一、概述

    張家口發(fā)電廠(chǎng)為北京最主力供電廠(chǎng)，全廠(chǎng)8臺300MW機組。其水源地一、二期工程共26口井，分別于1989年、2000年投入運行www.cechina.cn，提供8臺機組發(fā)電用水及消防、生產(chǎn)和全廠(chǎng)職工生活等用水。水源地供水系統設備能否正常運轉是直接關(guān)系到全廠(chǎng)安全發(fā)供電以及全廠(chǎng)職工生活保障的大問(wèn)題。能夠進(jìn)行可靠的啟?？刂萍案鞣N參數的及時(shí)準確反饋是確保供水設備安全穩定運行的重要保證。水源地井位啟?？刂萍半娏鞣答佋O備均是80年代初技術(shù)及產(chǎn)品，部分為電纜控制系統結構很多環(huán)節都存在著(zhù)很多問(wèn)題。再加上設備本身質(zhì)量差、絕緣強度低，所以導致多次發(fā)生電氣事故，存在的主要問(wèn)題如下：

    (一) 水源地各井位具有地理上分散、空間遠距離，現有20口井位控制系統采用長(cháng)距離架空電纜遠方控制，最長(cháng)的控制電纜約5.05公里，由于電纜距離長(cháng)加上風(fēng)吹日曬，控制電纜的老化狀況極為嚴重。由于電纜絕緣老化www.cechina.cn，以至于啟一臺泵，多臺水泵聯(lián)啟，停一臺泵多臺水泵聯(lián)掉。由于二次電纜線(xiàn)路沿途經(jīng)過(guò)的地面情況復雜，經(jīng)常遭受雷擊損壞，導致深井泵控制失靈。
    (二) 目前由于控制電纜絕緣損壞嚴重，已經(jīng)沒(méi)有備用通道，重新敷設控制電纜費用較高。而且現還有6口井不能實(shí)現遠方控制，需運行人員到就地進(jìn)行啟停操作，故障時(shí)經(jīng)常造成越級跳閘，嚴重影響機組安全運行。
   (三) 掉泵及泵電機運行出故障不知道，改造后提高了對此的響應速度。
   (四) 現對井位的各種運行參數除電流外其他都無(wú)法監視，設備改造后，將對井位電機電流、電壓、溫度、壓力以及流量等運行情況進(jìn)行監視。
   (五) 中心泵房處機電設備（10KV段，380V段，各升壓泵出口電動(dòng)閥）尚無(wú)監控，改造后此部分一起并入總的監控系統。
   (六) 廠(chǎng)區對水源地處設備運行狀況了解方式傳統落后（通過(guò)電話(huà)詢(xún)問(wèn)方式），改造后廠(chǎng)區聯(lián)網(wǎng)計算機均可查詢(xún)水源地處設備運行狀況。

二、改造方案

(一) 簡(jiǎn)介

    水源地井群監控系統采用北京大唐興業(yè)國際控制技術(shù)有限公司的DT-MCS遠程測控系統，該系統為集傳感技術(shù)、自動(dòng)化控制技術(shù)、無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò )技術(shù)為一體的高科技遠程測控系統。該系統能夠成功的解決人工遠程啟動(dòng)停止水源井水泵的不便與危險，同時(shí)大大地提高了測量精度，使運行人員在中心泵房通過(guò)計算機可隨時(shí)直觀(guān)地監視和控制水源地各井位泵運行狀況。從根本上解決了運行人員工作多年的問(wèn)題——掉泵不知道，變壓器被盜無(wú)報警；另外，通過(guò)水源地到生產(chǎn)廠(chǎng)區的光纖電纜的鋪設，可將水源地各井位運行參數傳輸到廠(chǎng)區網(wǎng)控中心，網(wǎng)控人員視情況，通過(guò)權限的設置，可對水源地各井位進(jìn)行控制，提高水源井整個(gè)系統的自動(dòng)化運行管理水平。

(二) 系統結構、工作原理及實(shí)現功能

1. 系統結構

    水源地中心泵房為本系統的控制中心，由工控機、系統監控軟件、網(wǎng)絡(luò )接入設備共同構成中心主站，水源地各井位泵房為分站，中心泵房統領(lǐng)各分站，通過(guò)中國移動(dòng)的無(wú)線(xiàn)數據傳輸設備，實(shí)現點(diǎn)到多點(diǎn)的通訊，從而最終實(shí)現對各井位泵的遠程集中監視和控制。

