電排站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用

【摘要】電排站承擔(dān)了排水防澇及引水灌溉的任務(wù)，是重要的水利設(shè)施。傳統(tǒng)電排站需要多人值守、自動(dòng)化程度很低，無(wú)法滿足現(xiàn)代化管理要求，亟待改造和更新。本文闡述了電排站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、功能和配置，并結(jié)合實(shí)例分析了相關(guān)設(shè)計(jì)與應(yīng)用問(wèn)題。

【關(guān)鍵詞】電排站；計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)

電排站是專用于防旱排澇的水利泵站。雨季時(shí)可用它來(lái)防洪排澇，旱季時(shí)則可以引水灌溉。計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)就是采用計(jì)算機(jī)與通信技術(shù)對(duì)電排站的設(shè)備、設(shè)施及其運(yùn)行過(guò)程，實(shí)施監(jiān)測(cè)、控制并進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)的處理、儲(chǔ)存和應(yīng)用的系統(tǒng)。采用計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)可以提高電排站防洪排灌的可靠性、安全性、實(shí)時(shí)性和靈活性，便于實(shí)現(xiàn)無(wú)人值班、少人值守，有利于提高運(yùn)行效率和降低維護(hù)成本。本文針對(duì)電排站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、功能與配置要求進(jìn)行了闡述，并對(duì)計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)在電排站的應(yīng)用做了分析。

1.計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、功能與配置要求

1.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

按照SL 583-2012《泵站計(jì)算機(jī)監(jiān)控與信息系統(tǒng)技術(shù)導(dǎo)則》，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)應(yīng)按分層分布式結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)[1]。計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)主要有集中式結(jié)構(gòu)和分層分布式結(jié)構(gòu)兩種。早期多采用集中式結(jié)構(gòu)，即多臺(tái)計(jì)算機(jī)集中采集、計(jì)算與處理信息數(shù)據(jù)，優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊、占地少、造價(jià)低，但一個(gè)節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)故障可能影響整個(gè)系統(tǒng)，若采用雙機(jī)并聯(lián)方式又增加了設(shè)備投資，而且軟件配置、調(diào)試都較復(fù)雜，所以目前主要采用分層分布式結(jié)構(gòu)。分層是指功能和應(yīng)用以層次結(jié)構(gòu)劃分，分布就是分散布置設(shè)備。分層分布式結(jié)構(gòu)的層次分為遠(yuǎn)程調(diào)度層、泵站監(jiān)控層和現(xiàn)地控制層3層，如圖1（a）所示。

計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)按照一定的拓?fù)湫问竭M(jìn)行連接，常用的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)形式有星型、總線型、環(huán)型、樹型等結(jié)構(gòu)，如圖1（b）所示。SL 583-2012規(guī)定，應(yīng)根據(jù)泵站規(guī)模和裝機(jī)功率選擇適宜的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，并推薦采用星型和環(huán)型拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)。

1.2 系統(tǒng)功能

計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)遠(yuǎn)程調(diào)度層主要負(fù)責(zé)收集各個(gè)排澇泵站的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，并對(duì)所有排澇泵站進(jìn)行聯(lián)合調(diào)度和遠(yuǎn)程監(jiān)控。泵站監(jiān)控層接受來(lái)自現(xiàn)地控制層的運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)，并按照預(yù)定的控制策略對(duì)現(xiàn)地控制層發(fā)出控制指令?，F(xiàn)地控制層負(fù)責(zé)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的采集、處理與控制功能。系統(tǒng)須具備通信功能、人機(jī)交互功能以及故障診斷與處理等功能。

1.3 系統(tǒng)配置

計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)由硬件和軟件兩部分組成。硬件配置：（1）遠(yuǎn)程調(diào)度層由操作員工作站、工程師工作站、服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、打印機(jī)、UPS電源和大屏幕顯示屏等組成；（2）泵站監(jiān)控層一般由操作員站、時(shí)間同步裝置、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、打印機(jī)、UPS電源等所組成；（3）現(xiàn)地控制層由現(xiàn)地控制單元（LCU）、網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備以及各類儀表、傳感器、執(zhí)行器等組成。硬件要求采用標(biāo)準(zhǔn)化、成熟、可靠、性價(jià)比高的設(shè)備，對(duì)重要設(shè)備應(yīng)采用一定的冗余配置。軟件配置包括系統(tǒng)軟件、數(shù)據(jù)庫(kù)軟件、應(yīng)用軟件等，應(yīng)采用正版、成熟的軟件。

2.計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)在電排站的應(yīng)用分析

2.1 雙向流道排灌泵站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

某排灌站[2]在內(nèi)河與外江之間設(shè)置了5條雙向X型流道。在每個(gè)流道上安裝1臺(tái)功率630kW、型號(hào)1600ZLB10-3.5的立式軸流水泵，并在流道進(jìn)出口分別設(shè)置4扇閘門。泵站需要具備排澇和引水兩重功能，其運(yùn)行方式是：當(dāng)內(nèi)河與外江水位差可滿足自流排澇/引水要求時(shí)，通過(guò)控制閘門完成排澇/引水任務(wù)；當(dāng)內(nèi)外水位差不滿足自流要求時(shí)，通過(guò)運(yùn)行水泵實(shí)現(xiàn)強(qiáng)制排澇/引水目標(biāo)。前一種方式可通過(guò)上下游水位進(jìn)行控制，后一種方式有排澇/引水2種模式。排澇/引水功能的實(shí)現(xiàn)是利用流道兩側(cè)4扇閘門的相互配合。

