GE監(jiān)控系統(tǒng)在大型排澇泵站的應(yīng)用

李俊杰　蘇文瑤

（益陽(yáng)市大東口（明山）電排管理站　益陽(yáng)市　413200）

GE監(jiān)控系統(tǒng)在大型排澇泵站的應(yīng)用

李俊杰蘇文瑤

（益陽(yáng)市大東口（明山）電排管理站益陽(yáng)市413200）

某大型泵站經(jīng)過(guò)兩次更新改造，2009年泵站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)采用390-30PLC系列及人機(jī)界面軟件，2013年將1#機(jī)組、4#機(jī)組及公用設(shè)備升級(jí)為PAC3i系列。改造后經(jīng)過(guò)實(shí)踐運(yùn)行效果良好。文章從實(shí)踐上介紹了GE公司監(jiān)控系統(tǒng)在大型排澇泵站的成功應(yīng)用。

GE監(jiān)控系統(tǒng)自動(dòng)化應(yīng)用大型排澇泵站

某大型泵站位于益陽(yáng)市南縣明山頭鎮(zhèn)，是一個(gè)具有防洪、排澇等功能的綜合水利工程。泵站工程始建于1974年，1977年竣工受益。經(jīng)過(guò)1993～2005年及2007～2009年2次更新改造后，現(xiàn)裝機(jī)總?cè)萘繛?3 800 kW，總流量150 m3/s。在2009年更新改造中，泵站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)采用了GE公司的90-30PLC系列及人機(jī)界面軟件，實(shí)現(xiàn)了通過(guò)監(jiān)控工作站及人機(jī)界面軟件進(jìn)行機(jī)組自動(dòng)化操作、系統(tǒng)的聯(lián)鎖保護(hù)，另于2013年的自動(dòng)化升級(jí)改造中，將1#機(jī)組、4#機(jī)組及公用設(shè)備升級(jí)為PAC 3i系列，形成一種混搭模式，經(jīng)過(guò)一個(gè)汛期的考驗(yàn)正常運(yùn)行。其監(jiān)控中心位于泵站中控室，監(jiān)控整個(gè)泵站設(shè)備運(yùn)行情況，包括6臺(tái)套機(jī)組、相關(guān)輔助設(shè)施監(jiān)控、供水系統(tǒng)、排水系統(tǒng)、微機(jī)保護(hù)和高低壓配電控制系統(tǒng)，還包括進(jìn)、出水池水位等水文點(diǎn)。

1　系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

泵站的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)采用符合國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的開(kāi)放系統(tǒng)的要求進(jìn)行設(shè)計(jì)和建設(shè)，監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)由1#～6#機(jī)組LCU、公用設(shè)備LCU、工作站等設(shè)備組成計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，組網(wǎng)采用超五類(lèi)屏蔽雙絞線組成星型局域網(wǎng)，協(xié)議為T(mén)CP/IP，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1。

2　系統(tǒng)功能

監(jiān)控系統(tǒng)在功能上分為監(jiān)控站和現(xiàn)地控制單元。監(jiān)控站設(shè)立2臺(tái)工作站、1臺(tái)打印機(jī)及模擬屏。現(xiàn)地控制單元的采用GE公司系列PLC及PAC系統(tǒng)，PLC系統(tǒng)由4套90-30 PLC組成，控制2#、3#、5#、6#機(jī)組，PAC系統(tǒng)由3套PAC3i PLC組成，控制1#、4#及公用設(shè)備。監(jiān)控站和現(xiàn)地控制單元通過(guò)以太網(wǎng)線連接，組成一個(gè)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)。

（1）計(jì)算機(jī)監(jiān)控及網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)通過(guò)各種傳感器，全方位采集機(jī)組和輔助設(shè)備，電氣設(shè)備及周邊設(shè)施，內(nèi)外河水位，監(jiān)視和控制泵站內(nèi)各種設(shè)備的運(yùn)行和操作，實(shí)現(xiàn)泵站的主要設(shè)備和線路的動(dòng)態(tài)監(jiān)視、測(cè)量、自動(dòng)控制和保護(hù)，實(shí)現(xiàn)泵站機(jī)組優(yōu)化運(yùn)行，調(diào)度通信，實(shí)現(xiàn)泵站工程管理自動(dòng)化，采用有人值班（或巡檢）方案。

