大治河排澇閘站監控系統應用

俞誠哲，俞新雄

（1. 浙江禹貢信息科技有限公司，浙江 杭州 310052；2.蕭山區錢塘江灌區管理中心，浙江 杭州 310018）

1 引言

蕭山區蜀山片外排工程-大治河排澇閘站位于杭州市蕭山區，下沙大橋下游右岸約530 m處，大治河和錢塘江交匯口處，老大治河排澇閘站原址下游30 m。工程為在老大治河閘站拆除后新建。大治河排澇閘站改建工程為閘泵結合的綜合樞紐。由三孔排澇閘門及5臺單向排水泵組成，單機排澇流量為20 m3/s，總排澇設計流量為100 m3/s，單機功率1 400 kW，總裝機功率7 000 kW。為了實現遠程控制，提升管理安全和管理效率，建設自動化控制系統。該系統共包含10大部分：網絡通信系統、PLC現場控制系統（5臺泵機LCU柜、公用LCU柜、開關柜LCU柜、上下游節制閘LCU柜）、上位機監控系統（包含操作站、組態軟件、數據庫系統等）、圖像監視系統（包含前端攝像機、存儲、圖像操作站、拼接大屏系統）、儀表系統（包含液位計、流速儀、流量計、示流器等）、直流系統、交直流供電系統、UPS系統及配套的饋線柜、低壓防雷系統（各電源柜、LCU柜、儀表、視頻、網絡）、勵磁系統、閘門就地控制系統（檢修閘門、工作閘門等）、安全監測系統（包含滲壓計、位錯計及上位機檢測展示軟件）。

2 PLC控制系統

PLC控制系統由中央處理器（CPU）、I/O模塊（DIDOAINET485）和PLC下位機軟件及網絡系統、其他附件等構成。下位機（PLC系統）通過采集儀表系統的測量參數、各工藝設備的狀態參數和接受觸摸屏及上位機的控制命令，根據編制的泵機、閘門啟閉機控制程序，來實現對各工藝設備的自動控制和遠程遙控，并將各信號上傳至監控中心的工況監控計算機上。其中閘站監控系統中的排澇泵組啟動流程具體如圖1所示，排澇泵組停機流程具體如圖2所示。泵組的啟動過程采用一鍵啟動和單項控制方式，日常運行采用一鍵控制，即運行人員收到調度開機指令后，巡檢確認啟動條件滿足，只需要在上位機上點擊一個按鈕，即可完成整個泵組的啟動全過程。如發生部分設備故障或啟動條件不滿足需要強行啟動，則采用單項控制方式，按啟動流程逐步進行。泵組的停機過程采用一鍵停機和單項控制方式，日常運行采用一鍵控制，即運行人員收到調度停機指令后，只需要在上位機上點擊一個停機按鈕，即可完成整個泵組的停機全過程。如發生部分設備故障或順序停機條件不滿足，則采用單項控制方式，按停機流程逐步進行。發生故障或緊急情況時，則采用緊急停機流程。

圖1 泵組啟動流程圖

圖2 泵組停機流程圖

3 上位機監控系統

上位機監控系統是整個大治河排澇閘站監控系統中的核心部分，可以對整個閘站進行監測和控制，它具有一定的開放性、靈活性和多樣性。它的功能非常多可以進行動態畫面顯示和遠程遙控，強大的人機交互能力可實時采集閘站的局部信息, 包括整個閘門的開閉操作、泵機的運行狀態、液位狀況等信息。它有報警功能、報表輸出功能、數據采集處理功能、遠程操縱功能和歷史數據儲存功能等。在大治河排澇閘站監控系統中，上位機監控系統采用艾默生（原美國通用GE）公司的SCADA軟件IFIX5.8來完成，主要用來采集和處理來自PLC的數據、發出人機交互指令給PLC控制器、設置參數、畫面顯示、報警輸出、報表曲線輸出等；

具體數據有：電力系統數據（高配、低配的電壓、電流、功率、電能量、直流系統）；網絡通信數據（網絡結構、IP地址、通信速率）；河道環境數據（水位、流速、流量等）；閘門運行數據（開度、運行狀況、載荷等）；泵機組運行數據（電流、電壓、功率、勵磁、轉速、）；機組工藝數據（工藝水流量、壓力、溫度、泵組軸承溫度、電機線圈溫度）；其他輔機數據（滲漏排水相關、檢修排水相關、檢修閘門相關、通風機組相關、備用發電相關、環境照明相關）；整個監控軟件界面主要由以下幾個畫面構成：閘站主界面、網絡構架、泵組控制界面、泵房設備界面、閘站電氣界面、閘站實時數據（報表、曲線）、參數及報警設置界面、報警管理界面、系統管理界面等組成。

