關(guān)鍵詞 ：LK PLC；HollyView；泵站計算機監控系統；Modbus；冗余系統
   
    1 概述

    爾王莊泵站管理處是向天津市提供工業(yè)及生活用水的重點(diǎn)水利工程——引灤入津工程七大管理處之一，位于引灤入津工程上游，經(jīng)過(guò)潮白新河泵站一級提升后，灤河水流過(guò)34.5km明渠，在爾王莊泵站群根據輸水調度進(jìn)行分流。一路由暗渠泵站加壓后，經(jīng)25.6km暗渠直至市自來(lái)水公司。一路由明渠泵站經(jīng)明渠至大張莊泵站后入海河。其他分別經(jīng)逸仙園泵站將水送入武清開(kāi)發(fā)區；經(jīng)入港小宋莊泵站將水送至天津大港區和無(wú)縫鋼管廠(chǎng)；經(jīng)入漢泵站和入開(kāi)發(fā)區泵站分別擔送至漢沽區和天津開(kāi)發(fā)區。爾王莊管理處負責泵站群、爾王莊水庫及明渠的管理。

    爾王莊調度中心所轄監測站11個(gè)，由泵站所、一所、二所三個(gè)泵站所管理。其中泵站所轄爾王莊暗渠泵站監測站、爾王莊明渠泵站監測站、泵站所35KV變電站監測站；一所轄入港泵站監測站、入聚酯泵站監測站、入楊泵站監測站、一所35KV變電站監測站；二所轄二所35KV變電站監測站、入塘泵站監測站、入開(kāi)泵站監測站、入漢泵站監測站。
本系統為引灤工程爾王莊泵站輸水調度集中監控系統的一期工程，包含了泵站所明渠泵站計算機監控系統改造和泵站所35KV變電站計算機監控系統改造以及泵站所監控分中心和爾王莊調度中心監控系統改造。

    2 集中監控系統結構

    2.1 系統總體結構

    引灤工程爾王莊泵站輸水調度集中監控系統主要由三層構成：調度中心、分中心、現場(chǎng)監測站。通過(guò)通信及網(wǎng)絡(luò )系統將這些零散的信息點(diǎn)鏈接在一個(gè)統一的傳輸網(wǎng)絡(luò )下。系統信息點(diǎn)組成如下：

    (1) 在爾王莊泵站管理處建設調度中心；
    (2) 在暗渠泵站、一所入港泵站和二所入開(kāi)泵站設分中心。
    (3) 在11個(gè)監測站設置信息接點(diǎn)。

                  

    2.2 調度中心結構

    調度中心用于集中監視8個(gè)泵站，3個(gè)變電站，3個(gè)分控中心的所有設備，以及所有人員的管理，負責各泵站的運行調度，一般不直接在中控室控制泵站及現場(chǎng)設備。調度中心配置數據庫服務(wù)器兩臺，操作員站兩臺，工程師站一臺，通訊處理機一臺，UPS電源一套，WEB發(fā)布服務(wù)器一臺。并將數據庫服務(wù)器通過(guò)以太網(wǎng)與各分控中心服務(wù)器相連，實(shí)現調度中心對所有運行及管理數據的采集，并可以實(shí)現對歷史數據的統計分析。

    2.3 調度分控中心結構

    引灤工程爾王莊泵站輸水調度集中監控系統共設置泵站所、一所、二所三個(gè)分控中心，分控中心負責對所轄泵站的監控功能和操作員的管理功能，并通過(guò)光纖網(wǎng)絡(luò )將分控中心數據上傳至調度中心，一期工程只完成泵站所分控中心建設。

    泵站所分控中心用于集中監控明渠暗渠兩個(gè)泵站和泵站所35KV變電站的相關(guān)設備。分控中心設監控計算機兩臺，工程師站一臺，通訊處理機一臺，UPS電源一套。并將數據庫通過(guò)以太網(wǎng)與調度中心服務(wù)器相連，以便調度中心實(shí)時(shí)調度泵站合理運行，監視設備運行情況及人員管理情況。為提高工作效率，通常情況下，操作員在分控中心實(shí)現對泵站遠程啟?？刂?，在泵站不設人長(cháng)期職守，采用巡檢方式。

