淺談無錫嚴埭港水利樞紐主機溫度采集系統(tǒng)的改造

【摘要】大中型泵站運行中，主機溫度量是運行時的重要參數(shù)。針對嚴埭港水利樞紐原溫度采集系統(tǒng)在長期運行中出現(xiàn)采溫和通訊穩(wěn)定性不足的問題，提出了升級改造的方案。

【關(guān)鍵詞】泵站；溫度采集系統(tǒng)；溫度巡檢儀；可編程邏輯控制

一、前言

嚴埭港水利樞紐是無錫市城市防洪八大樞紐之一，位于無錫市北郊嚴埭港。嚴埭港水利樞紐由泵站、節(jié)制閘和船閘和上下游連接建筑物等組成。泵站裝機流量為70m/s，安裝5臺立式軸流泵，單機流量為14m3/s，其中2臺泵28m3/s具備雙向抽排功能，其余3臺泵為單向排澇，配630W同步電動機，總裝機容量3150W。節(jié)制閘分2孔，單孔凈寬12m，采用升臥式閘門。船閘規(guī)模16（20）×135m，上、下閘首型式同節(jié)制閘，采用升臥式閘門。

二、泵站自動化系統(tǒng)簡介

泵站自動化系統(tǒng)監(jiān)控對象包括5臺主泵（包括主泵、電機、勵磁設(shè)備等）、2臺節(jié)制閘啟閉設(shè)備、清污設(shè)備（包括10臺清污機和一臺皮帶機等）、5臺主泵出水側(cè)工作閘門啟閉機、5臺主泵出水側(cè)事故閘門啟閉機、2臺技術(shù)供水泵（一用一備）、2臺檢修排水泵（一用一備）、10kV高壓開關(guān)柜、2臺站用變、2臺0.4kV開關(guān)柜進線柜和1臺聯(lián)絡(luò)柜等。整個監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)成冗余以太網(wǎng)，由上位機監(jiān)控，并應(yīng)留有接口與控制中心相連。工業(yè)電視系統(tǒng)主要設(shè)備由前端設(shè)備（包括：攝像機、鏡頭、防護罩、云臺、解碼器等）、多媒體工作站、視頻顯示設(shè)備、視頻記錄設(shè)備、大屏幕投影儀、電源輔助設(shè)備等組成，如圖2.1所示，實現(xiàn)了嚴埭港水利樞紐的實時監(jiān)控和監(jiān)視，系統(tǒng)以“先進、可靠、經(jīng)濟、實用”為原則，達到少人值守，現(xiàn)場無人值班的管理水平。

三、原溫度采集系統(tǒng)介紹

主機泵組溫度采集系統(tǒng)是主機泵運行和自動化運行的重要組成部分，對主機運行中的重要參數(shù)溫度實時采集、上傳、評判，對安全穩(wěn)定運行具有重要意義。原主機組溫度采集采用NARI南瑞制造的SJ-40C溫度巡檢儀，此巡檢儀專為水、火電廠的溫度量巡檢和溫度保護而設(shè)計，也用于其它工業(yè)領(lǐng)域中采用熱電阻測量溫度的場合。其主要特點是采用16位單片機，24位δ—Σ型A/D，精密恒流源，可以適應(yīng)不同線制的多種熱電阻，輸入容量48路，可擴充至96路，隔離的RS485通信接口，支持Modbus通信協(xié)議，具有自動調(diào)教零點及增益，在線自診斷自恢復功能。通過熱電阻采集的溫度量，通過RS485方式通訊至上位機。系統(tǒng)圖如3.1所示。

對于溫度輸入， SJ-40C的溫度輸入插座為J2-J4，和J8-J10（J8和J10為擴充插座），每個插座可以接16路溫度量，因此，上述6個插座最多可以接入16*16=96路溫度量。這些插座分別有50個端子（實際使用其中48個）。這些端子被分成A、B、C三個部分（對應(yīng)插座上中下三排），如圖3.2所示。

硬件上，SJ-40C的基本輸入為48路，軟件上根據(jù)實際需要確定真正的輸入路數(shù)maxTI，其中maxTI的大小會影響到裝置的采樣速度。裝置的溫度采集速度為16點/秒，第一次采集32點，耗時2秒，第一秒采集與保護有關(guān)的溫度點，（最多允許16路），第二秒按常規(guī)依次采集其他的溫度點， 采完全部96點需耗時12秒，當這些保護點小于16時，節(jié)省的時間將用來采集其他的溫度點，這樣，會加快裝置的總體采集速度。嚴埭港樞紐每臺主機采集定子、上下導、推力、上下油缸等共14個溫度量。

四、實際運行時存在的問題。

原溫度巡檢儀經(jīng)過多年的運行，會出現(xiàn)運行中溫度無顯示，實時溫度不更新，上位機無法讀取測溫這三種情況，經(jīng)過對該裝置的進一步分析，有如下原因造成，1、裝置投電時如有短線或短路，而后恢復正常時，顯示值雖有（在本應(yīng)顯示溫度的位置顯示“*”），仍不參與保護（除非重新投電）。2、無論原來的溫度測值是否正常，只要有連續(xù)5點溫度測值發(fā)生同樣規(guī)律的變化，且變化量大于5度，則認為裝置內(nèi)部采集故障，此時需重新投電才能正常工作（比如將溫度輸入插頭拔下再插上）。3、地址與數(shù)據(jù)編碼時，不能經(jīng)常對溫度參數(shù)進行加載，且溫度參數(shù)和maxTI這兩部分必須加載正確，否則SJ-40C拒絕執(zhí)行或或不能正確執(zhí)行溫度巡檢/保護功能。

