白屈港水利樞紐自動(dòng)化控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

摘要：白屈港采用PLC、組態(tài)和網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)，對泵站、閘門進(jìn)行有效的系統(tǒng)集成，解決了控制手段落后、流程不合理、通信不完善等等弊端。文章敘述了系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)，并著重說明了系統(tǒng)的功能和達(dá)到的效果。

關(guān)鍵詞：水利樞紐；自動(dòng)化控制；PLC組態(tài)

中圖分類號(hào)：TP278 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-2374（2013）17-0015-02

白屈港水利工程是一座由五臺(tái)套電機(jī)和兩孔節(jié)制閘組成的中型水利樞紐。其中泵站工程為雙向流道，安裝開敞式軸流泵，配套立式同步電機(jī)，設(shè)有變電所一座，是具有泄洪、排澇、灌溉、供水和水環(huán)境保護(hù)等綜合效益的水利工程。系統(tǒng)考慮到可擴(kuò)展性、可升級(jí)性、開放性，運(yùn)用先進(jìn)的信息采集、傳輸和處理手段，進(jìn)行在線監(jiān)控；運(yùn)用優(yōu)化技術(shù)，進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)度，為提高水資源管理水平創(chuàng)造條件。建立自動(dòng)化控制系統(tǒng)后，將能適應(yīng)當(dāng)今遙測、遙視、遙控、通信以及計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)等先進(jìn)技術(shù)。

1 系統(tǒng)概況

自動(dòng)化控制系統(tǒng)具備如下功能：數(shù)據(jù)采集與處理；運(yùn)行監(jiān)視和事故報(bào)警；控制與調(diào)節(jié)；數(shù)據(jù)通訊。用進(jìn)口可編程序控制器開發(fā)出性能優(yōu)異、高可靠性的控制單元，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，具有在上級(jí)水管部門接收遠(yuǎn)傳數(shù)據(jù)、實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控的要求。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)詳見圖1。

將現(xiàn)場采集的各種實(shí)時(shí)信息經(jīng)通信系統(tǒng)傳輸?shù)秸究刂萍?jí)、所分中心控制級(jí)、上級(jí)水管部門調(diào)度中心，將調(diào)度和控制命令通過通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)下傳給所分中心控制級(jí)、站控制級(jí)，現(xiàn)地控制單元。實(shí)時(shí)采集各站閘各種信號(hào)、雨情、水情、工情、水質(zhì)、水文信息等。在所分中心、站閘控制中心可以對站閘進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)視和控制，在上級(jí)水管部門的任何一個(gè)客戶都可以瀏覽各站閘的實(shí)時(shí)信息，為實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制和數(shù)據(jù)采集提供可靠的通信保證。

2 功能要求

2.1 數(shù)據(jù)采集與通訊

將現(xiàn)場設(shè)備的各種運(yùn)行參數(shù)和設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)通過I/O通道或現(xiàn)場總線采集到LCU，經(jīng)過必要的數(shù)據(jù)處理后形成各類實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，主要包括模擬量、開關(guān)量、溫度量等。對現(xiàn)場實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)按照不同的要求和用途進(jìn)行計(jì)算，生成的計(jì)算數(shù)據(jù)也作為實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理，進(jìn)行越限報(bào)警、啟動(dòng)相關(guān)處理程序等操作。除微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)部各設(shè)備間的數(shù)據(jù)通信外，微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)還能實(shí)現(xiàn)與下列各系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)通信，主要包括遠(yuǎn)方控制中心、視頻監(jiān)視系統(tǒng)、微機(jī)保護(hù)裝置、PLC、勵(lì)磁裝置等。

2.2 設(shè)備控制與操作

為微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)提供豐富多樣的人機(jī)聯(lián)系手段，允許運(yùn)行操作人員通過各顯示器、鼠標(biāo)器、鍵盤及打印機(jī)以各種方式實(shí)現(xiàn)對全樞紐設(shè)備運(yùn)行的監(jiān)視、控制、調(diào)節(jié)、定值修改、畫面調(diào)用、數(shù)據(jù)打印的要求，并易于開發(fā)人員進(jìn)行應(yīng)用程序的開發(fā)和修改，主要包括畫面顯示、制表打印、參數(shù)輸入等。當(dāng)泵組開停機(jī)或閘門啟閉指令指令確認(rèn)并下發(fā)后，微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)能自動(dòng)彈出相應(yīng)機(jī)組的操作過程監(jiān)視畫面。畫面上反映操作全過程中所有重要步驟的實(shí)時(shí)狀態(tài)、執(zhí)行時(shí)間及執(zhí)行情況，當(dāng)操作受阻時(shí)及時(shí)提示受阻部位及受阻原因。

2.3 運(yùn)行報(bào)警與管理

能對全樞紐設(shè)備的運(yùn)行情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)記錄并及時(shí)提供給有關(guān)生產(chǎn)人員，必要時(shí)產(chǎn)生故障報(bào)警。通過主計(jì)算機(jī)以及LCU的人機(jī)聯(lián)系界面使有關(guān)人員對樞紐各主要設(shè)備及輔助設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)和運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行監(jiān)視，特定的一些量（如溫度、壓力）等還需進(jìn)行趨勢分析。當(dāng)這些監(jiān)測點(diǎn)參數(shù)超過設(shè)定的限值后需自動(dòng)報(bào)警、顯示、記錄。將微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)采集到和處理過的各類實(shí)時(shí)運(yùn)行信息、報(bào)警信息以及操作信息和綜合信息等內(nèi)容以語言的形式表達(dá)出來以提醒有關(guān)人員注意。

