計算機監(jiān)控系統(tǒng)在JATIGEDE大壩中的應(yīng)用

王 學(xué) 明, 蒲 小 勇

(中國水利水電第十工程局有限公司,四川 成都 610072)

1 概 述

JATIGEDE大壩位于印度尼西亞西爪哇省雙木丹縣境內(nèi)的Cimanuk河流上，主要由大壩、溢洪道、灌溉洞、取水口等水工建筑物組成；大壩為黏土心墻堆石壩，壩高110 m，壩頂長度為1 668 m，水庫正常蓄水位高程為260 m，總庫容10.6億m3。

業(yè)主要求采用計算機監(jiān)控系統(tǒng)[1]對大壩的水力機械設(shè)備進行自動監(jiān)控[2]，其作用為：

(1)對大壩泄洪閘門、灌溉供水閘門、發(fā)電取水閘門、廊道排水泵、大壩通風(fēng)-照明系統(tǒng)進行自動控制和操作；

(2)對水庫水位和壩體的滲透性、變形、位移、穩(wěn)定性等運行參數(shù)自動進行實時監(jiān)測；

(3)對大壩運行參數(shù)自動進行分析和處理，確保大壩運行的安全性；

(4)實時發(fā)出故障提示菜單、燈光和音響信號，為維修提供方便；

(5)生成大壩運行報表，方便查詢閘門開度的大小、庫區(qū)水位的高低、壩體形變等運行參數(shù)[2]。

2 計算機監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)方案的設(shè)計

2.1 方案設(shè)計的宗旨

方案設(shè)計的基本參數(shù)為：數(shù)字量輸入點144個 ；數(shù)字量輸出點48個； 模擬量輸入點64個 ； 交流采樣點5個。為此，設(shè)計需遵循以下原則：(1)按“少人值守”的原則進行總體設(shè)計；(2)各控制單元之間可相互進行數(shù)據(jù)傳輸和通信；(3)所配置的軟、硬件高度可靠、冗余，局部故障不影響其它設(shè)備的正常運行；(4)按分層、全分布、全開放網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進行設(shè)計；(5)系統(tǒng)實時性好，抗干擾能力強，適應(yīng)水庫現(xiàn)場環(huán)境；(6)畫面、色彩、文字、操作界面等的設(shè)計需人性化。

2.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計

系統(tǒng)硬、軟件采用三級控制的星型光纖以太網(wǎng)架構(gòu)(圖1)。

第一級為主控級設(shè)備。包括操作員工作站、工程師工作站、雅加達遠程工作站、通訊服務(wù)器兼ON-CALL工作站配置1臺DELL四核高性能臺式計算機。

第二級為中轉(zhuǎn)控制級設(shè)備。在大壩控制中心配置2套PLC控制單元、人機接口單元、通訊管理機、網(wǎng)絡(luò)交換機。

第三級為執(zhí)行控制級設(shè)備。對于包括8套大壩閘門、2套排水泵、8臺風(fēng)機、照明系統(tǒng)及其它需要被監(jiān)控的設(shè)備等分別配置PLC控制單元、人機接口單元；此外，為大壩的4個監(jiān)測站配置了5套數(shù)據(jù)自動采集裝置。

圖1 印度尼西亞JATIGEDE大壩計算機控制網(wǎng)絡(luò)圖

2.3 主要硬件設(shè)備的配置

2.3.1 主控級

選用DELL型號為Precision Tower 5810的四核高性能臺式計算機工作站。

2.3.2 中轉(zhuǎn)控制級

(1)大壩控制中心：選用施耐德公司的M340系列PLC模塊。

(2)人機接口單元PMI：選用施耐德公司的XBT- GT5330型彩色液晶觸摸屏。

2.3.3 執(zhí)行控制級

(1)現(xiàn)場就地控制：選用施耐德公司的P57系列PLC模塊。

(2)人機接口單元：選用施耐德公司的GC-4408W型彩色液晶觸摸屏。

(3)大壩監(jiān)測站PLC單元：具體配置為英國Soil公司的CR1000型48通道數(shù)據(jù)自動采集計算機；AVW200型振弦式模塊； NL121 Ethernet型通信模塊。

