎng)保證可靠性。3.4控制安全性集控中心的功能包括對所屬泵站實行集中控制、實時采集各級電站的運行數(shù)據(jù)等。泵站的控制可分3個層次：各泵站LCU就地控制，分中心計算機監(jiān)控系統(tǒng)的廠站級控制，集控中心計算機監(jiān)控系統(tǒng)的遠方控制?？刂频臋嘞薨淳偷亍S站、集控中心從高到低，控制權限可通過操作開關和計算機軟件切換或閉鎖。從集控中心運行人員在操作員工作站發(fā)出控制命令，到電站現(xiàn)地執(zhí)行機構動作，中間要經(jīng)過多個計算機硬件和軟件及長短不一的通信通道，它們的物理特性、軟件策略各不相同。為保證控制（包括負荷調節(jié)）的安全可靠，在集控中心設計和實現(xiàn)時必須對整個梯級系統(tǒng)的控制安全性進行認

14、真、仔細的規(guī)劃和設計。集控軟件的設計和實現(xiàn)充分考慮了以下要點：1）控制和調節(jié)方式的切換應有相應的閉鎖條件，以保證電站設備的運行狀態(tài)不產(chǎn)生波動?？刂品绞降脑O定和切換應不影響數(shù)據(jù)采集的進行，包括各系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)交換，以及各級的數(shù)據(jù)采集。2）任何一級（LCU、廠站級、集控中心級）系統(tǒng)或通信通道的局部故障或重置，都應保證整個系統(tǒng)的控制安全和穩(wěn)定。緊急狀態(tài)下，根據(jù)調度規(guī)程實現(xiàn)緊急控制。3.5人機界面設計集控中心包括24個規(guī)模各不相同的泵站，泵站內的各種主輔設備、主接線等監(jiān)視操作畫面。各泵站的信息匯總到集控是大量的，人機界面如果不經(jīng)過認真設計就提交給集控中心運行人員，毫不夸張地說，那對集控中心運行人員將是災

15、難性的。所以對貴港集控計算機監(jiān)控系統(tǒng)的人機界面的設計本著下面兩個基本原則：可立即找到想監(jiān)控的頁面頁面信息量要豐富如貴港庫區(qū)泵站分布圖，在此畫面匯總顯示了各泵站最重要的信息，如綜合故障、泵站水位、泵組運行狀態(tài)，而且每個泵站顯示區(qū)域與該泵站詳細監(jiān)控畫面做了鏈接，可以一鍵打開各泵站監(jiān)控圖，此畫面即是日常運行人員最關注的監(jiān)視畫面，也是導航頁面。貴港庫區(qū)泵站分布圖，發(fā)現(xiàn)某一泵站綜合報警信號變紅（變紅表示有報警信息），點擊該泵站區(qū)域，即可調出該泵站監(jiān)控圖，如點擊瓦塘站，調出瓦塘泵站監(jiān)控圖，圖如下：該畫面匯總顯示泵站所有泵組的電流、電壓、故障報警、運行狀態(tài)等詳細信息，并且點擊想要操作的機組，在控制權允許的情況下便可進行對泵組的啟/停操作。4結語貴港庫區(qū)泵站集中監(jiān)控系統(tǒng)