基于GEN64的三維泵閘控制系統(tǒng)在三陵河閘站的應(yīng)用

王文勇 貢錦煒 殷琳

【摘 要】 為了實(shí)現(xiàn)三陵河閘站安全、可靠、真實(shí)的三維泵閘監(jiān)控，基于GEN64軟件平臺導(dǎo)入3D建模，建立實(shí)時的三維場景監(jiān)控。本文闡述了三陵河自動化監(jiān)控系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、實(shí)施方法、硬件配置和自動化軟件實(shí)現(xiàn)功能等內(nèi)容。從實(shí)際運(yùn)行來看，系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，較好地滿足了泵閘實(shí)時三維控制、遠(yuǎn)程瀏覽的需要，符合三維監(jiān)控的相關(guān)應(yīng)用要求，值得推廣應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】 三維監(jiān)控；上位機(jī)軟件

[Abstract] In order to realize the safe， reliable and real three-dimensional monitoring of Sanlinghe sluice station， a real-time three-dimensional scene monitoring system was established by importing 3D modeling based on GEN64 software platform. This paper expounds the system structure， implementation method， hardware configuration and automatic software function of Sanling River automatic monitoring system. From the actual operation， the system is stable and reliable， which satisfies the needs of real-time three-dimensional control and remote browsing of pump gates， meets the relevant application requirements of three-dimensional monitoring， and is worth popularizing.

[Keywords] three-dimensional monitoring， upper computer software

1 引言

GEN64是業(yè)內(nèi)第一個內(nèi)核級全64位、基于.NET Framework、WPF和全矢量2D/3D的自動化系統(tǒng)監(jiān)控和管理可視化平臺，產(chǎn)品也是業(yè)內(nèi)首家獲得了B-AWS、OPC-UA認(rèn)證的行業(yè)軟件，確保了GENESIS64可以完美集成包含BACnet對象、趨勢、報警等在內(nèi)的BACnet協(xié)議。GENESIS64獲得了OPC基金會的認(rèn)證并能完美兼容OPC-UA協(xié)議。OPC-UA是結(jié)合了WPF優(yōu)勢的基于安全性、健壯性和靈活性的Web Service。真正做到了“OPC-to-the-Core?”，是典型的第四代基于標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議的數(shù)據(jù)采集方式和全新展現(xiàn)方式的可視化平臺。

三陵河泵閘計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)選用基于GEN64軟件平臺的3D插件功能導(dǎo)入工程模型來完成對三陵河閘站設(shè)備的監(jiān)控。

2 系統(tǒng)概述

2.1 工程簡介

三陵河閘站閘外通丹金溧漕河，閘內(nèi)與三陵河連接，是一座具有防洪、排澇等綜合功能的水工建筑物。其中，節(jié)制閘單孔凈寬8.0米，設(shè)計(jì)過閘流量為93.36立方米，閘兩側(cè)共布置4臺軸流泵，總裝機(jī)容量1520千瓦。閘站建成后，將有效降低受災(zāi)面積和時長，受益面積25.33平方公里，涉及人口1.4萬余人。同時，還具有改善區(qū)域水環(huán)境和保證農(nóng)業(yè)灌溉的綜合效益。

基于GEN64軟件平臺三維泵閘控制系統(tǒng)監(jiān)控設(shè)備包括4套高壓電機(jī)水泵設(shè)備、5臺卷揚(yáng)啟閉機(jī)閘門、供排水輔機(jī)設(shè)備、10kV高壓相關(guān)所站變開關(guān)柜、0.4kV低壓進(jìn)線等開關(guān)柜等。整個自動化系統(tǒng)冗余環(huán)形以太網(wǎng)組網(wǎng)，由GEN64軟件平臺開發(fā)的泵閘控制軟件，并留有水利局遠(yuǎn)程訪問接口。

2.2 控制系統(tǒng)

三陵河控制系統(tǒng)是由PLC系統(tǒng)和三維泵閘軟件系統(tǒng)組成。系統(tǒng)能滿足三陵河閘站的運(yùn)行需求，由 PLC完成對相關(guān)設(shè)備工藝流程的邏輯控制，對水泵電機(jī)、啟閉機(jī)閘門、供水泵等設(shè)備及對應(yīng)電氣設(shè)備的開停之間的邏輯聯(lián)鎖控制、保護(hù)，對采集的上下游水位、溫度、管道壓力、電參數(shù)等進(jìn)行監(jiān)視并記錄入庫，同時在三維泵閘軟件系統(tǒng)的3D建模對應(yīng)頁面進(jìn)行設(shè)備對應(yīng)位置數(shù)據(jù)顯示、報警和打印報表等。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1。

3 系統(tǒng)組成

3.1 PLC系統(tǒng)

PLC是專為過程控制而設(shè)計(jì)的通用邏輯控制平臺，有強(qiáng)大的內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運(yùn)算等功能，三陵河閘站PLC系統(tǒng)設(shè)置為4臺主機(jī)2套、公用設(shè)備1套、節(jié)制閘1套，并由全部自帶網(wǎng)絡(luò)接口的控制裝置來通過網(wǎng)絡(luò)通訊完成整個三陵河閘站相關(guān)設(shè)備的聯(lián)動控制、預(yù)警等運(yùn)行功能。該系統(tǒng)經(jīng)運(yùn)管單位延陵水利站運(yùn)行及汛期開機(jī)考驗(yàn)，PLC系統(tǒng)設(shè)備配置完全滿足三陵河閘站自動化系統(tǒng)的運(yùn)行需求。