                 

    2.4 計算機監控系統構成

    爾王莊管理處共轄8個(gè)泵站和3個(gè)變電站，其中有一些泵站和變電站已經(jīng)改造完成，具有計算機監控系統，有一些泵站仍舊使用的儀表盤(pán)系統，并沒(méi)有自動(dòng)控制設備，需要人員長(cháng)期職守，耗費了較多的工作經(jīng)歷，且效率較低。一期工程將泵站所明渠泵站和泵站所35KV變電站的儀表盤(pán)設備改造為基于LK PLC的計算機監控系統。本文以明渠泵站計算機監控系統為例研究基于LK的泵站計算機監控系統構成。

    明渠泵站計算機監控系統采用LK系列大型PLC對全站泵組、電氣系統、公用油、水、氣系統、閘門(mén)控制系統、勵磁系統及直流系統進(jìn)行有效監視和控制，全站共4套泵組，每個(gè)機組設置一套現地控制單元（LCU），全站設置一套公用現地控制單元。對系統過(guò)程的工藝參數、電氣參數和設備運行狀態(tài)進(jìn)行監測、控制、聯(lián)鎖和報警以及報表打印，通過(guò)使用一系列通訊鏈，完成整個(gè)工藝流程所必需的數據采集，數據通訊，順序控制，時(shí)間控制，回路調節及上位監視和管理作用。
?
    控制系統的監控內容

    泵站的監控內容包括主變壓器、所用變壓器、站用變壓器及電機電壓、電流、負荷等的保護；泵站的前后池水位；閘門(mén)的閘位、運行狀態(tài)及控制；公用油、氣、水系統及相關(guān)閥門(mén)、泵的狀態(tài)及控制；機組溫度；勵磁系統、調速系統的狀態(tài)及控制；機組的運行狀態(tài)及啟?？刂芠1]。
?
    計算機監控系統配置

    在泵站控制室配置兩套監控計算機，每套計算機配置一套監控組態(tài)軟件，由于泵站不設人值守，在巡檢人員檢查和現場(chǎng)緊急故障情況時(shí)使用。

    在現地控制單元，每個(gè)機組設置一套單機PLC、一套觸摸屏和檢測儀表，全泵站公用設備單獨設置一套PLC一套觸摸屏和檢測儀表。在泵站公用現地控制單元采用冗余的PLC實(shí)現全泵站各公用設備控制，對各機組采用單機系統進(jìn)行控制[1,2]?？刂葡到y結構如下圖所示：

                 
?
    計算機監控系統網(wǎng)絡(luò )結構及通訊方式

    整個(gè)系統主干傳輸網(wǎng)采用100Mbps環(huán)形光纖工業(yè)以太網(wǎng)，支持IEEE802.3規約和標準的TCP/IP協(xié)議；也可采用工業(yè)級專(zhuān)用控制局域網(wǎng)，該控制網(wǎng)具備確定性和可重復性及I/O共享，實(shí)現數據的高速傳輸和實(shí)時(shí)控制。

    整個(gè)系統由1個(gè)中央控制室、5個(gè)現地控制單PLC控制站組成。由中央控制室上位機實(shí)行集中監控管理。中央控制室上位機與現地控制單元之間的數據通訊采用高速的、實(shí)時(shí)的工業(yè)以太網(wǎng)，通訊速率為100Mbps，傳輸介質(zhì)為光纖。

                 