結構示意圖：
2. 系統工作原理

    在水源地各個(gè)井位安裝一臺遠方遙控箱，控制箱內核心設備為RTU(Remote Terminal Unit)、DTU(Data Transmit Unit),RTU采集現場(chǎng)設備信息，DTU將此信息從控制箱經(jīng)移動(dòng)公網(wǎng)及互聯(lián)網(wǎng)，最終傳至泵房監控服務(wù)器，服務(wù)器將獲得的信息進(jìn)行存儲，分析，轉發(fā)，輸出等動(dòng)作。正常的系統操作在泵房的客戶(hù)端和網(wǎng)控的客戶(hù)端。

3.系統的數據中心網(wǎng)絡(luò )接入方式

    數據中心部分的網(wǎng)絡(luò )接入方式的選取在整個(gè)無(wú)線(xiàn)超遠程測控系統的實(shí)施過(guò)程中占尤為重要的一環(huán)，選好則將事半功倍。

    1） 一期的網(wǎng)絡(luò )接入方式（一期僅上了3個(gè)泵站）

    針對一期無(wú)光纜接入計劃，而泵房又無(wú)直撥外線(xiàn)（接入直撥外線(xiàn)要由網(wǎng)通拉幾公里的電話(huà)線(xiàn)），經(jīng)協(xié)商我們采用了中國移動(dòng) GPRS APN 業(yè)務(wù)。如下圖

    APN(Access Point Name)，即“接入點(diǎn)名稱(chēng)”，是用來(lái)標識GPRS的業(yè)務(wù)種類(lèi)。本系統中每個(gè)無(wú)線(xiàn)設備均內插一張APN無(wú)線(xiàn)上網(wǎng)卡，這樣每套含卡的設備在移動(dòng)公網(wǎng)內均有一固定IP地址。因具有相同接入點(diǎn)名稱(chēng)的卡其IP在同一網(wǎng)段下，由此，數據中心對各下位站點(diǎn)便可實(shí)現點(diǎn)到多點(diǎn)的串口透明訪(fǎng)問(wèn)了。

    采用此方式后系統解決了數據中心有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )接不入的問(wèn)題，使水源地系統在中國移動(dòng)公網(wǎng)內自成一個(gè)小型局域網(wǎng)，內網(wǎng)自身出不去，外網(wǎng)進(jìn)不來(lái)，保證了系統的內外隔絕，保證了數據的安全與系統的穩定。

2） 二期網(wǎng)絡(luò )接入方式
   我廠(chǎng)水源地二期改造網(wǎng)絡(luò )接入方式為光纜接入。光纜加固定IP保證了數據中心的帶寬，因加了硬件防火墻且屏蔽了無(wú)用端口，同樣保證了系統數據的安全與穩定。

4.現場(chǎng)硬件部分

   本系統現場(chǎng)分為兩類(lèi)：遠方各井位和中心泵房處

   1)遠方各井位

   遠方每口井位都放一遠程控制箱CONTROL ENGINEERING China版權所有,結合系統功能，其內核心設備為RTU和DTU.

   現場(chǎng)控制器RTU

   現場(chǎng)控制器RTU是系統最核心的硬件，它的優(yōu)劣直接決定著(zhù)系統品質(zhì)的高低。本系統所采用的RTU北京大唐控制產(chǎn)的DT-M104，它是一微機監控、保護單元，是針對高低壓電力監控保護、配網(wǎng)監控保護、用電監控保護；化工、油田集轉油站、水源井、揚水泵站遠程控制等存在眾多三相用電的場(chǎng)合而專(zhuān)門(mén)開(kāi)發(fā)的一種專(zhuān)門(mén)適用于三相交流電監控、保護的測控、保護單元。

   DT-M104功能特點(diǎn)

    三表法測量準確測量三相交流電壓、電流、有功、無(wú)功、頻率、功率因數、零序電流、零序電壓等電參量，快速數據刷新速度100次/S。測量數據刷新25次/S,也可以接成兩表法使用，兩表法下無(wú)法進(jìn)行負序保護
。
     ——具有4路獨立的開(kāi)關(guān)量輸出，可以作為遙控、跳閘或者告警。
     ——6路開(kāi)關(guān)量輸入CONTROL ENGINEERING China版權所有，也可以作為脈沖量輸入。
     ——4路隔離直流采樣,可以接各種變送器；
     ——2路RS232/RS485通信接口，支持MODBUS規約。
     ——FFT算法，可計算1－7次諧波。
     ——三相異步電動(dòng)機的過(guò)電流保護、不平衡（負序過(guò)流）保護、接地（零序過(guò)流）保護、啟動(dòng)時(shí)間過(guò)長(cháng)保護、堵轉保護、反時(shí)限過(guò)負荷（熱過(guò)載）保護、欠電壓保護、過(guò)電壓保護、故障范圍判別等。
     ——線(xiàn)路三段過(guò)流速斷保護，反時(shí)限速斷保護，自動(dòng)重合閘可以通過(guò)正序和負序電流的計算，了解當前電動(dòng)機是正轉還是反轉www.cechina.cn，防止電網(wǎng)事故導致相序錯誤而導致的電動(dòng)機燒毀。