基于上述原因，在主機泵運行中溫度檢測量經(jīng)常顯示“*”或溫度沒有實時更新，經(jīng)常需要重啟巡檢儀才能正常工作，另外，由于溫度巡檢儀只有一個RS485通訊接口，需要再經(jīng)過一次轉(zhuǎn)化才能接入以太網(wǎng)交換機上傳至上位機電腦，通訊上節(jié)點冗多也經(jīng)常造成故障率上升，導致上位機無法讀取溫度量，對泵站的安全運行帶來不穩(wěn)定因素。由于實時溫度量是主機泵組運行中的重要參數(shù)量，也是關(guān)系到輔機系統(tǒng)和供水系統(tǒng)是否正常工作的重要參考，基于嚴埭港水利樞紐對于無錫運動片大包圍的重要性不可替代，所以有必要對溫度采集系統(tǒng)進行升級改造。

五、改造方案

摒棄原通過溫度巡檢儀采集溫度和單一通訊的模式，采用更加穩(wěn)定可靠，抗干擾能力更強且使用方便的PLC模塊，在主機PLC上加裝集成的施耐德TM2DOCKN和TM218模塊來進行溫度量采集和處理，其中TM218具備RS485和以太網(wǎng)同時輸出，簡化了采集裝置，優(yōu)化了數(shù)據(jù)通道。

TM218是施耐德電氣推出的超高性能、超強擴展能力的新一代PLC，具有接口功能豐富、集成度較高和組態(tài)可擴展等特點，采用交流220 V供電，配備24路DI、16路D0、4通道高速計數(shù)、2PT0、2路模擬量輸入和2路模擬量輸出；同時可通過MBS接口對外進行通信。上述特性不僅完全滿足了本系統(tǒng)中開關(guān)量輸入/輸出、模擬量輸入和與上位機通信的基本要求，同時為后期系統(tǒng)功能的升級與優(yōu)化留出了較大空間，所有監(jiān)測開關(guān)量送入PLC令用模入轉(zhuǎn)換模塊進行數(shù)據(jù)處理。

施工方案是拆除原溫度巡檢儀，原測溫系統(tǒng)的熱電阻保留，熱電阻接到加裝的TM2DOCKN模擬量采集模塊上面。主機組在運行時，測溫熱電阻在工作時輸出的電壓信號屬于模擬信號，根據(jù)在任何情況下被測溫度都不可能發(fā)生突跳的特性，所以測得的電壓信號無論在時間上還是在數(shù)量上都是連續(xù)的，這個電壓信號在連續(xù)變化過程中的任何一個取值都是具體的物理意義，即表示一個相應(yīng)的溫度，因此采集熱電阻的電壓信號經(jīng)換算即為主機的實時溫度信息。

在現(xiàn)場主機PLC控制柜中加裝施耐德TM218小型編程控制器，對采集模塊TM2DOCKN傳輸過來的數(shù)據(jù)進行實時處理，通過RS485信號傳輸?shù)街鳈C泵PLC處理器，再通過RS485信號傳送到現(xiàn)場的施耐德XBTGT5330觸摸顯示屏，供現(xiàn)地運行人員巡檢查看，同時TM218通過以太網(wǎng)關(guān)把信號傳輸?shù)缴衔粰C，供自動化監(jiān)控系統(tǒng)使用，如圖5.1所示。

上位機溫度通訊重新改造后，界面重新進行了優(yōu)化調(diào)整，主機泵運行界面可以直接監(jiān)控每臺主機運行的重要電氣參數(shù)和溫度參數(shù)，如圖5.2所示。同時對各溫度量的報警信號和跳閘信號做出了相應(yīng)的PLC程序設(shè)置，當溫度量超過設(shè)定報警溫度值時，上位機會發(fā)出報警信號，提醒運行人員及時進行檢查并采取措施。當溫度超過設(shè)定跳閘溫度時，上位機會發(fā)出指令到高壓室真空開關(guān)，自動跳閘，主機泵停機。

此次測溫系統(tǒng)升級改造也提升了樞紐的自動化運行管理水平，通過中控室上位機的有效檢測和控制，實現(xiàn)少人值守，現(xiàn)場無人值班的管理水平。

六、改造后的測溫系統(tǒng)使用情況

測溫系統(tǒng)改造后，經(jīng)過泵站一年多的開機運行，特別是2016年厄爾尼諾現(xiàn)象帶來的無錫地區(qū)降水量劇增，泵站開機運行時間比往年更多更密集，該套溫度采集系統(tǒng)沒有出現(xiàn)溫度采集不到或不更新需要重啟的故障，溫度采集量精準，更新及時，與現(xiàn)場觸摸顯示屏以及中控室上位機通訊穩(wěn)定，非常符合現(xiàn)代大中型泵站長期運行的要求。

七、結(jié)論

由于采用了 M218等模塊化元器件設(shè)計取代了原有的溫度巡檢儀，不僅精簡了設(shè)備，減少了故障點，同時還提高了溫度采集與通訊的可靠性，該控制系統(tǒng)具有安全可靠、運行穩(wěn)定、使用簡便，便于后期維護等特點，為大中型水利樞紐泵站的安全運行提供了強有力的保障。

參考文獻：

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作者簡介：張繼來（1981.11-），男（漢族），江蘇無錫市，碩士研究生，無錫市城市防洪工程管理處，工程師，研究方向為大型泵站技術(shù)管理。