    在泵站的現地控制單元的核心PLC，我們選用和利時(shí)的LK系列大型PLC。LK通過(guò)串口與觸摸屏進(jìn)行通訊，通過(guò)觸摸屏可以實(shí)現對機組的現地控制。LK背板上集成了DP通訊接口，并且配備有LK239串口通訊模塊，使得與第三方設備進(jìn)行通訊非常方便。LK與微機保護裝置、勵磁調節器通過(guò)串口RS485總線(xiàn)實(shí)現通信，實(shí)現對機組電量參數、勵磁調節系統的監視和控制。通過(guò)硬接線(xiàn)的方式采集機組輔助設備、泵站電機運行狀態(tài)、水位、溫度等信號?？刂菩盘栔饕菍﹄姍C的啟停進(jìn)行控制。

    3 系統功能

    爾王莊泵站監控系統由爾王莊泵站管理處調度中心監控計算機層、分控制中心監控計算機層、泵站監控計算機層和現地控制單元層組成。

    3.1 現地控制單元功能

    1、 數據采集和處理

    從各開(kāi)關(guān)柜（包括主變進(jìn)線(xiàn)柜、母線(xiàn)聯(lián)絡(luò )柜、電壓互感器柜、站用變開(kāi)關(guān)柜、電容器開(kāi)關(guān)柜和電動(dòng)機開(kāi)關(guān)柜）的自動(dòng)控制裝置獲取該裝置所采集的各種數據；從多功能電表獲取電量相關(guān)實(shí)時(shí)數據；從溫度巡檢儀獲取機組各測點(diǎn)溫度等；自行采集全站的公用實(shí)時(shí)數據，如泵站前后池水位、泵站流量、泵房溫度、電容室溫度、供排水系統的運行狀態(tài)等；自行采集各機組主輔設備中未納入開(kāi)關(guān)柜測控系統、電能采集裝置和溫度巡檢裝置等的主輔設備的運行狀態(tài)和運行參數進(jìn)行實(shí)時(shí)數據，包括開(kāi)關(guān)與閘門(mén)的狀態(tài)、水泵進(jìn)口水位、水泵出口壓力、水泵機組流量、軸承油位等；對于裝設立式水泵機組的泵站，還可采集機組的振動(dòng)與擺度數據[3,4]。

    2、 控制與調節

    現地控制單元可對泵站主輔設備進(jìn)行控制，包括機組各種工況的轉換，緊急停機和事故停機，斷路器、隔離開(kāi)關(guān)的分、合操作；輔助設備及公用設備的啟、停操作；出口閘門(mén)等控制與調節可手動(dòng)實(shí)現、程序預設實(shí)現或根據運行工況自動(dòng)實(shí)現。

    3、 數據通信

    現地控制單元要實(shí)現與泵站監控計算機和各種智能采集裝置等設備的通信現地控制單元與泵站監控計算機之間通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)通信考慮到泵站各設備所配套的測控裝置均配有485 通訊串口，且部分設備還配置有以太網(wǎng)通訊接口，本系統中現地控制單元與測控裝置之間選擇485 串口進(jìn)行通信。

    3.2 分控中心功能

    爾王莊管理處調度中心的監控計算機承擔了整個(gè)管理處泵站、變電站及閘門(mén)等全部設備運行數據管理、系統數據采集、報警、趨勢、數據記錄及中文報表等功能。操作員通過(guò)操作終端詳細了解各環(huán)節運行工況，并可下達操作控制指令。

    1、 圖形與界面

    以示意圖形式，在管理全局畫(huà)面實(shí)時(shí)顯示重點(diǎn)運行數據，如各泵站進(jìn)出廠(chǎng)水流量、主要設備的運行狀態(tài)；以泵站、變電站工藝仿真圖形式，在局部畫(huà)面實(shí)時(shí)顯示泵站機組、電力控制柜變電設備、閥門(mén)、儀表、給排水泵、電力設備等工藝過(guò)程的主要工藝監控數據；數據表格界面，以表格形式，顯示泵站所有監測數據，可以直觀(guān)的瀏覽所有采集參數。

