計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)在南水北調(diào)劉山泵站中的應(yīng)用

楊曉久 趙孟博 王 琦 馬清坡 李世民

摘 要：泵站自動(dòng)化工程的實(shí)施，進(jìn)一步提升自動(dòng)化設(shè)施水平，實(shí)現(xiàn)泵站自動(dòng)化監(jiān)控和集中調(diào)度管理，實(shí)現(xiàn)了"無人值班，少人值守"的目的。文章介紹了南水北調(diào)劉山泵站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)中的配置、結(jié)構(gòu)、功能等。

關(guān)鍵詞：南水北調(diào)；泵站；計(jì)算機(jī)監(jiān)控

引言

南水北調(diào)工程是解決中國(guó)北方水資源短缺的一項(xiàng)大型基礎(chǔ)設(shè)施項(xiàng)目，通過合理配置跨流域水資源，保障南北方經(jīng)濟(jì)、社會(huì)與人口、資源以及環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展。水利泵站作為水利系統(tǒng)最基層的工程之一，在保護(hù)工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、防洪、環(huán)保等方面都發(fā)揮了積極作用。為了保障泵站安全可靠運(yùn)行和科學(xué)化運(yùn)行管理，泵站效益的充分發(fā)揮，建設(shè)水利泵站計(jì)算機(jī)監(jiān)控信息系統(tǒng)是必不可少的。

1 工程概況

南水北調(diào)東線第一期工程劉山站位于江蘇省邳州市宿羊山鎮(zhèn)，工程主要包括泵站、節(jié)制閘、跨閘站引河公路橋等主體工程，是東線第一期工程的第七級(jí)梯級(jí)抽水泵站。劉山站布置采用“閘站結(jié)合”的方式，泵站的設(shè)計(jì)流量為125m3/s，安裝五臺(tái)立式軸流泵，每臺(tái)機(jī)組流量31.5，配套大型同步電機(jī)，額定功率2800kW，電壓等級(jí)10kV。平行布置5孔節(jié)制閘，設(shè)計(jì)流量為828m3/s，單孔凈寬10m。

劉山泵站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)泵站同步電機(jī)、快速閘門（泵站）、卷?yè)P(yáng)式閘門（節(jié)制閘）、輔機(jī)系統(tǒng)、清污機(jī)以及電氣設(shè)備的自動(dòng)控制，同時(shí)與上一級(jí)220kV變電所進(jìn)行通信，可以進(jìn)行遠(yuǎn)程調(diào)度。

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

劉山泵站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)采用開放型分層分布式結(jié)構(gòu)。監(jiān)控系統(tǒng)分為兩層，主控級(jí)和現(xiàn)地級(jí)。

3 系統(tǒng)主要配置及功能

3.1 主計(jì)算機(jī)（兼操作員工作站）

兩臺(tái)主計(jì)算機(jī)相互熱備冗余，通過以太網(wǎng)連接，可以預(yù)先選定運(yùn)行值班主機(jī)，根據(jù)值班主機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，系統(tǒng)軟件進(jìn)行跟蹤判別。一旦發(fā)現(xiàn)值班主機(jī)異常，系統(tǒng)自動(dòng)切換備用機(jī)為值班主機(jī)，同時(shí)屏幕顯示主機(jī)故障。

3.2 通信服務(wù)器

本系統(tǒng)設(shè)置通訊服務(wù)器，配有RS232/RS485串行口，預(yù)留與其它系統(tǒng)的通信，與上級(jí)部門的聯(lián)網(wǎng)可直接通過交換機(jī)聯(lián)網(wǎng)或可通過本通信服務(wù)器實(shí)現(xiàn)。同時(shí)本機(jī)通過與操作員機(jī)的數(shù)據(jù)共享，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)處理、報(bào)警信息顯示、報(bào)表及歷史數(shù)據(jù)查詢和打印等功能。

