黄麻涌泵站计算机监控系统

摘要：本文介绍了广东省顺德市黄麻涌泵站计算机监控系统的设计，要求实现对2台额定电压为10KV的机组生产全过程进行集中监控。该系统采用开放、分层分布式设计。整个系统从结构上分为两级：主控级和现地控制单元级（LCU单元）。
关键字：防洪闸 组态软件 LCU单元 PLC

1、引言

        随着计算机技术的飞速发展，监控系统在水利综合应用方面的使用日趋广泛，从老泵站的自动化改造，到新泵站的无人值班（少人值守）设计，监控系统起着决定性的作用。泵站计算机监控系统的发展，一方面与计算机技术的发展密切相关，而另一方面，水利综合应用对新技术、新产品的需求越来越高，特别是改革开放以来，“无人值班（少人值守）”新概念的提出，使泵站计算机监控技术的水平不断发展。
监控系统发展到现在，大致经历了以下三个阶段：
第一阶段是以常规控制为主、计算机为辅的计算机辅助控制系统（CASC）。
第二阶段是计算机监控和常规控制并存的系统（CCSC）。
第三阶段是以计算机控制为基础的监控系统（CBSC）。
       CCSC一般用于老泵站的改造，考虑系统可靠性及常规系统还能发挥作用。但这种方式增加了闭锁和扩展等中间环节，加重了改造的工作量，无形中也增加了系统故障的几率。而随着计算机监控在泵站的广泛应用，新上的泵站已不再考虑这种模式，而采用完全计算机控制的CBSC系统。
        计算机监控系统的发展是与计算机、网络技术的发展密切相关的，按照监控系统各部分的功能分布和组成方式，监控系统的结构可分为以下两类：
        一是集中控制方式。这种方式采用星形接线，由一台或两台计算机完成对所有被控设备的远方集中控制和监视。
         二是采用开放、分层分布式系统。整个系统从结构上分为两级，主控级和现地控制单元级，现地控制单元级负责数据采集、设备的保护和控制调节操作的实施，主控级则注重于统计分析和全泵站性的控制。

2、系统组成设计

        首先我们来了解一下我们要控制的对象—－－2台主机组、2个防洪闸、2个拍门、2个快速闸门和公用设备。黄麻涌泵站是新建的泵站，包括排涝和引水两种功能，其整体设计按无人值班（少人值守）考虑，采用开放、分层分布式系统结构。操作站组态软件选用美国GE公司产品IFIX3.5软件，脚本为面向对象的VB编程。全厂所有的机组控制设备PLC（可编程控制器）采用法国施耐德公司的产品，黄麻涌泵站计算机监控系统网络拓扑结构如图1所示，网络采用光纤以太网结构，传输速率为100Mbps。系统从网络结构上分为主控级、现地控制单元级两层。主控级控制层由两台主操作站组成。两台主操作站负责完成全厂的运行监视和控制操作任务，互为备用，不会因任何一台发生故障而引起系统误动作，完全实现了无扰动切换的要求，操作界面是我公司用工控领域广泛应用的汉化系统IFIX3.5软件再次开发的MT-3000软件。现地控制单元级控制层由公用、1#机组、2#机组控制屏组成，每个控制屏包括一块法国施耐德触摸屏（XBTG5230）和一台可编程控制器（法国施耐德Premium系列），触摸屏跟主操作站的界面相比功能相对要少很多，提供了相关的电气信号和报警，还可以做到即使主控级控制层发生故障，仍可通过现地控制单元级控制层上的触摸屏监控系统，通过对软按键的操作可以对机组、公用设备进行操作和监视。机组的可编程控制器能与机组继电保护系统进行通信，公用设备的可编程控制器能与母联回路继电保护系统、10KV进线回路继电保护系统、近区变及近区线路保护系统、厂用变继电保护系统、润滑油控制系统、技术供水系统、消防供水控制系统、检修排水控制系统、厂区排水控制系统、低压气机控制系统进行通信。可编程控制器的程序设计成具有自诊断功能，提高了维护人员作业效率，同时也有利于设备的安全运行。