    2)數據通信設備GPRS DTU

    系統DTU選擇為北京計算中心的MD600G控制工程網(wǎng)版權所有,它是一款超高性能、超穩定、適用于在氣候條件惡劣的地區使用、配備完善本地和遠程調試功能的GPRS DTU產(chǎn)品。提供單獨的RS232配置/本地調試串口及標準RS232/485數據接口，與用戶(hù)設備即插即用；硬件設計符合電工電子產(chǎn)品低溫GB/T2423.1、高溫GB/T2423.2的要求，MD600G可以快速連接RTU、PLC、工控機等設備，實(shí)現串口到Internet遠程數據透明傳輸。

    DTU具體的配置工作如下：

    a.配置接入點(diǎn)名稱(chēng)(APN方式)
    b.配置數據中心
    c.配置數據中心端口
    d.配置傳輸協(xié)議
   e.配置串口相關(guān)信息（波特率，起始停止位數，校驗位，流控等）
  
   3）井位硬件回路配合

泵主回路示意圖

泵控制回路
    現場(chǎng)控制器RTU數字輸出端子接井位就地控制柜內控制回路（繼電器常開(kāi)點(diǎn)并聯(lián)在就地控制柜內啟動(dòng)按鈕上，繼電器常閉點(diǎn)串聯(lián)在就地控制柜內停止按鈕上——保證原系統功能不受影響），控制器模擬輸入接三相電壓、三相電流，泵溫度、等相關(guān)信號參量，由無(wú)線(xiàn)收發(fā)設備通過(guò)中國移動(dòng)無(wú)線(xiàn)公網(wǎng)將采集井位信息傳至中心泵房控制中心主站.

5.中心泵房處機電設備監控

    中心泵房處有10KV段，380V段，蓄水池2個(gè)，升壓泵6臺，電動(dòng)門(mén)，聯(lián)絡(luò )門(mén)若干，監控參量包括電壓，電流，流量，壓力，液位，設備的啟停，故障等。

    設備選型

    結合本部分的功能需求，系統最終選擇了北京易控微網(wǎng)的不同側重的RTU(均有232口和485口),具體如下：
　　STC101：8DI,8DO,8AI
　　STC101：16DI
　　STC102：16DO
　　STC103：16AI
　　STC201：3U,3AI,3DOwww.cechina.cn,6DI
　　380V段電壓電流及開(kāi)關(guān)狀態(tài)的接入： STC201， STC102， STC103
　　10KV電壓及開(kāi)關(guān)量的接入： STC201(3U,3I,3DOwww.cechina.cn,6DI)
　　電動(dòng)門(mén)，聯(lián)絡(luò )門(mén)： STC101， STC102
　　壓力流量液位等4——20mA接入： STC-1

   現場(chǎng)每個(gè)RTU通過(guò)485總線(xiàn)設備相連，共同經(jīng)過(guò)485/232轉換器A53連至監控服務(wù)器串口。
6.系統軟件：

    本系統軟件分為兩部分：數據接口軟件和組態(tài)軟件。

    數據接口軟件

    數據接口軟件名稱(chēng)為Mserver（廠(chǎng)家提供）,其功能為一軟協(xié)議轉換器。通過(guò)對其的配置，使它映射出對應下位子站的虛擬串口。它接收有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )或無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )傳來(lái)的網(wǎng)絡(luò )協(xié)議信息，將其轉換為遠控箱內RTU發(fā)出的原本格式及信息。這樣組態(tài)軟件通過(guò)其虛擬的這些串口，經(jīng)由物理介質(zhì)可透明和遠方各泵站控制箱相連接。