    2、 控制模式

    監控系統可根據用戶(hù)要求實(shí)現就地控制、遠程自動(dòng)控制和遠程自動(dòng)控制模式，以實(shí)現不同工況下泵站監控系統的穩定、安全運行。三種控制模式的優(yōu)先級為遠程自動(dòng)控制、遠程手動(dòng)控制、就地控制，就地控制具有最高優(yōu)先級。

    3、 數據報表

    根據用戶(hù)需求定制數據報表，查看實(shí)時(shí)報表，實(shí)時(shí)報表中包含全線(xiàn)所有參數的當前值可以隨時(shí)打印實(shí)時(shí)報表，也可以定時(shí)打印，分為日、月、季、年多種報表。

    4、 數據趨勢

    數據趨勢分為實(shí)時(shí)與歷史兩種趨勢，以曲線(xiàn)形式顯示泵站水量、電力等參數的動(dòng)態(tài)變化，可以直觀(guān)的掌握參數變化的規律。

    5、 事件及報警

    數據報警界面顯示，實(shí)現對每個(gè)參數的低低報警、低報警、高報警、高高報警的設置。以不同顏色形式，把當前報警、已確認報警和已恢復報警區分開(kāi)來(lái)，每個(gè)報警量可以顯示它的節點(diǎn)名、位號、描述、報警產(chǎn)生時(shí)間、報警消除時(shí)間、狀態(tài)、當前值等信息[5]。

    6、 安全管理

    對重要設備的操作、重要參數的修改均會(huì )自動(dòng)記錄，包括登錄的操作員、對設備進(jìn)行的操作、時(shí)間以及修改前的參數值、修改后的參數等，以利于進(jìn)行管理及事故分析。

    7、 用戶(hù)管理

    系統管理員能夠對用戶(hù)的名稱(chēng)、密碼、訪(fǎng)問(wèn)權限和優(yōu)先等級等相關(guān)內容進(jìn)行設置；記錄用戶(hù)登錄和退出系統的時(shí)間及用戶(hù)使用過(guò)的操作命令，顯示用戶(hù)是否在線(xiàn)和工作狀態(tài)等信息；可查看事件記錄，例如：某操作員于什么時(shí)間進(jìn)行登錄，什么時(shí)間退出登錄等。

    8、 語(yǔ)音報警系統

    當需要對重要操作進(jìn)行提示，以及泵站發(fā)生事故或故障時(shí)，能用準確、清晰的語(yǔ)言向有關(guān)人員發(fā)出報警。

    3.3 調度中心功能

    調度中心用于監控爾王莊泵站所轄所有泵站的運行情況，在權限允許范圍內能夠實(shí)現分中心的所有功能，并可以實(shí)現下列功能：

    1、 數據存儲功能

    在調度中心配置有冗余的工業(yè)級歷史數據庫，能夠對采集的重要數據實(shí)現存儲。在存儲監測數據時(shí)，包括該數據的采集時(shí)間、數值，同時(shí)存儲該數據的標記、標注信息，且數據存貯時(shí)間間隔可以設定。

    2、 數據查詢(xún)與檢索

    歷史數據的存儲與檢索對建立生產(chǎn)數據庫、操作信息庫、故障信息庫數據進(jìn)行在線(xiàn)存儲，數據的存儲時(shí)間最長(cháng)為10年?？梢酝ㄟ^(guò)歷史報表或者歷史趨勢曲線(xiàn)的方式來(lái)檢索歷史數據。

    3、 數據庫功能

    調度中心配置的工業(yè)級歷史數據可以實(shí)現系統參數設置、數據存儲、數據管理、數據修改刪除和更新、數據庫安全管理、數據庫用戶(hù)管理、多用戶(hù)數據查詢(xún)和訪(fǎng)問(wèn)等功能

    4、 數據統計

    中心計算機對采集的數據進(jìn)行各種統計分析，形成設定時(shí)間、區域范圍的數據統計報告；

    5、 與信息化平臺的鏈接

    提供與信息化應用程序的控件和接口，其中有數據庫接口、運行畫(huà)面接口和外部關(guān)系型數據庫接口系統提供豐富的與關(guān)系型數據庫通訊的函數和多種組件，包含ODBC、歷史轉儲和事件記錄。