采用閘站俯視簡化示意的方式展示閘站的全貌，通過全貌可以很直觀地了解整個閘站的泵組和節制閘的布置方式，以及全站當前設備運行狀況、水系狀況。畫面中心為5臺排澇泵組，每臺泵組設置1個進口閘門、1個出口閘門、1個出口檢修閘門，通過設備顏色可區別運行、故障、停止狀態；5臺泵組下方為3組排澇節制閘，每組節制閘均設置1個進口閘門、1個出口閘門、1個出口檢修閘門通過設備顏色可區別運行、故障、停止狀態。泵組左側為外江水位、右側為內河水位以及各流道的流量數據。主畫面下方為泵機運行主要參數，包括定子電流、勵磁電流、勵磁電壓、3個閘門的開度狀況。

整個閘站采用1 000 M速率的工業以太網組網。高速核心交換設備連接各PLC控制柜和工作站、工程師站、圖像工作站，并采用GPS時鐘統一授時。泵組的啟動過程采用一鍵啟動和單項控制方式，日常運行采用一鍵控制，即運行人員收到調度開機指令后，巡檢確認啟動條件滿足，只需要在上位機上點擊一個按鈕，即可完成整個泵組的啟動全過程。如發生部分設備故障或啟動條件不滿足需要強行啟動，則采用單項控制方式，按啟動流程逐步進行。

泵組的停機過程采用一鍵停機和單項控制方式，日常運行采用一鍵控制，即運行人員收到調度停機指令后，只需要在上位機上點擊一個停機按鈕，即可完成整個泵組的停機全過程。如發生部分設備故障或順序停機條件不滿足，則采用單項控制方式，按停機流程逐步進行。

發生故障或緊急情況時，則采用緊急停機流程。泵房設備主要是工藝水系統，包括過濾器、循環水箱、熱交換器、循環水泵等等，設備參與自動啟停流程控制

電氣設備主要是雙路進線、10 kVI段、10 kV Ⅱ段、母分聯絡、1號、2號站變、5臺高壓控制柜等等，電氣設備參與自動啟停流程控制。

數據報表和曲線功能方便查詢實時數據和歷史數據，可以按年月日分別查詢，也可按參數名稱分別查詢，可以多曲線同列比對查詢，具有較完善的數據查詢分析功能。

綜上所述，上位機SCADA軟件系統具有數據采集與處理功能、運行監視和事件報警功能、控制與調節功能、畫面顯示功能、語音提示功能、系統自檢和自動重啟動、數據通信功能等，可完成閘站的全自動、半自動、手動操作過程。

4 閘站安全檢測系統

大治河閘站設計預埋了多個在線式振弦式滲壓計、位移計、地下水位計，用于實時檢測閘站的建筑物狀況，并使用獨立的數據采集設備、數據分析軟件，對滲壓計、位移計等數據進行采集、分析、顯示、保存。整個安全檢測系統采用在線方式，可不間斷對建筑物進行安全檢測，對日常管理提供了極大的幫助。

5 閘站視頻監控系統

大治河閘站設計安裝了多路高清視頻監控，實現了每個重要設備的單點監控、全站無死角安防監控，全部采用海康威視的前端產品和視頻監控軟件，并提供長時間的錄像存檔，對日常管理提供了極大的幫助。

6 大屏展示系統

大治河閘站設計安裝了大屏幕展示系統，并通過高速網絡交換系統進行數據、視頻、安全檢測等的系統融合，并展示到中控室的大屏幕上，用于日常運行管理。

7 結束語

針對大治河閘站自動化建設，設計了PLC控制系統；并利用SCADA組態軟件設計了閘站的監控的各種界面，并通過實時曲線監視重要數據，利用報表記錄重要數據且可以提供查詢功能，利用了腳本語言實現了豐富的動畫展示，使得系統更加形象逼真；配置了在線安全檢測系統用于建筑物的安全管理；配置了全站視頻監控系統、中控室大屏系統用于日常運行管理，本大治河排澇閘站自動化自完工驗收以來，取得了較好的運行管理效果。