打漁張泵站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)及應(yīng)用

賈振波

(山東省調(diào)水工程運(yùn)行維護(hù)中心濱州分中心，山東 濱州 256600)

1 泵站概況

山東省引黃濟(jì)青工程打漁張泵站是引黃濟(jì)青改擴(kuò)建工程新建的泵站，泵站樞紐位于濱州市博興縣打漁張引黃閘下游，引黃閘位于濱州市博興縣王旺莊險(xiǎn)工段下游的黃河右岸，是引黃濟(jì)青改擴(kuò)建工程的一個(gè)主要組成部分，建成后將為引黃濟(jì)青工程的渠首泵站，泵站設(shè)計(jì)流量為36m3/s，設(shè)計(jì)揚(yáng)程6.42m，泵站設(shè)5臺(tái)900kW的10kV同步電動(dòng)機(jī)，總裝機(jī)容量4500kW。泵站供電為雙回專(zhuān)線，由電力系統(tǒng)變電站架設(shè)兩路35KV單回路線路至泵站。專(zhuān)用變電站設(shè)有35kV/10kV，3150kVA變壓器干式變壓器2臺(tái)。設(shè)備應(yīng)考慮防塵措施，應(yīng)采用密封機(jī)柜和帶過(guò)濾器的通風(fēng)孔?，F(xiàn)場(chǎng)范圍內(nèi)有35kV變電站，有35kV架空線路和10kV架空線路，機(jī)組配套電機(jī)功率為900kW，電壓為10kV，采用直接啟動(dòng)方式，承包人應(yīng)確保設(shè)備在此環(huán)境下安全運(yùn)行。所有系統(tǒng)設(shè)備應(yīng)能適應(yīng)泵站的特殊環(huán)境。

結(jié)合打漁張泵站實(shí)際情況，其計(jì)算機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)采用星形光纖單網(wǎng)結(jié)構(gòu)[1]，且按照開(kāi)放式分層分布式結(jié)構(gòu)布置，其監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)詳見(jiàn)圖1。

圖1 打漁張泵站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

構(gòu)成打漁張泵站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的9個(gè)模塊全部通過(guò)網(wǎng)絡(luò)連接，并構(gòu)成整體，且劃分為遠(yuǎn)程調(diào)度層、監(jiān)控層和現(xiàn)地層三個(gè)層級(jí)[2]。遠(yuǎn)程調(diào)度層設(shè)置在水利廳調(diào)度中心內(nèi)部，主要通過(guò)工程管理處監(jiān)測(cè)泵站和水閘實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)并下達(dá)調(diào)度命令。監(jiān)控層則設(shè)置在泵站中心控制室，在監(jiān)控泵站運(yùn)行的過(guò)程中采集運(yùn)行數(shù)據(jù)形成報(bào)表，監(jiān)控層是泵站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的核心層?，F(xiàn)地層則設(shè)置在設(shè)備處，主要進(jìn)行現(xiàn)地設(shè)備的自動(dòng)監(jiān)控。

2 泵站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)模塊設(shè)計(jì)

泵站監(jiān)控層模塊是泵站監(jiān)控系統(tǒng)的核心所在，主要承擔(dān)泵站日常運(yùn)行過(guò)程的監(jiān)控、數(shù)據(jù)收集及存儲(chǔ)、匯總打印、通信調(diào)度等核心功能。水力監(jiān)測(cè)模塊主要負(fù)責(zé)控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)的輸入與輸出管理，該模塊的設(shè)計(jì)及運(yùn)行必須具備穩(wěn)定可靠屬性，其動(dòng)態(tài)和靜態(tài)運(yùn)行均需達(dá)到自動(dòng)化控制系統(tǒng)運(yùn)行的基本要求。打漁張泵站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)水力監(jiān)測(cè)模塊監(jiān)測(cè)項(xiàng)目主要有泵站池水位、攔污柵水位、虹吸管真空度、拍門(mén)位置、水泵壓力、機(jī)組轉(zhuǎn)速及流量、油壓、油位、設(shè)備運(yùn)行溫度等。