2.4 主要系統(tǒng)軟件配置

系統(tǒng)配置的軟件需滿足以下要求[3]：

(1)成熟的標(biāo)準(zhǔn)化軟件，應(yīng)具有豐富的運行經(jīng)驗，滿足并能實現(xiàn)技術(shù)條款中要求的各項功能；

(2)各類軟件需互相匹配并分工協(xié)作；

(3)程序編寫簡單，設(shè)置方便，軟件之間的數(shù)據(jù)應(yīng)做到相互共享；

(4)要求應(yīng)用軟件以最小的修改實現(xiàn)在不同系統(tǒng)間的移植，主要軟件配置情況見表1。

表1 主要軟件配置清單表

*表1中由南電雙新公司開發(fā)的POWERSCADA-3000監(jiān)控系統(tǒng)平臺軟件和通用電氣公司研發(fā)的IFIX5.8組態(tài)軟件最為重要。

3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)具有的特點[4、5]

3.1 智能性

采用單模光纖將當(dāng)?shù)厮恼?、氣象站、地震觀測站與大壩中控室聯(lián)結(jié)，系統(tǒng)能依據(jù)庫區(qū)水位、水文站監(jiān)測到的入庫流量、氣象站監(jiān)測到的降雨量及風(fēng)力風(fēng)向、地震觀測站監(jiān)測到的地震等級及地震烈度等基本參數(shù)進行綜合邏輯判斷，生成大壩泄洪閘門的開啟/關(guān)閉時間、順序、數(shù)量及開度的程序指令，發(fā)出指令自動開啟/關(guān)閉溢洪道閘門，確保大壩運行的安全性，從而達到少人或無人值班的要求。

3.2 模擬性

由于采用了POWERSCADA-3000監(jiān)控系統(tǒng)平臺軟件和IFIX5.8組態(tài)軟件，使被監(jiān)控物體的實時狀態(tài)如閘門啟閉狀態(tài)、液壓油壓力情況、油缸行程、電源參數(shù)、排水泵及通風(fēng)和照明運行狀態(tài)等均可被模擬顯示于工作站的四核臺式計算機上，操作控制過程亦被模擬在計算機上，畫面色彩逼真，方便運行人員了解現(xiàn)場實況。

3.3 報表輸出

由于安裝了表1中的CR1000大壩監(jiān)測軟件和LoggerNet監(jiān)測控制軟件、IFIX5.8組態(tài)軟件等各種軟件，系統(tǒng)可自動生成大壩運行報表、庫區(qū)水位報表、閘門開度報表、大壩形變監(jiān)測報表，并可輸出打印報表。

3.4 趨勢性

由于安裝了IFIX5.8組態(tài)軟件，系統(tǒng)能根據(jù)報表情況自動生成庫區(qū)水位變化趨勢線、大壩形變和滲漏狀態(tài)趨勢線，當(dāng)趨勢線將要越限時自動燈光閃爍報警以提示運行人員，從而為相關(guān)專業(yè)工程師分析大壩運行狀態(tài)提供依據(jù)。

3.5 遠程監(jiān)控

由于系統(tǒng)安裝了Proficy Webspace4.8網(wǎng)頁發(fā)布應(yīng)用軟件、POWERSCADA-3000監(jiān)控系統(tǒng)平臺軟件、IFIX5.8組態(tài)軟件，業(yè)主可以在幾百、上千公里外通過專用寬帶網(wǎng)絡(luò)遠程監(jiān)控大壩現(xiàn)場的各種設(shè)施。此外，通過安裝在手機上的Hik-connect?？禐g覽軟件，業(yè)主的關(guān)鍵人員可以在任何時間場合監(jiān)視和控制大壩攝像頭，了解大壩的實時狀態(tài)。