（2）泵站為6臺(tái)機(jī)組設(shè)置一套LCU（現(xiàn)地控制單元），并設(shè)置一套公用設(shè)備LCU。

機(jī)組LCU按機(jī)組對(duì)象單獨(dú)設(shè)置，負(fù)責(zé)采集每臺(tái)機(jī)組設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)及狀態(tài)。對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并將處理的數(shù)據(jù)發(fā)送至中控層，接受并處理中控層發(fā)來(lái)的各種命令，實(shí)現(xiàn)對(duì)所屬設(shè)備的自動(dòng)控制。機(jī)組LCU完成機(jī)組的順序控制，自動(dòng)投入機(jī)組技術(shù)供水、微機(jī)PLC裝置、機(jī)組排風(fēng)扇，完成機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)采集處理，實(shí)現(xiàn)機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)的控制和調(diào)節(jié)及機(jī)組溫度巡檢等，運(yùn)行界面如圖2所示。

圖1　泵站計(jì)算機(jī)監(jiān)控結(jié)構(gòu)

圖2　LCU人機(jī)軟件畫(huà)面

公用設(shè)備LCU完成站用變、線路的運(yùn)行狀態(tài)和數(shù)據(jù)采集處理，實(shí)現(xiàn)各側(cè)斷路器的分、合閘控制。對(duì)輔機(jī)設(shè)備、防洪閘、內(nèi)外河水位、技術(shù)供水壓力監(jiān)測(cè)及直流220伏電源系統(tǒng)等的監(jiān)視。

為每臺(tái)LCU控制屏設(shè)置1臺(tái)現(xiàn)地工業(yè)觸摸屏監(jiān)控設(shè)備運(yùn)行，具有次高優(yōu)先級(jí)的控制權(quán)，當(dāng)控制屏的遠(yuǎn)方/現(xiàn)地切換開(kāi)關(guān)在現(xiàn)地位置時(shí)，人機(jī)會(huì)話單元上對(duì)設(shè)備發(fā)出命令，對(duì)機(jī)組斷路器、輔助設(shè)備進(jìn)行操作，還能閉鎖來(lái)自中控層的操作命令。

（3）中控層設(shè)置2臺(tái)監(jiān)控操作工作站，具有雙機(jī)熱備功能。在LCU控制屏的遠(yuǎn)方/現(xiàn)地切換開(kāi)關(guān)在遠(yuǎn)方位置時(shí)，可操作機(jī)組斷路器、輔助設(shè)備。

3　機(jī)組設(shè)備監(jiān)控內(nèi)容

泵站機(jī)組監(jiān)控由機(jī)組LCU柜執(zhí)行。根據(jù)《泵站設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB/T 5026-97）和《水利發(fā)電計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》（DL/T 5065-96）的有關(guān)要求，其監(jiān)控內(nèi)容為：

（1）機(jī)組運(yùn)行數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)。周期定時(shí)掃查和采集機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)。對(duì)主要測(cè)值進(jìn)行越限檢查與報(bào)警，記錄越限點(diǎn)號(hào)，發(fā)生時(shí)間，越限值，并對(duì)有關(guān)模擬量前后兩次數(shù)值進(jìn)行梯度變化率檢查，當(dāng)變化梯度越限時(shí)進(jìn)行報(bào)警或其他處理。

（2）進(jìn)行工況切換和操作。接受控制中心的控制命令或本地操作，完成機(jī)組的運(yùn)行工況轉(zhuǎn)換，設(shè)備運(yùn)行方式的轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)開(kāi)、停泵，斷路器分合操作等。對(duì)關(guān)鍵操作進(jìn)行有效性檢查和閉鎖保護(hù)。

（3）對(duì)事件和事故、故障進(jìn)行順序記錄。對(duì)機(jī)組運(yùn)行操作事件、事故和故障順序記錄，并存入本地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)。