打漁張泵站采用直流勵(lì)磁模塊，所使用的控制系統(tǒng)為單片機(jī)核心勵(lì)磁自動(dòng)調(diào)控系統(tǒng)。泵站機(jī)組LCU模塊包括PLC、微機(jī)保護(hù)裝置、巡回溫度監(jiān)測(cè)器、測(cè)量?jī)x表及繼電器等部分。泵站公用LCU模塊主要針對(duì)主變、電源系統(tǒng)、進(jìn)線開(kāi)關(guān)等進(jìn)行監(jiān)控，為提升對(duì)各監(jiān)控對(duì)象的監(jiān)控管理效率，針對(duì)各個(gè)模塊分別配備PLC，所收集到的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)也傳送至LCU現(xiàn)地站，經(jīng)現(xiàn)地站中轉(zhuǎn)后傳送至控制中心，并由其直接通過(guò)LCU對(duì)各監(jiān)測(cè)對(duì)象實(shí)施控制。

輔助設(shè)備LCU模塊主要以打漁張泵站油壓、氣水系統(tǒng)、抽真空系統(tǒng)等輔助設(shè)備為監(jiān)控對(duì)象，并針對(duì)每套輔助設(shè)備配備1套獨(dú)立運(yùn)行的PLC系統(tǒng)，各系統(tǒng)將所接收的輔助設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、電源狀況等參數(shù)數(shù)據(jù)傳輸至現(xiàn)地站，由其中轉(zhuǎn)后再傳送至控制中心，控制中心在分析數(shù)據(jù)并掌握各輔助系統(tǒng)運(yùn)行情況后展開(kāi)控制。

2.2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

泵站控制系統(tǒng)應(yīng)有適當(dāng)?shù)目刂平K端，且本工程系統(tǒng)控制終端是大屏幕系統(tǒng)的操作維護(hù)中心，通過(guò)它對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行全面管理，并可對(duì)單個(gè)顯示單元進(jìn)行操作維護(hù)：對(duì)顯示單元的圖形拼接、整體亮度、對(duì)比度等參數(shù)進(jìn)行整體性操控與設(shè)置，并對(duì)輸入系統(tǒng)的所有信號(hào)展開(kāi)管理性操作，運(yùn)用控制系統(tǒng)調(diào)度和設(shè)置屏幕上的視頻圖像、計(jì)算機(jī)圖像及網(wǎng)絡(luò)圖像。本泵站計(jì)算機(jī)監(jiān)控終端還需管理屏幕系統(tǒng)故障、性能、配置及安全。為此，對(duì)控制系統(tǒng)本身的穩(wěn)定性和可靠性有較高要求，控制系統(tǒng)的關(guān)鍵部件還應(yīng)采取保護(hù)性方案，確保整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。打漁張泵站計(jì)算機(jī)控制監(jiān)控系統(tǒng)具有圖像顯示，設(shè)備參數(shù)、趨勢(shì)圖及歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，繼電保護(hù)及報(bào)表打印等多項(xiàng)功能。

1)圖像顯示。打漁張泵站液晶拼接顯示系統(tǒng)由2×3塊55″LCD超窄邊液晶顯示器、高清數(shù)字矩陣、雙基色LED顯示屏、視頻解碼器和1臺(tái)控制計(jì)算機(jī)等主要部件組成，系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程圖像實(shí)時(shí)顯示是該監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行的主界面，同時(shí)顯示各主要監(jiān)測(cè)點(diǎn)的軸瓦溫度、閥門(mén)開(kāi)度、電機(jī)轉(zhuǎn)速、水泵流量及池水位等相關(guān)參數(shù)。

2)設(shè)備參數(shù)及趨勢(shì)

打漁張泵站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控結(jié)果主要按照電機(jī)、水泵等物理設(shè)備形態(tài)及電機(jī)參數(shù)、水泵參數(shù)和電氣參數(shù)等分頁(yè)顯示，以方便使用者進(jìn)行各物理設(shè)備參數(shù)的瀏覽。

趨勢(shì)圖主要包括電機(jī)瓦溫、轉(zhuǎn)子溫度、定子溫度、水泵瓦溫、電流等參數(shù)，為方便參數(shù)變動(dòng)趨勢(shì)的分析，系統(tǒng)會(huì)在實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的基礎(chǔ)上給出泵站運(yùn)行趨勢(shì)圖，通過(guò)趨勢(shì)曲線變化進(jìn)行各項(xiàng)指標(biāo)變動(dòng)趨勢(shì)的對(duì)比分析。

3)光纖以太環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)