計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)采用分層分布式開放結(jié)構(gòu)，并分成泵站監(jiān)控層、現(xiàn)地控制層2層，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)為星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。泵站監(jiān)控層采用2套數(shù)據(jù)服務(wù)器、操作員工作站，2套互為熱備用。現(xiàn)地控制層設(shè)置在被控對(duì)象附近，主要以可編程控制器為基礎(chǔ)組成。系統(tǒng)通信采用冗余的交換以太網(wǎng)方式?，F(xiàn)地LCU由泵組LCU、引水閘LCU和公用LCU構(gòu)成。監(jiān)控對(duì)象包括水泵、水泵電機(jī)、閘門、電磁閥、勵(lì)磁裝置等，監(jiān)測(cè)參數(shù)有水泵/閘門狀態(tài)、電磁閥狀態(tài)、上下游水位及水泵電量、溫度、勵(lì)磁狀態(tài)等。信號(hào)采集通信方式利用PLC自帶以太網(wǎng)模塊，有數(shù)字量輸入、模擬量輸入、數(shù)字量輸出和485串口通信4種方式。應(yīng)用軟件分為5個(gè)模塊，包括主程序、模擬量采集與處理、串行通信程序模塊、流程控制和異常處理模塊。

上述計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)投入運(yùn)行后，解決了以下問(wèn)題：系統(tǒng)可應(yīng)對(duì)運(yùn)行中的突發(fā)情況，避免人工誤操作，提高了泵站的安全性；也減輕了監(jiān)控人員的負(fù)擔(dān)，降低了運(yùn)營(yíng)成本，提高了運(yùn)行管理效率。

2.2 某電排站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

某電排站[3]有4臺(tái)潛水貫流式泵組，總裝機(jī)容量945kW；站內(nèi)還有2臺(tái)變壓器、2條10kV進(jìn)線、7臺(tái)清污機(jī)、水閘等設(shè)備。電排站主要承擔(dān)排澇任務(wù)。計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)按照“無(wú)人值班，少人值守”原則設(shè)計(jì)，并采用分層分布式結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分為站級(jí)監(jiān)控層和現(xiàn)地控制層兩層。硬件選用美國(guó)GE公司的9030PLC平臺(tái)，應(yīng)用軟件采用該公司的iFIX 3.5，操作系統(tǒng)可采用Windows NT/2000/XP。主干網(wǎng)絡(luò)為工業(yè)千兆以太網(wǎng)，中心交換機(jī)為華為的H3C S5600智能交換機(jī)。

站級(jí)監(jiān)控層包括操作員工作站2套以及培訓(xùn)/通信工作站、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、GPS對(duì)時(shí)設(shè)備、逆變電源、打印機(jī)、語(yǔ)音報(bào)警裝置、大屏幕投影屏各1套。系統(tǒng)采用冗余配置，有兩個(gè)iFIX SCADA監(jiān)控節(jié)點(diǎn)，正常情況下兩個(gè)節(jié)點(diǎn)可分別承擔(dān)各自的任務(wù)。如果一個(gè)節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)故障，另一個(gè)節(jié)點(diǎn)可自動(dòng)承擔(dān)全部的監(jiān)控工作，直至故障消除后又會(huì)自動(dòng)恢復(fù)到正常工作模式。

現(xiàn)地控制層采用2個(gè)現(xiàn)地控制站（LCU1、LCU2）和1塊公用設(shè)備屏?，F(xiàn)地控制站采用的微機(jī)保護(hù)測(cè)控綜合裝置為北海銀河的YH-B5300系列，站內(nèi)通訊接口為內(nèi)置RS232/RS485，通過(guò)MODUBS協(xié)議與PLC通信，再與中心交換機(jī)相連?？刂乒裆显O(shè)觸摸屏，實(shí)現(xiàn)就地監(jiān)視和操作功能。公用設(shè)備屏采用了江陰斯菲爾PDM-803多功能電力儀表、北京九純鍵JCJ500B溫度巡檢儀及北海銀河YH-B5501通訊管理機(jī)。

該系統(tǒng)經(jīng)過(guò)試運(yùn)行，性能穩(wěn)定，可以很好滿足電排站運(yùn)行要求，是一例成功的設(shè)計(jì)應(yīng)用。

3.結(jié)語(yǔ)

電排站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用，可以實(shí)現(xiàn)排灌操作自動(dòng)化及無(wú)人值班、少人值守，是提高電排站現(xiàn)代化管理水平的重要舉措，值得推廣和借鑒。但計(jì)算機(jī)監(jiān)控是一個(gè)系統(tǒng)工程，用到多種技術(shù)，需要通過(guò)不斷的實(shí)踐、總結(jié)，提高設(shè)計(jì)和應(yīng)用水平。

參考文獻(xiàn)

[1]中國(guó)灌溉排水發(fā)展中心.SL 583-2012泵站計(jì)算機(jī)監(jiān)控與信息系統(tǒng)技術(shù)導(dǎo)則[S].北京：中國(guó)水利水電出版社，2012.

[2]俞新雄，岑恩杰.計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)在雙向X型流道泵站的應(yīng)用[J].浙江水利科技，2012（6）：76-78.

[3]戴蘆英.南昌市朝陽(yáng)1#電排站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J].黑龍江水利科技，2010（1）：72-73.