摘 要： 排澇泵站在平原湖區的排澇效益顯著(zhù)，本文介紹了基于和利時(shí)公司的LK系列大型冗余PLC的排澇泵站計算機監控系統。該系統為冗余CPU配置、冗余電源配置、冗余以太網(wǎng)及冗余的總線(xiàn)配置。與上位通過(guò)以太網(wǎng)的方式進(jìn)行通訊，保證系統數據傳輸實(shí)時(shí)性及控制系統穩定、高效運行。

   關(guān)鍵詞 LK PLC；排澇泵站計算機監控系統；冗余系統。

   1 概述

    排澇泵站是我國水利的重要組成部分。為了合理開(kāi)發(fā)、利用、節約和保護水資源，防治水澇災害，實(shí)現水資源可持續利用，實(shí)現傳統水利向現代水利轉變，排澇泵站及泵站計算機監控系統的建設至關(guān)重要。

   排澇泵站工程的排澇效益以平原湖區最為顯著(zhù)。如湖北的江漢平原、廣東的珠江三角洲、東北的三江平原、浙江的杭嘉湖地區以及洞庭湖、鄱陽(yáng)湖、太湖、巢湖的周邊地區。

    在農業(yè)排澇方面，以我國排澇面積最大、裝機容量最多的湖北省為例。在最近的三十多年中，先后戰勝了七次特大洪澇災害。其中在1991年歷史罕見(jiàn)的特大洪水中，排澇泵站發(fā)揮了骨干作用，日排水量為4.2億m3，累計排水量近100億m3，當年泵站排澇減災效益達160億元。

   本文所研究的排澇泵站為湖北省某排澇泵站，該泵站為堤后式泵站，由14臺155kw水泵組成，總裝機2175kw，設計排水能力21m3/s。該泵站為改造泵站，自1976年建成至今，全部為手動(dòng)控制，無(wú)法實(shí)現遠程監控功能。

   2 排澇泵站計算機監控系統的結構和功能

   2.1 排澇泵站計算機監控系統組成

   整個(gè)系統由1套上位監控系統和3個(gè)現地控制單元組成，如圖1所示。在中央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，1臺打印機用于打印報表，一套聲光報警設備，用于實(shí)時(shí)故障報警。在現地控制單元，每7個(gè)機組設置一套PLC和一套觸摸屏，全廠(chǎng)公用系統設置一套PLC和一套觸摸屏?，F地控制單元的PLC選用和利時(shí)的LK冗余系統，每套PLC由電源模塊，冗余的CPU，數字量輸入、輸出模塊，模擬量輸入、輸出模塊、通訊模塊及背板組成。觸摸屏選用和利時(shí)HT6A00TE觸摸屏，用于在現地對現場(chǎng)設備的監控。
  
                   
                                圖1 排澇泵站計算機監控系統組成

   2.2 排澇泵站計算機監控系統網(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，傳輸介質(zhì)為五類(lèi)雙絞線(xiàn)。。
LK通過(guò)以太網(wǎng)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。

   2.3 排澇泵站計算機監控系統功能

   泵站計算機監控系統采用冗余配置的LK系列大型PLC對全站泵組、電氣系統進(jìn)行有效監視和控制。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。

   在機組現地控制單元，LK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、電壓電流等信號?？刂菩盘栔饕菍﹄姍C的啟停進(jìn)行控制。

   在公用設備現地控制單元，主要是對斷路器的狀態(tài)、變壓器的油位、油溫、以及泵站的上下游水位和一些設備的故障、超限超量程信號進(jìn)行采集，并對斷路器、信號燈進(jìn)行控制。

   3 排澇泵站計算機監控系統的軟件實(shí)現

   3.1 排澇泵站計算機監控系統PLC程序實(shí)現

   在機組現地控制單元，由于每臺機組的容量較小，為三相異步電機，采用軟啟動(dòng)器進(jìn)行啟?？刂?，機組現地控制單元PLC主要實(shí)現水泵的啟?？刂?。

   斷路器合閘條件：遠程就地開(kāi)關(guān)在遠程位置且投入禁止開(kāi)關(guān)處于投入位置且電機斷路器處于分閘位置且上位機發(fā)合閘命令。

   水泵的啟動(dòng)條件：遠程就地開(kāi)關(guān)在遠程位置且投入禁止開(kāi)關(guān)處于投入位置且電機斷路器處于合閘位置且上位機發(fā)啟動(dòng)命令。

   水泵的啟動(dòng)復位條件：軟啟動(dòng)器保持啟動(dòng)輸出后20s且電機處于運行信號。

   斷路器分閘條件：遠程就地開(kāi)關(guān)在遠程位置且投入禁止開(kāi)關(guān)出于投入位置且電機斷路器處于合閘位置且上位機發(fā)分閘命令。

                  
                  
                  
   
                              圖2 水泵基本啟?？刂铺菪螆D程序

                                         表1 1#電機控制點(diǎn)表 

           


   在公用現地控制單元，主要監控主變高壓側兩路斷路器開(kāi)關(guān)合分閘、主變低壓側兩路斷路器開(kāi)關(guān)和母聯(lián)開(kāi)關(guān)合分閘。

   斷路器合閘條件：遠程就地開(kāi)關(guān)在遠程位置且投入禁止開(kāi)關(guān)在投入位置且遠程遙控合閘且上述三個(gè)條件保持1s。

   斷路器分閘條件：遠程就地開(kāi)關(guān)在遠程位置且投入禁止開(kāi)關(guān)在投入位置且遠程遙控分閘且上述三個(gè)條件保持1s。

                
                                 圖3 斷路器合分閘控制梯形圖程序

                                     表2 主變高壓側斷路器控制點(diǎn)表

          

   3.2 排澇泵站計算機監控系統PLC程序實(shí)現

   觸摸屏實(shí)現的主要功能：遠程監視各斷路器的合分閘狀態(tài)、遠程監視各機組的運行狀態(tài)、遠程控制各斷路器合分閘、遠程控制各機組的啟停。

               
                                 圖4 機組運行控制觸摸屏界面

               
                                 圖5 機組運行開(kāi)關(guān)量監視觸摸屏界面

                
                            圖6 斷路器控制觸摸屏界面

   4 系統優(yōu)點(diǎn)

    在現在常用的泵站常用配置中，計算機監控系統配置趨于豪華，通常在較小的機組中也采用與大中型泵站相同的配置，每套機組配置一套現地控制單元，每套現地控制單元中配置一套PLC，這種豪華的配置即造成了電源模塊、機柜、建筑空間的浪費，又使的系統在組網(wǎng)、通訊、數據采集和工程調試變得復雜。并且與系統安全性能要求和實(shí)際情況并不匹配。

   本系統采用簡(jiǎn)化的冗余系統配置，14套泵組配置兩套冗余PLC控制，即提高了控制系統的安全性能，簡(jiǎn)化了系統配置。在機組運行過(guò)程中，能夠通過(guò)程序實(shí)現系統的經(jīng)濟運行，為泵站的節能減排做出貢獻。

   采用和利時(shí)LK系列大型PLC冗余系統進(jìn)行的泵站計算機監控系統，大大提高了系統的安全性，簡(jiǎn)化了系統配置，使機組經(jīng)濟運行，實(shí)現無(wú)人值守，提高了工作效率。

   參考文獻

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   第一作者簡(jiǎn)介

   石連東(1984-)，男，工學(xué)碩士，PLC行業(yè)技術(shù)經(jīng)理，具有豐富的PLC控制系統的硬件成套和軟件編程及現場(chǎng)調試工程經(jīng)驗。目前從事PLC在水利水電行業(yè)的應用研究。