自動化監控系統在淮安古黃河水利樞紐工程中的應用

劉偉姜 海張佳

一、工程概況

淮安市古黃河水利樞紐工程位于漣水縣縣城東部古黃河（亦稱廢黃河）上，漣水縣南門大橋下游約3km（樁號42+150），涉及漣水縣漣城鎮和楚州區宋集鎮。項目建設內容：新建節制閘1座、水電站1座、閘站上結合南北交通建公路橋1座。其中節制閘工程等別為Ⅲ等，工程規模為中型水閘，校核流量500m3/s，共5孔，單孔凈寬8m；水電站工程等別為Ⅴ等，工程規模為小2型，設計流量60 m3/s，最小流量10 m3/s，水輪機組6臺套，總裝機功率840kW；公路橋荷載等級為公路—Ⅰ級，橋面寬26m，長110.3m。

自動化監控系統主要完成6臺水輪機組、10kV配電裝置，油壓啟閉機，清污機等設備的控制，閘門開度及狀態測量，水位、壓力信號測量及視頻監視系統等。

二、自動化監控系統方案

整個系統采用符合國際標準的開放式環境下全分布計算機監控系統。

監控系統網絡結構采用光纖以太環網，樞紐內監控主機、通信計算機設備以及PLC均掛在以太網上，PLC可通過現場總線同閘門開度儀、直流系統、各種傳感器和自動化設備等進行數據通信。

系統設2臺監控主計算機，1主1從雙機熱備，功能包括對整個閘站計算機監控系統的管理，數據計算和處理，數據庫管理，在線及離線計算功能，各圖表、曲線的生成，事故、故障信號的分析處理等。2臺監控主機形成冗余熱備，當主機故障時，從機立刻接管主機工作。

三、運行控制方式

計算機自動控制系統為分層分布開放式結構，分為二級，即主控級與現地級。控制權分“控制室、現地”二級，可以無憂切換。控制權順序為：現地、控制室。遠方控制經授權方可進行操作。控制系統中心設置帶密碼的授權、核對程序。

現地級與主控級采用以太網實現數據通信，環網交換機具備網管功能，采用導軌卡槽安裝方式。中控室交換機采用模塊化交換機。主控級通過GPRS無線上網設備與上級管理所實現數據與圖像傳輸。微機保護、微機勵磁系統、發電機控制系統和直流系統通過RS-485串行通信口轉換為以太網方式與監控系統鏈接，傳感器通過RS-485串行通信口或4-20mA輸出與PLC相連。

主控級設于水電站控制樓二樓控制室內，通過監控網絡與現地級建立通信，通過工作站的監測監控界面，顯示現場設備的運行參數與狀態，同時下發控制命令，監督現地監控單元對監測監控命令的執行。

現地控制級是系統最后一級也是最優先的一級控制，它向下接收各類傳感器與執行機構的輸入輸出信息，采集設備運行參數和狀態信號；向上接收上級控制命令，并上傳現場的實時信號，實施對現場執行機構的邏輯控制。

現地控制單元共設4套PLC。其中 1#～3#發電機組、4#～6#發電機組分別設置一套PLC，計2套；公用設備如進線、變壓器、清污機、皮帶機、供排水系統、變壓器油溫等所有公用設備設置1套PLC；1#～5#節制閘門設置1套PLC，以上共計4套，分別單獨組屏，安裝于控制室內，每塊屏配置1套液晶觸摸屏，實現現地操作功能。

四、系統功能

系統的主要目標：接受調度指令，實現整個樞紐工程的自動監控，提高安全運行和管理水平，改善管理人員的工作條件。

1.主控級功能

（1）運行監視和事件報警

定時采集機組、變電所、公用設備、線路開關、母線、閘門等設備的運行參數和運行狀態，更新實時數據庫。顯示運行監視圖、操作接線圖等各種畫面，以及各種一覽表、測點索引等，定時刷新畫面上的設備狀況和運行數據，使運行人員可清晰地監視全站的運行狀態、操作狀態過程和報警信息。

響應LCU確認后上送的模擬量越/復限、開關量狀變和監控系統自診斷故障等各種事件，根據預置要求進行語音、音響、簡報、事件一覽表登錄，自動推出相應畫面和事故處理提示、畫面閃光和變色、打印事故追憶記錄等。

（2）控制與調節

運行人員在控制臺向LCU發出各種控制調節命令，監視操作全過程。操作命令可以包括以下幾種：機組啟、停，斷路器的合、分，輔助設備的啟、停等。

（3）報表統計

根據對機組運行的管理需要，系統相應地設置各機組運行記錄表。報表統計包括發電機電量和溫度量、機組流量、水頭、機組的開停機時間等相關內容。管理人員只要輸入相應的起止日期，就可以查詢到該時段的機組運行情況記錄和各機組的歷史運行記錄，可以按年、臺、第次分別查詢相應的項目。

（4）自診斷及冗余管理

當計算機系統及各種單元發生故障或發生錯誤時，自診斷程序能正確判斷出故障內容、指出故障設備，以便迅速更換。當主服務器故障時，能將控制權自動切換到備用服務器。

2.現地控制級LCU功能

水輪發電機組PLC采用兩機一屏的方式，共配置6臺發電機控制單元，5套閘門分別配置1臺PLC控制單元，其他部分共用1臺PLC控制單元。二站共配置6臺PLC控制單元，來實現對35kV變電所、水泵機組、清污機、供排水泵、電容柜等設備的實時控制。二站主機PLC采用五機一屏的方式，共配置3臺主機PLC控制單元，35kV變電所部分單獨使用1臺PLC控制單元，清污機配置1臺PLC控制單元，其他部分共用1臺PLC控制單元。

系統應根據功能和作用，分別并入相應的PLC控制單元內。如：變電所及機組的保護信號，均有綜合保護裝置的通訊網口，通過通訊管理機的轉換實現上傳信號；各臺機組的開關信號、勵磁信號等均并接到對應的主機控制單元上；機組的測溫系統先通過溫度傳感器采集，再通過通訊接口與對應的控制單元連接；清污機、皮帶機、供排水泵、消防泵的開關信號及電接點壓力表等低壓系統均通過公用PLC控制單元上傳各種運行參數和各類信號。

3.系統主要軟件

（1）操作系統

操作系統軟件選用Microsoft Windows 2003 server。

（2）監控軟件

上位機監控軟件采用國外成熟的WebAccess組態軟件平臺進行系統設計，集成監控軟件通過獲取以太網上的數據信號，集成各被控設備的監視與控制。系統具有豐富的人機界面，提供給運行人員友善的接口，操作簡單可靠，既能發揮多窗口的特點，又符合運行人員的習慣。集成監控圖形軟件具有數據采集與處理、實時監控和視頻、數據庫管理、報警、制表打印、趨勢曲線、系統診斷、安全管理等功能。

（3）數據庫

數據庫使用SQL數據庫，通過ODBC的接口方式進行存儲。

五、結語

二十世紀七八十年代前建成的水利樞紐工程基本都沒有自動化監控系統，隨著我國經濟建設和科技水平的提高,對水利設施的管理水平提出了更高的要求，采用新技術、新設備對水利工程項目的設備與管理進行現代化改造和智能化建設是歷史發展的必然趨勢,為了進一步發揮樞紐工程的綜合利用效益，提高管理的決策水平，新建較大樞紐工程項目增加綜合自動化監控信息系統是必不可少的■