   4 系統特點(diǎn)

   4.1 合理的安全運行配置方案

    在泵站控制系統中，公用現地控制單元用于監控全泵站公用系統設備，如果系統出現故障，控制系統將會(huì )癱瘓。因此公用現地控制單元選用冗余系統進(jìn)行控制。

    機組現地控制單元只負責單個(gè)泵組的控制，且系統運行中有備用機組，機組控制系統的安全性相對較低，因此機組
   
    選用單機PLC控制系統。

    采用單機冗余組合系統，控制系統即滿(mǎn)足了系統整體安全性要求，控制成本也相對較低。

    4.2 開(kāi)放式的系統設計

    由于此工程為改造工程，且在此次系統改造前，已有泵站進(jìn)行了自動(dòng)化改造。能夠將已經(jīng)改造完成的自控設備接入集中監控系統，并能夠為系統擴展留有足夠的系統接口方式和系統驅動(dòng)成為集中監控系統改造和擴建最關(guān)鍵的問(wèn)題。
本工程充分考慮了系統改造和擴建的系統集成問(wèn)題，采用的上位組態(tài)軟件和利時(shí)的HollyView具有多家自控設備的驅動(dòng)程序，能夠與已經(jīng)改造完成和后續進(jìn)行改造的PLC等自控設備進(jìn)行無(wú)縫通訊鏈接，并充分預留系統接入點(diǎn)和系統擴展接口。

    在現地控制單元，控制系統中有大量的數據是PLC通過(guò)串口方式實(shí)現與現場(chǎng)智能儀表進(jìn)行通訊。而大多數的觸摸屏也是通過(guò)串口與PLC進(jìn)行通訊的。LK提供了串口通訊模塊，支持modbus主從站協(xié)議，可以方便的實(shí)現與現場(chǎng)儀表及觸摸屏的通訊。

    泵站計算機監控系統中各機組現地控制站間以及與公用機組現地控制單元PLC間實(shí)現數據通訊，以實(shí)現對全泵站機組的協(xié)調控制。LK提供了站間通訊功能，通過(guò)站間引用通訊數據功能塊方便實(shí)現各站之間數據的交換。

                 

    5 結束語(yǔ)

    爾王莊泵站輸水調度集中監控對安全性要求非常高，通訊量大，通訊結構復雜。作為改造和擴建項目，需要充分考慮系統的通訊接口方式、驅動(dòng)程序的豐富和數據擴展能力。采用和利時(shí)HollyView組態(tài)軟件和LK系列大型PLC系統進(jìn)行自動(dòng)控制，大大提高了系統的開(kāi)放性、安全性和擴展能力。

    參考文獻

    [ 1 ] 唐鴻儒, 陳虹. 泵站計算機綜合自動(dòng)化系統設計要求研究[J], 中國農村水利水電. 1999: 11, 29-31.
    [ 2 ] 唐鴻儒, 陳虹. 大型泵站綜合自動(dòng)化系統研制[J], 微計算機信息. 1997: 6(13),44-47.
    [ 3 ] 郭旭芳, 泵站綜合監控系統研究與應用[D], 西南交通大學(xué). 2005.
    [ 4 ] 王定一. 水電廠(chǎng)計算機監視與控制[M]. 北京: 中國電力出版社. 2001 
    [ 5 ] 董盛文, 蔣勁, 馮衛民. 大型泵站計算機監控及網(wǎng)絡(luò )辦公自動(dòng)化的研究[D], 武漢大學(xué). 2005

    第一作者簡(jiǎn)介：

    韓紅哲，1975年2月出生，女，工程師，主要從事校園網(wǎng)絡(luò )及信息化、自動(dòng)化建設，天津科技大學(xué)信息化辦公室）