3.2 三維泵閘軟件系統(tǒng)

監(jiān)控系統(tǒng)組態(tài)軟件采用基于GEN64的3D功能組件的應(yīng)用軟件，在三陵河中控室配有安裝GEN64軟件的兩臺工業(yè)級監(jiān)控主計(jì)算機(jī)。監(jiān)控主計(jì)算機(jī)，一主機(jī)一備機(jī)，實(shí)現(xiàn)三陵河三維泵閘控制系統(tǒng)的控制、數(shù)據(jù)采集和處理、存儲數(shù)據(jù)，實(shí)時運(yùn)行數(shù)據(jù)的圖表、曲線的生成，錯誤信號的分析處理等。

4 軟件系統(tǒng)

4.1 控制方式

泵閘控制系統(tǒng)實(shí)行調(diào)度中心控制、閘站自動控制和現(xiàn)地手動均具備的控制方式，來確保整個泵閘設(shè)備的安全、可靠運(yùn)行。

現(xiàn)地手動控制：在設(shè)備檢查、維修、調(diào)試或閘站自動控制功能損壞時，可使用現(xiàn)場設(shè)備的觸摸屏或按鈕來完成設(shè)備手動單機(jī)無邏輯控制。

閘站自動控制：操作人員在中控室通過基于GE64開發(fā)的三維泵閘控制系統(tǒng)下發(fā)開停機(jī)指令，軟件系統(tǒng)通過光纖鏈路實(shí)現(xiàn)指令下發(fā)，設(shè)備根據(jù)邏輯流程完成自動啟停。

調(diào)度中心控制：丹陽市防汛調(diào)度控制中心的專用防汛調(diào)度工作電腦，經(jīng)防汛光纖專網(wǎng)與三陵河三維閘站監(jiān)控系統(tǒng)通訊，實(shí)現(xiàn)中心對閘站的遙信、遙測、遙控。

4.2 三維泵閘監(jiān)控軟件

GraphWorX64是GENESIS64產(chǎn)品套件的核心。它引進(jìn)GENESIS64各個組件比如從SNMP或BACnet設(shè)備，AlarmWorX64報警和TrendWorX64趨勢的內(nèi)容。GraphWorX是一種功能強(qiáng)大的人機(jī)交互界面和SCADA數(shù)據(jù)可視化工具。這些圖形在縮放時不會丟失細(xì)節(jié)。它讓用戶可以構(gòu)建描繪現(xiàn)實(shí)世界的畫面，允許植入TrendWorX64瀏覽器和AlarmWorX64瀏覽器來幫助你看到直觀的項(xiàng)目運(yùn)作。

GraphWorX64配置使得所有項(xiàng)目快速和容易。用戶可以通過GraphWorX64符號庫，圖庫和模板以及配置默認(rèn)設(shè)置來重復(fù)創(chuàng)建同樣的物件，而無需逐一修飾。

支持創(chuàng)建豐富的，身臨其境的真三維化界面。使用Windows Presentation Foundation（WPF）創(chuàng)建真實(shí)的3D世界，并獲得真正的360度對資產(chǎn)的瀏覽。用戶可以結(jié)合2D和3D功能將二維的畫面植入到3D的物件之中。你也可以將三維的物件放在二維的畫面之中。還可以用矢量畫面做出逼真的實(shí)物畫面，通過WPF在網(wǎng)站上瀏覽。

泵閘控制軟件為控制中心的操作人員提供了直觀的3D可視化控制界面。可視化控制界面整合了操作人員所需的各類信息，控制軟件可以將設(shè)備實(shí)時數(shù)據(jù)用圖形圖案方式顯示在3D動態(tài)動畫界面中，以實(shí)現(xiàn)整個三陵河閘站監(jiān)測的直觀效果，軟件可以達(dá)到最優(yōu)的通訊能力和閘站建設(shè)需求的各類控制調(diào)度功能。

3D泵閘監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行畫面見圖2。

5 通訊網(wǎng)絡(luò)

三陵河泵閘監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)采用光纖以太網(wǎng)環(huán)網(wǎng)，經(jīng)過工業(yè)網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)內(nèi)置的支持Real-Time RingTM實(shí)時環(huán)特有技術(shù)的光纖LC接口組建以太環(huán)網(wǎng)，為三陵河泵閘現(xiàn)場控制設(shè)備提供自修復(fù)且冗余的網(wǎng)絡(luò)鏈路。

6 系統(tǒng)特點(diǎn)

（1）采用支持Real-Time RingTM實(shí)時環(huán)特有技術(shù)光纖以太冗余環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)，提高可靠性、穩(wěn)定性及快速自我修復(fù)性。

（2） GEN64軟件通過三維組件導(dǎo)入三維建模軟件中的模型和動畫，同時完成閘站設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)采集與處理。以真實(shí)生動的三維形象效果展示，通過設(shè)備與數(shù)據(jù)的結(jié)合展示方式令操作人員更易了解和管理。

三陵河泵閘監(jiān)控系統(tǒng)經(jīng)過延陵水利站運(yùn)行及汛期開機(jī)考驗(yàn)，運(yùn)行正常，性能穩(wěn)定，完全滿足泵閘站類型工程運(yùn)行需求，三維泵閘自動化控制系統(tǒng)為今后同類型閘站使用起到了示范作用，為項(xiàng)目組織設(shè)計(jì)提供很好借鑒。

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