3.6 響應(yīng)特性

(1)大壩控制中心。由于大壩監(jiān)控中心工作站采用了4臺DELL四核高性能臺式計算機和功能強大的控制軟件，故其響應(yīng)速度快，數(shù)據(jù)采集響應(yīng)時間≤5 s；人機通信時間≤ 1 s；動態(tài)數(shù)據(jù)更新時間為1～3 s；報警響應(yīng)時間<2 s。

(2) 現(xiàn)地控制單元。由于現(xiàn)場控制單元采用的是施耐德公司的標(biāo)準(zhǔn)PLC模塊、觸摸屏和英國SOIL公司標(biāo)配的智能采集裝置以及配套的各類軟件，故其響應(yīng)速度亦很快，模擬量采集周期：電量≤1 s；非電量≤2 s；數(shù)字量采集周期<1 s；控制命令應(yīng)答<1 s；反饋<1 s。

3.7 延展性

使用標(biāo)準(zhǔn)化的MS SQL數(shù)據(jù)庫作為歷史數(shù)據(jù)庫，在不修改系統(tǒng)程序的情況下可以方便地實現(xiàn)通訊規(guī)約的加入，避免新的通訊規(guī)約加入引起程序結(jié)構(gòu)的改變，便于系統(tǒng)擴展。

3.8 兼容性及開放性

采用標(biāo)準(zhǔn)的組態(tài)軟件IFIX5.8，可支持多個PLC、儀表等產(chǎn)品聯(lián)網(wǎng)，便于系統(tǒng)擴充升級。采用通用軟件MS SQL關(guān)系型數(shù)據(jù)庫和EXECL/PB報表工具，可以方便用戶掌握二次開發(fā)。施耐德公司的Quantum支持Modbus通用標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，PLC與前端智能設(shè)備可以直接進行通信。

3.9 可靠性

系統(tǒng)中任何設(shè)備發(fā)生故障均不影響其它設(shè)備的正常運行，同時也不會造成被控設(shè)備的誤動、聯(lián)動性故障。

3.10 可維護性

采用通用電氣元件，可以使用其自帶的自診斷、故障尋找程序自動尋找故障位置；其具有便于試驗和隔離故障的斷開點，模塊可帶電插拔的特點，從而提高了硬件的替換能力。

3.11 安全性

采用分布式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)并建有閉鎖條件庫；命令、軟件分析具有完善的防錯、糾錯功能，進行檢索、校核以防止不合理的或非法的命令輸入；重要設(shè)備的PLC、模塊、控制電源等采用雙重冗余配置，可實現(xiàn)快速無干擾自動切換；傳輸介質(zhì)采用單模光纖和計算機屏蔽電纜以提高系統(tǒng)的抗干擾性。

4 技術(shù)與經(jīng)濟性的綜合評價

JIATIGEDE大壩在采用計算機監(jiān)控系統(tǒng)后，實現(xiàn)了大壩泄洪閘門、灌溉供水閘門、發(fā)電取水閘門、集水井排水泵、廊道通風(fēng)-照明系統(tǒng)的就地、集中、遠程自動控制，并對運行過程、當(dāng)前狀態(tài)進行實時監(jiān)控，達到了大壩運行少人值守的目的；自動監(jiān)測庫區(qū)水位、壩體的形變、壓力、滲透等運行參數(shù)并生成走勢曲線，為工程師分析大壩的穩(wěn)定性、水庫水位變化提供依據(jù)；自動生成故障菜單，為維修人員提供參考，降低了故障診斷和處理時間。該系統(tǒng)的使用產(chǎn)生了極大的轟動效應(yīng)，印度尼西亞國家總統(tǒng)、部長等到項目考察后給予了高度的評價，提高了Sinohydro的知名度，創(chuàng)造了可觀的經(jīng)濟效益和社會效益。