為提升網(wǎng)絡(luò)通訊的實(shí)時(shí)性與可靠性，打漁張泵站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)采用基于工業(yè)交換機(jī)的光纖以太環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)[3]。該結(jié)構(gòu)主要通過(guò)對(duì)等網(wǎng)實(shí)現(xiàn)信息連接與傳輸，網(wǎng)上PLC站、主控機(jī)等節(jié)點(diǎn)均通過(guò)對(duì)等方式進(jìn)行信息交換，任何節(jié)點(diǎn)設(shè)備故障并不影響通信網(wǎng)絡(luò)的正常運(yùn)行。傳統(tǒng)的以服務(wù)器為網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)中心的結(jié)構(gòu)下，各節(jié)點(diǎn)設(shè)備信息的交換均通過(guò)服務(wù)器數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)現(xiàn)，導(dǎo)致服務(wù)器工作負(fù)荷較重，且不利于系統(tǒng)可靠運(yùn)行和數(shù)據(jù)處理效率的提升，而打漁張泵站所采用的基于工業(yè)交換機(jī)的光纖以太環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)比服務(wù)器作為網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)中心的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)效率更高。

工業(yè)機(jī)快速光纖交換機(jī)的應(yīng)用使監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)時(shí)性與可靠性進(jìn)一步提升。與商業(yè)交換機(jī)相比，工業(yè)交換機(jī)在端口設(shè)置、對(duì)分布式網(wǎng)絡(luò)的適應(yīng)性、工控的實(shí)時(shí)性、數(shù)據(jù)傳輸管理的時(shí)效性等方面根據(jù)優(yōu)勢(shì)，兩者性能的比較詳見(jiàn)表1。

表1 工業(yè)交換機(jī)和商業(yè)交換機(jī)性能比較

3 泵站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用

打漁張泵站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)總線網(wǎng)由10臺(tái)南京DY公司生產(chǎn)的EF系列智能前端機(jī)和2臺(tái)工控機(jī)組成，以實(shí)現(xiàn)對(duì)泵站運(yùn)行過(guò)程的監(jiān)控，其中1臺(tái)工控機(jī)和另一臺(tái)位于站長(zhǎng)室的工控機(jī)組成10Mpbs局域網(wǎng)，該總線網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸速率高、可靠，并以屏蔽雙絞電纜為通訊介質(zhì)，通訊速率高達(dá)1.25Mpbs。泵站系統(tǒng)軟件采用的是二次開(kāi)發(fā)的“組態(tài)王”工控組態(tài)軟件，可在Windows98等系統(tǒng)下運(yùn)行。該監(jiān)控系統(tǒng)除進(jìn)行機(jī)組及泵站運(yùn)行常規(guī)性參數(shù)監(jiān)測(cè)外，還能實(shí)施對(duì)低壓力、小流量管道油示流、大位移平板閘門(mén)開(kāi)度、含沙池液位等數(shù)據(jù)的采集，并進(jìn)行φ1600及以上大管徑流量的在線監(jiān)測(cè)，自動(dòng)控制機(jī)組及集水井、潤(rùn)滑油等輔助系統(tǒng)的運(yùn)行。

為保證泵站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的正常運(yùn)行，必須為其設(shè)備提供380V±10%、50Hz±2%三相交流、中性點(diǎn)接地以及220V±10%、50Hz±2%單相交流的不間斷電源。打漁張泵站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)自2019年10月投運(yùn)至今，性能可靠穩(wěn)定，操作方便，功能強(qiáng)大，并在2020年的春灌中事先發(fā)現(xiàn)并處理了泵站運(yùn)行的潛在事故隱患，為機(jī)組的安全可靠運(yùn)行提供了保證。

4 結(jié) 論

打漁張泵站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)采用10Mpbs的局域以太網(wǎng)、交換進(jìn)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備及光纖通訊介質(zhì)，泵站控制室不設(shè)置常規(guī)控制，實(shí)現(xiàn)了泵站運(yùn)行相關(guān)信息的有效集成，系統(tǒng)組網(wǎng)運(yùn)行及維護(hù)靈活方便，并具有可擴(kuò)展性和可升級(jí)性，其大型模擬屏和數(shù)字圖像監(jiān)控系統(tǒng)為泵站無(wú)人值班的高效運(yùn)行創(chuàng)造了條件。