4　主要監(jiān)控對(duì)象

（1）電動(dòng)機(jī)微機(jī)保護(hù)。

（2）電動(dòng)機(jī)非電量保護(hù)：電動(dòng)機(jī)定子溫度監(jiān)測(cè)及保護(hù)、電動(dòng)機(jī)油位監(jiān)測(cè)及保護(hù)。

（3）水泵非電量保護(hù)：水泵技術(shù)供水壓力監(jiān)測(cè)及保護(hù)、水泵軸承冷卻水故障保護(hù)。

（4）機(jī)組監(jiān)控。PLC輸出接點(diǎn)控制合、跳電動(dòng)機(jī)斷路器和開(kāi)機(jī)、抽水；PLC輸入接點(diǎn)監(jiān)測(cè)手動(dòng)開(kāi)機(jī)、手動(dòng)停機(jī)、現(xiàn)地控制、遠(yuǎn)程控制和微機(jī)保護(hù)給出的合、跳電動(dòng)機(jī)斷路器開(kāi)關(guān)工作狀態(tài)。

（5）輔機(jī)監(jiān)控：葉片調(diào)角機(jī)構(gòu)、微機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)裝置、冷卻水電池閥、進(jìn)、出水池水位限值監(jiān)測(cè)、機(jī)組排風(fēng)扇監(jiān)控。

5　監(jiān)控軟件

監(jiān)控軟件分成兩部分：平臺(tái)軟件和應(yīng)用軟件。

（1）平臺(tái)軟件包含操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)等。為方便系統(tǒng)兼容和軟件升級(jí)，平臺(tái)軟件采用了微軟的產(chǎn)品：2臺(tái)監(jiān)控工作站的操作系統(tǒng)均為MS Windows XP SP3，數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)為MS SQL Server2000版本。

（2）應(yīng)用軟件由現(xiàn)地控制層的PLC/PAC 3i軟件、LCU人機(jī)軟件和中控室監(jiān)控工作站應(yīng)用軟件組成。PLC完成基本的控制邏輯和采集工作，LCU的人機(jī)軟件提供人機(jī)交互的界面，完成本地的參數(shù)設(shè)置和采集工作。監(jiān)控工作站應(yīng)用軟件主要由運(yùn)行監(jiān)視與控制軟件、報(bào)表軟件、實(shí)時(shí)和歷史數(shù)據(jù)庫(kù)、數(shù)據(jù)采集處理軟件、通迅軟件、時(shí)鐘同步軟件以及模擬屏、培訓(xùn)軟件等組成。所有應(yīng)用軟件均有二級(jí)用戶(hù)操作權(quán)限控制。

① 數(shù)據(jù)庫(kù)和軟件建設(shè)。由實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)和歷史數(shù)據(jù)庫(kù)組成，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)主要有6臺(tái)套機(jī)組LCU、共用LCU和其它微機(jī)保護(hù)裝置傳來(lái)的各種實(shí)時(shí)模擬量、數(shù)字量和開(kāi)關(guān)量以及監(jiān)控單元發(fā)送的實(shí)時(shí)操作和事件記錄，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)保存當(dāng)天最新的數(shù)據(jù)。歷史數(shù)據(jù)庫(kù)主要有各監(jiān)控單元的歷史采集數(shù)據(jù)和運(yùn)行參數(shù)表，泵站各水利機(jī)械、電氣設(shè)備和水工建筑物的基本情況，管理調(diào)度信息，各順序事件、故障和事故記錄，以及電氣接線圖、運(yùn)行工況圖，運(yùn)行方式模型和有關(guān)公式的計(jì)算參數(shù)、系統(tǒng)參數(shù)。系統(tǒng)權(quán)限等表。

開(kāi)發(fā)相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫(kù)維護(hù)系統(tǒng)，對(duì)基本信息和系統(tǒng)信息進(jìn)行設(shè)置，提供數(shù)據(jù)備份功能，主要有：實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)管理模塊、歷史數(shù)據(jù)庫(kù)管理模塊、記錄數(shù)據(jù)庫(kù)管理模塊、參數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)管理模塊、計(jì)算數(shù)據(jù)庫(kù)管理模塊、數(shù)據(jù)導(dǎo)入導(dǎo)出模塊。