    組態(tài)軟件

    本系統選用工業(yè)監控組態(tài)軟件——力控V6.0

    力控6.0產(chǎn)品在數據處理性能、容錯能力、界面容器、報表等方面，具有方便、靈活的開(kāi)發(fā)環(huán)境。它提供的各種工程、畫(huà)面模板、可嵌入各種格式（BMP、GIF、JPG、JPEG、CAD等）的圖片，方便了畫(huà)面制作，大大降低了組態(tài)開(kāi)發(fā)的工作量。另外，高性能實(shí)時(shí)、歷史數據庫，強大的分布式報警、事件處理，支持報警、事件網(wǎng)絡(luò )數據斷線(xiàn)存儲www.cechina.cn，恢復功能，全新的、靈活的報表設計工具，豐富的報表操作函數集、支持復雜腳本控制，支持通過(guò)移動(dòng)GPRS、CDMA網(wǎng)絡(luò )與控制設備或其它遠程節點(diǎn)通訊，支持控制設備冗余、控制網(wǎng)絡(luò )冗余、監控服務(wù)器冗余、監控網(wǎng)絡(luò )冗余、監控客戶(hù)端冗余等功能，使得系統整合起來(lái)尤為輕松自如。

三、 系統實(shí)現功能

1) 電氣參數實(shí)時(shí)監視

    實(shí)時(shí)顯示系統的各個(gè)井位的狀態(tài)及具體參數，包括：泵的狀態(tài)啟停、運行、故障、3相電流、3相電壓、3相功率、總功率、功率因數、頻率。

2) 泵實(shí)際運行效果監視

   實(shí)時(shí)監視泵的出口壓力，母管流量，以及深井泵電機的實(shí)際溫度。

3) 井位地理信息功能

   系統總界面按每個(gè)泵站實(shí)際方位成比例顯示，使操作者對系統結構及當前運行狀況一目了然。

4) 調配控制功能

    在中心泵房通過(guò)系統應用界面遠程控制泵電機的工作狀態(tài)（啟、停）。泵的保護功能，三相異步電動(dòng)機的反時(shí)限過(guò)負荷（熱過(guò)載）保護、不平衡（負序過(guò)流）保護、啟動(dòng)時(shí)間過(guò)長(cháng)保護、堵轉保護、接地（零序過(guò)流）保護、欠電壓保護、過(guò)電壓保護。

5) 歷史紀錄功能

    a.將系統的必要狀態(tài)（啟、停、故障報警等）進(jìn)行記錄，運行人員可查詢(xún)歷史數據。
    b.對電機實(shí)時(shí)監控,出現線(xiàn)路故障（超載、堵轉、缺相、欠載等）或泵溫度等參數超標報警并顯示、記錄到位,可設置、更改運行參數功能，可輸出聲光報警。

6) 報表功能

   按水源地的運行需求，系統自動(dòng)生成管理所需要的各種報表，可將報表進(jìn)行打印并具有報表轉發(fā)功能。

7) 軟件的用戶(hù)管理

   a.添加刪除用戶(hù)
   b.修改注冊用戶(hù)的信息和權限。

8) 冬季配電箱具有空調自動(dòng)加熱功能

   本功能確保了現場(chǎng)控制箱電子元器件在嚴冬的穩定運行（-10℃加熱，-5℃停止加熱）從而保證了整個(gè)系統在惡劣條件下的穩定運行。

9）井位供電系統異常報警

   井位變壓器被盜屬于供電系統異常范疇，由此當井位變壓器被盜時(shí)，系統可輸出聲光報警。

10）其它功能

   本系統軟件具備多種標準接口協(xié)議，通過(guò)光纖電纜可將監視及控制功能傳輸到廠(chǎng)區計算機網(wǎng)絡(luò )內，實(shí)現廠(chǎng)區監視及控制功能。

四、移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò )費用

    目前通訊車(chē)間與張家口移動(dòng)通信了解網(wǎng)絡(luò )使用費用，由于系統通信鏈路使用GPRS移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò )的信令通道控制工程網(wǎng)版權所有，不占用系統話(huà)路資源，系統運行的收費標準較為低廉，其標準費用為：水源地各井位（26口井）采用50M/20元，水源地各井位（26口井）全部實(shí)現集中控制后控制工程網(wǎng)版權所有，每月支付中國移動(dòng)公司720元，全年共需要支付8640元網(wǎng)絡(luò )費用。

五、結 語(yǔ)

    本水源地scada系統自投運以來(lái)（一期：2007年1月，二期：2007年10月）,運行狀況一直穩定良好www.cechina.cn，控制功能很好的滿(mǎn)足了實(shí)際生產(chǎn)生活的需要，降低了原有的操作難度和成本，提高了本部門(mén)的勞動(dòng)生產(chǎn)率，減少了勞動(dòng)力數量和運營(yíng)費用，為我廠(chǎng)外圍附控的自動(dòng)化和信息化建設開(kāi)了先河。