3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及功能

3.1 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)選用光纖以太網(wǎng)，樞紐內(nèi)監(jiān)控計(jì)算機(jī)設(shè)備以及各現(xiàn)地控制單元PLC均掛在以太網(wǎng)上，PLC通過現(xiàn)場總線同高低壓柜內(nèi)及現(xiàn)場各種智能電力儀表、自動(dòng)化設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，微機(jī)型保護(hù)測控設(shè)備、勵(lì)磁裝置等設(shè)備通過專用通訊服務(wù)器進(jìn)行規(guī)約轉(zhuǎn)換后接入以太網(wǎng)。中控室安裝兩臺(tái)監(jiān)控主機(jī)，互為熱備。監(jiān)控主機(jī)負(fù)責(zé)對整個(gè)樞紐微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的管理，還供運(yùn)行值班人員使用，具有圖形顯示、數(shù)據(jù)報(bào)表打印、全樞紐運(yùn)行監(jiān)視和控制功能、發(fā)操作控制命令、作定值切換、設(shè)定與變更工作方式以及語音報(bào)警等功能。全樞紐所有的操作控制都可以通過鼠標(biāo)器及鍵盤而實(shí)現(xiàn)；通過顯示器可以對全樞紐的生產(chǎn)、設(shè)備運(yùn)行作實(shí)時(shí)監(jiān)視，取得所需的各種信息，并易于開發(fā)人員進(jìn)行應(yīng)用程序的開發(fā)和修改。

3.2 可編程序控制器（PLC）

PLC主要完成數(shù)據(jù)的采集及數(shù)據(jù)預(yù)處理功能，同時(shí)也具有控制操作和監(jiān)視功能。水泵電動(dòng)機(jī)組配置兩套PLC，節(jié)制閘配置一套PLC，PLC均通過以太網(wǎng)與監(jiān)控主計(jì)算機(jī)通信，負(fù)責(zé)順控啟停操作和狀態(tài)監(jiān)視等。

PLC主要采集4～20mA模擬量信號(hào)、MODBUS RS48數(shù)字量信號(hào)、開關(guān)量信號(hào)，根據(jù)要求進(jìn)行內(nèi)部數(shù)據(jù)預(yù)處理，及時(shí)發(fā)送控制命令。系統(tǒng)PLC設(shè)計(jì)能保證當(dāng)各PLC與主機(jī)系統(tǒng)脫離后，實(shí)現(xiàn)對泵組、公用設(shè)備、節(jié)制閘進(jìn)行必要的監(jiān)視和控制的功能，而當(dāng)其與主機(jī)恢復(fù)聯(lián)系后又能自動(dòng)地服從上位機(jī)系統(tǒng)的控制和管理。

3.3 監(jiān)控系統(tǒng)組態(tài)軟件

應(yīng)用軟件需通過TCP/IP接口采集底層控制器PLC的全部現(xiàn)場數(shù)據(jù)，如中斷開關(guān)量、狀態(tài)開關(guān)量、模擬量、數(shù)字量、綜合量計(jì)算等。應(yīng)用軟件提供豐富的人機(jī)界面，提供給運(yùn)行人員友善的操作界面，能夠形象地表現(xiàn)現(xiàn)場的狀態(tài)及動(dòng)作。當(dāng)發(fā)生故障時(shí)，在監(jiān)控器畫面上出現(xiàn)紅燈閃爍，同時(shí)有語音報(bào)警，以漢語語言的方式提醒用戶故障的類型級(jí)別。

操作界面采用人-機(jī)對話方式，在設(shè)備就地控制箱（或按鈕箱）的手/自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)為自動(dòng)位置時(shí)，操作員在屏幕上選擇彈出式菜單，對需要遠(yuǎn)控的電機(jī)可以進(jìn)行操作。用戶實(shí)施分類別、分權(quán)限管理，不同類別的用戶擁有不同的管理能力。通過建立數(shù)據(jù)庫，自動(dòng)生成各個(gè)參數(shù)的動(dòng)態(tài)趨勢曲線及歷史趨勢曲線。有豐富的制表打印功能，自動(dòng)生成各類水情、工情的日、月、年報(bào)表，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享和配置共享。

同時(shí)軟件系統(tǒng)支持基于IE方式的遠(yuǎn)程訪問功能。在嚴(yán)格的身份驗(yàn)證的前提下，遠(yuǎn)程具備訪問該系統(tǒng)的任何一個(gè)監(jiān)控主機(jī)的能力，可以查看任何一張現(xiàn)場的監(jiān)控畫面、遠(yuǎn)程控制、查看趨勢曲線、查看警報(bào)列表、確認(rèn)警報(bào)、視頻同步、冗余主備機(jī)自動(dòng)切換等閘站現(xiàn)場全部監(jiān)控功能。應(yīng)用軟件提供基于IE方式頁面接口方式，讓水務(wù)管理系統(tǒng)軟件可以輕松將監(jiān)控畫頁集成于其第三方系統(tǒng)中。

4 結(jié)語

該文通過介紹白屈港自動(dòng)化控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能，對系統(tǒng)的特點(diǎn)展開了敘述。通過此種方式完成的各類項(xiàng)目均能完全按操作流程自動(dòng)執(zhí)行，整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、安全可靠、技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)實(shí)用，為水利工程運(yùn)行實(shí)現(xiàn)“無人值班”（少人值守）提供了保障。

參考文獻(xiàn)

[1] 鄧則名，鄺穗芳.電器與可編程控制器應(yīng)用技術(shù)

[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1997.

[2] 孫漢明，呂艷，嚴(yán)光華.水庫泵站微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用[J].自動(dòng)化博覽，2005.

作者簡介：朱敏（1978—），女，江蘇省江都水利工程管理處工程師，研究方向：水利工程自動(dòng)化。