淮三泵站監控系統結構和功能

袁長治 葉建琴

(江蘇省江都水利工程管理處，江蘇 江都 225200)

淮三泵站工程位于淮陰市境內，樞紐工程由110/10kV 戶內變電所、淮三泵站等建筑物組成。工程的主要作用是南水北調。泵站安裝四臺6.6 kV 臥式變頻器拖動的同步電機，單機容量為2200 kw。變電所安裝主變二臺，新變壓器容量為25000 kVA 及現有變壓器20000kVA。所用變一臺，安裝于110KV 變電所內。站用變一臺，安裝于泵站內。

1 系統結構

采用分散控制集中管理的分層分布式結構。是一個以通訊網絡為紐帶的集中顯示、集中操作、集中管理、分散控制的二級控制系統。

第一級為現地控制級，由三套現地單元控制柜、四套勵磁控制柜、七套微機保護、測量柜和各類傳感器(水位、壓力等)組成。

三臺現地控制單元(1～2 號機一套、3～4 號機一套、輔機系統一套)組成三臺現地單元控制柜分別對1～4 號機、站變、進線、輔機等設備進行測量和控制。現地單元控制柜，主要可分為三部分:觸摸屏、PLC 即可編程控制器、控制繼電器。其主要功能體現在:采集模擬量、各種開關量、數字量、溫度模擬量(主機電機定子線圈、上油缸、上導、推力瓦、下油缸、下導溫度)等信號;與此同時，執行站控級發布的控制命令，實施一定的操作與控制。以太網(10M～100M 自適應)，是現地單元控制柜和站控級計算機之間進行通信的中介。數據經過相應處理后，再將其通過以太網上傳給站控級主機與從機，實現信息的處理，而站控級主機也會定時將這些有關數據上傳于控制中心的數據服務器，實現數據共享。在觸摸屏上可實時顯示現場運行的實時數據，也可在觸摸屏上進行實時控制。

四臺微機勵磁控制柜分別給4 臺同步電機提供勵磁，根據泵站的實際情況，可以采取不同的方式(恒電流、恒電壓、恒功率因數、恒觸發角)運行，同時可以提供勵磁電流、勵磁電壓、功率因數等電量的測量與調節。

七臺微機保護柜對4 臺同步電機、站變、進線和站變低壓出線等進行可靠的微機保護。同時能提供電流、電壓、有功功率、無功功率等電量和各種保護信號的測量。水位、壓力等各類傳感器，主要用于測量水位等非電量，實現對4～20MA 模擬電流信號的輸出，然后通過A/V 轉換模塊轉換為數字信號，然后經以太網網絡，將數字信號傳送給站控級主機。

站控級是作為泵站的第二級所存在的，其主要構成部分為監控主機一臺、監控從機一臺、打印機等。監控主機、監控從機與現場三臺現地單元控制柜，通過網絡交換機組成泵站監控工業以太網(網絡的速率10M/100M 自適應)，平時主機處于工作狀態，負責收集現場采集的測控數據，下傳有關的控制指令;處于熱備份狀態的從機，則主要負責對主機工作狀態的時刻監視，主機一旦出現異常情況，發出警報的同時，主機的全部工作也立刻由從機接管，待主機恢復后，依舊掌握控制權;此外，從機還可采集故障期間的數據，并將其上傳于主機，在數據的連續性得以保證的同時也增強了整個系統的安全性與可靠性。數據服務器負責將現場的實時數據存入數據庫，實現數據共享。

高壓控制柜需要設置自動開關和手動開關，實現現場手動控制和機組自動控制之間的互為備份。自動方式控制時，整個系統實現自動控制;手動方式控制時，手動完成控制，而系統置于監視狀態，能夠進行獨立的運行以及日常維護工作等，這樣有助于泵站整體的可靠運行。在五臺現地控制單元中設有觸摸屏可實現顯示現場的數據，還可以通過觸摸屏對現場設備進線控制。

監控系統的控制權依次設為現地、站控制級、遠方三級，三級之間可實現無擾動的切換，站控制級與遠方控制需要通過有關的授權才可以進行操作，而控制系統也需要設有帶密碼的授權與核對程序。

2 監控工作站功能

2.1 聯網功能

站監控主機是三站監控系統的上位機。其主要功能如下:連接局域網，利用網絡接收帶有密碼的控制中心調度控制指令，同時將本站的實時運行信息等發送給局域網。

2.2 數據的采集與處理功能

采集的數據主要包含:

(1)開關量(按信號重要程度可分圍中斷型和非中斷型開關量):事故和狀態信號。

(2)模擬量:溫度量、電氣與非電氣模擬量。

(3)其它量:壓力量、水位及流量等。

系統可對泵站的各項實時數據和狀態信號進行巡測，將必要數據預處理，構建當地的實時數據庫和歷史數據庫。

2.3 統計、計算功能

(1)依據實時數據，由電量統計系統實現運行統計、電量的計算與分類。

(2)計算機監控系統，實現對當年、當月、當日、當班的各種事故或故障內容與次數的統計，記錄在案，保存資料。

(3)統計并記錄當班、當月、當年的參數越復限情況，這項工作可由計算機監控系統自動進行。

(4)統計設備的運行時間，作為設備使用壽命及狀態、運行安全可靠情況的依據;系統工程師也可在線修改判別設備運行狀態的條件、預置參數以及計算公式等。

(5)水量統計系統根據所測的實時數據，對各單機及全站當班、當日、當月、當年的水量進行累計。

2.4 調度的優化與自動運行

(1)優化調度的自動運行:在機組安全運行，未出現汽蝕與區域振動的情況下，依據調度所下達的調水量、前后池的水位以及泵組的運行效率曲線，泵站的計算機監控系統可以為優化調度而編制運行程序，同時依據機組建立的最佳運行數學模式，對泵站機組的最佳開機臺數以及水泵葉片的角度進行自動確認，確保機組在最佳的運行工況下進行，減少能源消耗，最大化的實現泵站的經濟運行，需要時也可實現最大出水量運行。參與經濟運行的機組，可以人工進行預設，并由計算機自動分析每臺機組參與經濟運行的情況，并做出相應的處理。而參與經濟運行的每一臺機組所接收的開機、停機、葉角調整等指令均可由自動運行程序發出并實現閉環自動調節，也可只于計算機監控系統的顯示器上對操作建議進行顯示，指導開機運行，對值班工作人員手動的開機、停機、調節葉角的命令實現提示。

(2)開操作票:開機、停機操作，主變、站變的開停操作等都是泵站比較常用的重要操作，依據現場操作規程，系統可自動生成運行操作票，同時實現編輯、閉鎖、確認及打印等各項功能。

2.5 設備運行統計記錄和生產管理

統計類型主要分為設備正常、非正常投切次數和運行時間等。計算機監控系統統計并記錄了各個設備的運行狀況，同時自動將某些信息提示于操作值班人員。統計各個主設備與各個主要輔助設備狀態的變位以及變位時間，必要時可發生警報;此外，統計參數越限、定值變更等情況，自動生成多類日志、報表、打印操作等。全部功能主要體現在以下幾個方面:

(1)泵站運行記錄

其內容涵蓋了泵組抽水量、線路送電量、站用電量與效率等的當年、當月、當日、當班的記錄，利用調度或運行值班人員人機對話的方式實現對其初值和實踐區段的設置。

(2)記錄主要電氣設備的動作與運行

對各個主要電氣設備的動作次數、運行時數進行自動統計與記錄，其中包括泵組的開停次數、劣跡開機運行時數、此次開機運行時間、泵組停機小時數及檢修退出時數。站變:開、停次數;本次運行時間，累計運行時數，停運小時數，站變檢修退出時數、正常跳閘次數，事故跳閘次數。開關:斷路器合閘次數，正常跳閘次數，事故跳閘次數。

(3)操作記錄

統計并記錄包含手動開停機、斷路器的手動合跳閘等各項操作。

(4)定值變更記錄

記錄所有定值變更情況，存入數據庫以便隨時查詢。

(5)事故及故障統計記錄

統計并記錄當年、當月、當日、當班的各類事故及故障的內容與次數，存為資料。

(6)統計并記錄參數越復限情況。

(7)統計并記錄主要設備與裝置的退出運行情況，可作為判斷其使用狀況與壽命、運行安全性、可靠性的依據。

(8)打印運行日志與報表。依照運行、操作人員的管理與要求等，利用計算機監控系統實現對日志與報表的打印，可預先設置打印的內容、打印格式。打印方式可分為定時自動打印，隨機召喚打印等形式。

2.6 人機聯系

利用顯示器、鼠標、鍵盤及打印機等，人機聯系操作人員可實現對全站運行的控制、監視、調節、畫面調度、在線修改定值、報表顯示與打印等。

交互式人機接口軟件，實現了人機對話所形成的各項監視與控制功能，且方法簡便、靈活。

2.7 系統自檢與自動重啟動

自檢、軟件任務超時處理、過程通道故障檢測是系統自身所具有的重要功能。包含磁盤、內存、CPU 以及I/0 在內的主工作站出現故障或軟件任務執行不正常的情況時，控制權可自動切換到備用工作站;而軟件超時則可激發軟件故障自啟動功能的實現。對通道的檢測涵蓋了自動在線檢測1/0 過程通道，自動查找故障點或出現故障自動報警，以及判定通道數據的有效性與合理性等功能。