②數(shù)據(jù)采集與處理軟件。監(jiān)控應(yīng)用軟件的數(shù)據(jù)處理功能包括：校驗(yàn)傳輸誤差及進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸差錯(cuò)控制，對(duì)重要監(jiān)視量如溫度進(jìn)行趨勢(shì)分析，顯示泵組功率。上下游水位等運(yùn)行曲線。其主要功能組成為：各I/O通道輪巡、數(shù)據(jù)預(yù)處理、事件順序記錄、報(bào)警。

③通訊軟件。數(shù)據(jù)通訊軟件主要完成采集數(shù)據(jù)的接收以及各類(lèi)參數(shù)、命令的數(shù)據(jù)的發(fā)送，用于泵站監(jiān)控系統(tǒng)現(xiàn)地控制單元之間、泵站控制層與現(xiàn)地控制單元之間的遙信、遙測(cè)量傳送。主要功能為：通訊參數(shù)設(shè)置、事件順序記錄。主要協(xié)議為：TCP/IP、MODBUS。

④運(yùn)行監(jiān)視和控制軟件。監(jiān)控工作站通過(guò)該軟件界面和菜單選擇實(shí)現(xiàn)對(duì)泵站主要運(yùn)行參數(shù)、事故、故障、狀態(tài)和開(kāi)停機(jī)過(guò)程以數(shù)字、文字、圖形、表格、曲線等形式進(jìn)行動(dòng)態(tài)顯示或模擬顯示，運(yùn)行界面如圖3所示。

圖3　監(jiān)控工作站運(yùn)行畫(huà)面

⑤系統(tǒng)診斷。系統(tǒng)設(shè)備硬件故障診斷包括對(duì)主計(jì)算機(jī)外圍設(shè)備、通信接口和IO通道等設(shè)備進(jìn)行在線和離線診斷。具有軟件故障診斷功能，可以對(duì)軟件進(jìn)行在線診斷，診斷出故障軟件功能塊并發(fā)報(bào)警信號(hào)。當(dāng)進(jìn)行系統(tǒng)在線診斷時(shí)，不影響計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)泵站設(shè)備的監(jiān)控功能。

⑥用戶(hù)及權(quán)限管理。系統(tǒng)可設(shè)置用戶(hù)及用戶(hù)組，并對(duì)所有用戶(hù)的操作權(quán)限進(jìn)行管理和控制。可以設(shè)置任意多個(gè)用戶(hù)組，對(duì)每個(gè)用戶(hù)組設(shè)置該用戶(hù)組應(yīng)有的權(quán)限。將用戶(hù)設(shè)置到相應(yīng)的用戶(hù)組即可享有該用戶(hù)組具有的權(quán)限，一個(gè)用戶(hù)可以用時(shí)屬于多個(gè)用戶(hù)組，享有這些用戶(hù)組所具有的所有權(quán)限。

6　結(jié)語(yǔ)

本泵站工程作為益陽(yáng)市現(xiàn)代水利設(shè)施的樣板工程進(jìn)行設(shè)計(jì)規(guī)劃，自動(dòng)化系統(tǒng)取消常規(guī)的電氣控制，以“無(wú)人值班、少人值守”的要求進(jìn)行規(guī)劃設(shè)備，采用了先進(jìn)合理的設(shè)備、成熟的技術(shù)，綜合利用自動(dòng)化控制、微機(jī)保護(hù)、圖像監(jiān)視和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、通信技術(shù)，建立了先進(jìn)的自動(dòng)化監(jiān)視和控制保護(hù)系統(tǒng)，提高了泵站的安全性、可靠性，充分發(fā)揮了泵站工程效益，促進(jìn)了泵站工程管理的科學(xué)化、現(xiàn)代化，為大通湖垸減輕了內(nèi)湖漬堤防汛的壓力，發(fā)揮了巨大的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。

李俊杰（1981-），男，湖南益陽(yáng)人，大學(xué)本科，工程師，從事大型泵站電氣繼電保護(hù)及高壓試驗(yàn)等相關(guān)工作；蘇文瑤（1982-），女，湖南長(zhǎng)沙人，大學(xué)本科，工程師，從事大型泵站電氣繼電保護(hù)及高壓試驗(yàn)等相關(guān)工作。

（2015-12-24）