（图1）网络结构图
3、系统配置设计

3．1主控级
• 2台操作员工作站：双机冗余热备,可任选其中1台作为主控计算机运行,完成监视和控制,另1台作热备用。机型为DELL公司的380系列工控机，三星彩色液晶显示器为21”TFT。
• 1台打印计算机和3台A3打印机
• UPS电源系统：采用梅兰日兰Comet S31系列， 容量15kVA，后备时间1h，供全站计算机监控系统和辅助设备监控系统使用。输入：380V±15%，输出：220±1%。共设5面柜，其中1面主机柜、3面电池柜、1面配电柜，系统采用双回路供电，一主一备，设置30回出线。
• 可刻写光盘设备和语音报警系统
       主控级操作站组态软件选用美国GE公司产品IFIX3.5软件，脚本为面向对象的VB编程。内嵌VBA,具有自己的内部函数，又有广泛的VB函数，功能扩展更为有利。支持双向OPC，支持所有类型的ActiveX、OLE，对不健全的控件所引发的错误进行保护，对控件的属性操作完全控制。主控级自动采集和处理泵站设备的运行参数，信号类型如下：
电气量：计算各机组及输电线路三相电流不平衡度，全站各机组有功功率总和、无功功率总和计算，全站总有功功率总和、无功功率总和计算。
电度量：单台机组、单回输电线路的年用电及用电有功、无功电量的分时累加， 全站年总用电量，厂用电总用电量及线路总用电量的分时累加，主变及全厂主变年总有功损耗、总无功损耗，全站年厂用电率，在给定的时间间隔内（如当班或某时段等）的全站总用电量和总用电量的分时累加。
非电量：主控级自动从各现地控制单元采集各非电量，供数据分析和定期制表打印。对每台机组计算实时过机流量及效率，并计算日、月、年的平均效率。
数字量：主控级自动从各现地控制单元采集各数字量，掌握主、辅设备动作情况，收集报警信息。

3．2现地控制单元级
         现地控制单元级包括3个现地控制单元，每个现地控制单元均以Modicon-Premium系列PLC为控制核心，采用10.4”彩色触摸屏作为人机界面。PLC为模块化结构，具有以太网模块，可直接连接100Mbps以太网，可靠性高。3个现地控制单元各2个电控柜，布置在机旁，用于公用设备和2台机组的数据采集、处理和开停机控制。现地控制单元通过232/485转换接口采用Modbus通讯协议完成与微机保护单元、测量单元的通讯。防洪闸、拍门、快速闸门等设备通过各种自动化元件如压力变送器、温度传感器、电磁阀、示流信号器等经现地端子箱转接后引入LCU的I/O模块。设置独立于PLC，硬布线的紧急停机按钮、手动开机按钮、开/关电磁阀按钮作为备用，以便在紧急情况和调试期手动开机时使用。现地控制单元的核心控制器实现可有多种选择；应用较多的有可编程控制器（PLC）和工业模糊控制器两种，然而比较稳定可靠适应恶劣环境的还是可编程控制器。目前在国内应用的可编程控制器厂家和主要型号有：
1、美国AB公司的RSLogix500，CONTROL LOGIX系列；
2、美国通用GE公司的90-70系列，90-30系列；
3、德国西门子公司的S7-300系列，S7-400系列；
4、法国施耐德公司的PREMIUM系列，TWD系列。
        在工控领域被广泛使用的可编程控制器中，我们根据性价比等多方面考虑后，决定在黄麻涌泵站计算机监控系统中的现地控制单元中选用施耐德公司的PLC，根据系统要求的特点，两个系列PREMIUM、TWD用于各个现地位置。
        PREMIUM系列CPU模块支持以太网的广播方式通信，支持浮点运算32位处理器，处理器主频为166MHz，IEC程序的布尔指令处理速度为0.15ms/k，离散输入输出点可以达到1000点，支持高速计数模块、运动模块；系统的程序内存可高达256K，系统的运行内存SRAM高达4M；模块化结构，支持热插拔,通信和扩充能力好，单个CPU可以支持多达8个网络通信模块，具有强大的网络通讯功能，支持多种通讯规约：TCP/IP以太网，Unitelway，Modbus，Modbus Plus，FIPWAY，FIPIO，AS-i，Interbus-s。PLC的编程软件PL7可以运行于Windows2000/Xp下的 支持IEC方式编程；支持四种编辑语言——功能块、梯形图、顺序图以及结构文本。
       TWD系列CPU模块支持以太网的广播方式通信，离散输入输出的可以达到256点，具有网络通讯功能，支持多种通讯规约：TCP/IP以太网，Unitelway，Modbus，。PLC的编程软件可以运行于Windows2000X下；支持编辑语言有：梯形图和指令表两种编程语言。

[作者简介] 周云树 男 29岁 国防科学技术大学 计算机及应用专业 2001年毕业 2002年开始至今一直从事电力、水利行业监控系统的设计及维护工作。