3.3 網(wǎng)絡(luò)設(shè)備

監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備的交換機(jī)采用100MBbps速率具有組建環(huán)網(wǎng)功能的以太網(wǎng)交換機(jī)，網(wǎng)絡(luò)上各節(jié)點(diǎn)通過光纖連接成冗余環(huán)形網(wǎng)絡(luò)，當(dāng)光纖環(huán)路上出現(xiàn)故障時(shí)，能保證實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的自愈。

3.4 現(xiàn)地控制單元LCU

現(xiàn)地控制單元LCU包括機(jī)組LCU五套，選用法國(guó)施耐德公司的Quantum Unity系列PLC，實(shí)現(xiàn)對(duì)五臺(tái)機(jī)組的監(jiān)視和控制。公用設(shè)備LCU一套，選用法國(guó)施耐德公司的Quantum Unity系列PLC，對(duì)主變、站變、所變、進(jìn)線等機(jī)電設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控。風(fēng)機(jī)、供水泵、排水泵、清污機(jī)與節(jié)制閘啟閉機(jī)控制箱五套LCU，選用法國(guó)施耐德公司的Modicon TSX Primium系列PLC，實(shí)現(xiàn)對(duì)相關(guān)設(shè)備的監(jiān)控。

4 系統(tǒng)功能

4.1 數(shù)據(jù)采集與處理

包括對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的采集、進(jìn)行必要的數(shù)據(jù)預(yù)處理并以一定的格式存入實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)。監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)，包括收集和模擬，數(shù)字采集和輸出處理，脈沖的累積量、流量計(jì)算、信號(hào)幅度狀態(tài)設(shè)置。LCU收集泵站設(shè)備的主要操作參數(shù)，通過必要的處理送至上位機(jī)，在經(jīng)過進(jìn)一步分析處理后存入數(shù)據(jù)庫(kù)，以備調(diào)用。

4.2 控制與調(diào)節(jié)

操作員根據(jù)上級(jí)指令及運(yùn)行情況，控制泵站、節(jié)制閘的運(yùn)行。操作人員在監(jiān)控界面上點(diǎn)擊該控設(shè)備圖形控鍵，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)彈出操作流程圖和控制模擬鍵，操作員只需要點(diǎn)擊所需控鍵，監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行流程運(yùn)行，根據(jù)流程圖上每一步的執(zhí)行情況以及不執(zhí)行部位及原因，進(jìn)行指導(dǎo)、分析和自動(dòng)操作?？刂苾?nèi)容包括操作SF6高壓斷路器、隔離合、分操作，機(jī)組的開、停機(jī)操作等。

4.3 運(yùn)行安全監(jiān)視和事故報(bào)警

4.3.1 運(yùn)行實(shí)時(shí)監(jiān)視及參數(shù)在線修改

運(yùn)行值班人員通過組態(tài)軟件InTouch開發(fā)的監(jiān)控界面對(duì)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)視控制，因?yàn)橹蛋嗳藛T級(jí)別不同，監(jiān)控權(quán)限各不相同，監(jiān)控系統(tǒng)按照登陸者權(quán)限進(jìn)行自動(dòng)分配監(jiān)控內(nèi)容及在線修改參數(shù)權(quán)。

4.3.2 參數(shù)越復(fù)限報(bào)警及記錄

監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)設(shè)備某些參數(shù)以及計(jì)算數(shù)據(jù)在預(yù)先設(shè)定的范圍內(nèi)進(jìn)行監(jiān)視，一些模擬量如溫度量進(jìn)行梯度監(jiān)視，需要進(jìn)行變化趨勢(shì)分析。預(yù)先對(duì)這些參數(shù)值及梯度值規(guī)定上下浮動(dòng)范圍，系統(tǒng)在它們?cè)较藜皬?fù)限時(shí)必須做出相應(yīng)的處理。系統(tǒng)處理包括越限報(bào)警、參數(shù)越復(fù)限時(shí)自動(dòng)顯示信息等操作、一些重要參數(shù)在復(fù)限前調(diào)取之前存儲(chǔ)數(shù)據(jù)、相關(guān)參數(shù)分析、故障原因提示。