2.8 雙機熱備，故障自動切換

系統的上位機設計采取雙機冗余理念，利用以太網進行通信，實現了對運行值班主機的預先、任意選定，通過系統軟件跟蹤并判別值班主機的通信、軟件、硬件及運行狀態，一旦發生異常狀況，系統即可發出切換信號，由備用機代替值班主機工作，并發出主機故障提示。

2.9 系統診斷和仿真培訓

PLC 均有自診斷和自動測試程序，中央級控制機系統具有在線測試軟件，離線測試軟件和硬件測試程序。系統具有模擬現場運行各種工況。可進行仿真模擬運行，進行仿真培訓。

3 現地控制單元

(1)與上位機通訊，接收上級開、停機，工況調節等命令。

(2)依照上級控制指令，實現機組的自動開停調節，公共輔機的自動開、停操作等。

(3)根據上級調節命令，實施主變的自動開、停等操作。

(4)將實時運行信息傳送給上位機。

(5)指令可實現人工鍵入，自動開、停、調節，同時可顯示機組運行的各種參數。

(6)采集并處理相關數據，實施系統診斷。

(7)識別運行狀態，故障的多重保護。

(8)具有自檢功能。

(9)硬件熱插拔。

(10)站內控制機組運行的最高級別自動控制單元為現場就地控制單元，保證了上位機發生故障或者脫離監控時，機組依然可以正常運行，實現程序控制等操作。

(11)聯網功能:PLC 具有以太網口。

4 系統具有可靠性

除擇取具有較高可靠性的硬件設施外，還具有以下操作功能，以保證并不斷提高系統的可靠性:

(1)正常情況下，現場監控單元在系統的集中指揮下正常運行，一旦系統出現故障或發生緊急狀況，它也可獨立運行，所以，個別的現場監控單元出現故障并不會影響系統和其他構成單元。

(2)應對系統的軟件和硬件，設置“看門狗”功能，即監控定時器。

(3)美國wondeware 公司的產品是監控軟件的良好選擇，其具有成熟的監控軟件包INTOUCH8.0 開發應用軟件，保證了系統軟件安全、可靠運行。

(4)操作應盡量避免錯誤和失誤，規定控制指令發布的操作權限，命令應通過巡回認證，并合理判別、處理數據。

(5)光隔技術的應用，解決了強電環境下對系統信號的輸入難題，浮空接地技術在現場監督單元實現了有效應用，輸出的信號也均采用光電隔離、中間斷電器隔離及電源系統的低壓避雷等的綜合保護措施，有效防止了雷電影響與工業干擾，有效降低了數據出錯及元件損壞的概率。

(6)防火墻在監控系統和網絡之間的有效建立，有利于鑒別內外部指令，保障系統的安全性。

5 故障報警

主菜單中應設置命令檢索與報警功能，同時可以提供用戶最近時段的報警記錄和命令各500 條。全站設有普通話女聲的一套語言報警裝置，不同的事故或障礙使用不同頻率的音響。因此，發生事故或故障時，語言報警設備可自動發出語言報警，將事故或故障位置自動顯示與相應畫面之上。這其中，故障有預告和事故之分，均可實現手動或延時自動復歸。

6 監控系統軟件

監控系統軟件包括四大部分，即計算機系統軟件(Windows2003XP)、基本軟件包括開發平臺和運行平臺(Intouch 8.0)、數據庫管理軟件(INSQ sever 8.0 500 tag )、報表軟件(AF Perseat )、網頁瀏軟件(Suite voyaster 2.0)、服務器軟件(Suite voyaster CAL)(客戶端許可證)、工具軟件以及應用軟件。系統軟件，是由生產廠商提供的與計算機硬件設施一起購入的軟件，主要作用為監控系統其他軟件提供運行環境和用戶軟件的開發手段，比如用戶程序的編譯、編輯、聯接，任務的插入、運行及推出等;基本軟件是一種必須的軟件，主要作用為監控系統的基本監控功能的實現，比如數據的采集與處理、數據庫管理、生成報表、顯示圖形及語音報警軟件等;應用軟件則為實現生產過程中的操作或控制功能軟件，比如水泵優化運行、水情調度等軟件;工具軟件主要是致力于系統開發效率提高的軟件，有利于軟件開發與維護強度的減弱，提高系統的可維護性，促使系統達到真正對用戶開放的目的。