4.3.3 系統(tǒng)時(shí)鐘校對(duì)及事故順序記錄

系統(tǒng)時(shí)鐘采用GPS分別與上位機(jī)和各LCU對(duì)時(shí)。計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)可以按照發(fā)生的先后順序?qū)l(fā)生的事故和設(shè)備的動(dòng)作狀況記錄下來。在水泵機(jī)組發(fā)生事故而造成跳閘動(dòng)作等情況發(fā)生時(shí)，監(jiān)控系統(tǒng)馬上以中斷方式響應(yīng)同時(shí)自動(dòng)顯示、記錄并打印出事故名稱及時(shí)間；記錄和打印有關(guān)設(shè)備的動(dòng)作狀況，自動(dòng)跳出相關(guān)界面，進(jìn)行事故原因分析并提示處理方法。

4.3.4 事故追憶及相關(guān)量記錄

監(jiān)控系統(tǒng)完成事故追憶，這些數(shù)據(jù)作歷史數(shù)據(jù)被計(jì)算機(jī)保存于數(shù)據(jù)庫(kù)中，運(yùn)行人員可以調(diào)用這些數(shù)據(jù)用于顯示和打印。追憶量包括110kV主變各種電量和10kV母線電流、電壓，機(jī)組電流、電壓，軸瓦溫度、供水壓力、勵(lì)磁電壓、勵(lì)磁電流等。當(dāng)泵站發(fā)生事故時(shí)，各現(xiàn)場(chǎng)控制單元自動(dòng)采集自動(dòng)保護(hù)裝置及機(jī)電設(shè)備的狀態(tài)量，并傳送到泵站控制中心，并按照完成事件順序進(jìn)行排序排列等操作。記錄的誤差不大于2ms，監(jiān)控系統(tǒng)可以記錄事故發(fā)生前10秒和發(fā)生后20秒時(shí)間范圍你一些重要實(shí)時(shí)參數(shù)的變化詳情。

4.3.5 顯示記錄故障狀態(tài)

計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)定時(shí)掃描設(shè)備狀態(tài)信號(hào)，如發(fā)現(xiàn)故障狀態(tài)信號(hào)就會(huì)顯示在操作界面上，并記錄故障內(nèi)容以及其發(fā)生時(shí)間，同時(shí)監(jiān)控語(yǔ)音報(bào)警。

4.4 設(shè)備運(yùn)行統(tǒng)計(jì)記錄與生產(chǎn)管理

計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)統(tǒng)計(jì)記錄各設(shè)備的運(yùn)行情況，統(tǒng)計(jì)信息按照登陸者權(quán)限自動(dòng)提示給操作人員。統(tǒng)計(jì)的內(nèi)容包含設(shè)備在正常及非正常狀態(tài)下投切次數(shù)以及設(shè)備運(yùn)行時(shí)間等；統(tǒng)計(jì)主輔設(shè)備的輔助接點(diǎn)進(jìn)行變位及變位時(shí)間的記錄，如超出預(yù)定范圍作用于報(bào)警；統(tǒng)計(jì)設(shè)備參數(shù)越復(fù)限及定值變更等情況，同時(shí)自動(dòng)生成報(bào)表和日志等。

4.5 系統(tǒng)自診斷與冗余管理

計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)自診斷程序能在元件發(fā)生錯(cuò)誤或故障時(shí)，馬上做出正確判斷，通過硬件自檢，確定故障設(shè)備及故障原因，幫助操作人員進(jìn)行判斷及更換。同時(shí)，系統(tǒng)在主服務(wù)器發(fā)生故障時(shí)，自動(dòng)切換控制權(quán)，啟用備用服務(wù)器。

5 結(jié)束語(yǔ)

自動(dòng)化工程的實(shí)施，進(jìn)一步提升自動(dòng)化設(shè)施水平，實(shí)現(xiàn)泵站自動(dòng)化監(jiān)控和集中調(diào)度管理，實(shí)現(xiàn)了“無人值班，少人值守”的目的；而且通過整個(gè)網(wǎng)絡(luò)，能夠?qū)崿F(xiàn)辦公自動(dòng)化、管理智能化、調(diào)控遠(yuǎn)程化、決策科學(xué)化。

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