山东引黄供水工程水库泵站微机监控系统

1山东引黄供水工程水库泵站微机监控系统孙汉明吕艳严光华1．工程概况山东引黄供水工程位于山东省淄博市境内，它由水库泵站、净水厂、配水厂、渠道管理处及管理局调度中心组成，共同担负着配送淄博城市生活饮用水及工业用水的重要任务。水库泵站有8台离心式水泵(6台1600KW，2台1000KW电机，其中4台为同步电机，4台为异步电机),每台水泵均配有相应的辅机，两台主变、两台站变及水库组成。泵站的1-3号主机抽水输入水库蓄水，4-8号主机抽水送到净水厂，水经过净化后输送到配水厂进行调配，当黄河处于枯水期时，4-8号机从水库抽水。在市场经济大潮中，引黄供水工程已面向市场竞争，就水库泵站的现状和发展趋势，迫切要求实现泵站的管理自动化，以确保泵站安全运行，降低能耗，提高机组效率。水库泵站微机监控系统是一个典型的集散控制。集散系统又叫分布式计算机控制系统（DCS），其主要特点是集中管理与分散控制，具有很强的自至性、协调性、灵活性和可靠性。2.系统结构为提高系统的可靠性和灵活性，本系统采用了分层分布式、以太网、串口通讯与现场总线相结合的网络结构。整个系统从体系结构上分二级：就地控制级和集中控制级。系统拓朴图参见图1。2.1就地控制级第一级为就地控制级，由三套PLC、微机保护装置、微机励磁装置及若干现场传感器组成。PLC采用的日本KOYO公司生产的S系列产品，该PLC带有两个RS-485/232串口,一个Ethernet接口，所有模板均有LED显示指示运行状态，具有很强的系统兼容性和优越的性价比。三套PLC（每四台机组及相应的进出水阀、冷却水阀、出水液控阀共用一套PLC，这样8台机组及相对应的辅机设备用两套PLC，主变、站变及降水井等其它辅机设备共用一套PLC）分别完成机组、进出线、站变及辅机设备的开停控制、数据采集、记录存档、处理分析等工作；对电机运行电量（电流、电压、功率等）采用交流智能仪表进行数据的采集、显示和传送。非电量（水位、压力、流量等）采用传感设备经AD-16V/I型模/数转换模块传送至PLC的通讯模块，电机温度采用电机预埋的PT100热电阻经ADPT100-08型测温模块传送至PLC的通讯模块。考虑到电机保护动作速度的要求，每套机组配置技术先进、工作稳定可靠的电机综合保护装置，每台同步电机配置励磁装置，采用微机进行控制调节。集散式控制系统对机组和辅机分别进行独立的控制和保护数据采集，这样每套设备可独立进行运行、控制，如出现失误不会影响其它设备的正常运行，大大提高了系统的安全可靠性。现场传感器与PLC之间采用RS—485通讯方式。2.2集中控制级水库泵站监控系统的第二级为集中控制级。它位于中央控制室内，该级由一台监控服务器和一台工程师工作站及其它相关设备组成，采用主从机工作方式运行。该级计算机选用台湾研华公司生产的IPC610PⅢ850MHZ型工业控制机。监控服务器主要负责完成对现场设备的信号采集、运行控制、在线参数修改、故障报警、电机保护和励磁同步；将采集的数据存入实时/历史数据库，制作各类动画、数据显示、操作票和运行报表；完成定时及召唤方式的报表打印。监控服务器还要完成与上级调度中心联网功能，将泵站的有关数据和信息送往上级管理中心，以实现远程监测功能。工程师工作站从监控服务器采集数据，除控制功能外，其它功能与监控服务器一样。保护设备、励磁设备与集中控制级计算机之间采用RS—485方式，各PCL之间及PLC与计算机之间选用标准Ethernet接口方式通讯。22.3控制方式为了保证整个泵站的安全可靠运行，控制方式分为顺序控制、单步控制、现场手动控制三种。选用顺序控制方式时，系统使相关设备相互联锁，通过点击画面上的一个按钮即可完成整个控制过程，所有执行过程受程序控制；选用单步控制与手动方式时，不受系统联锁条件控制，各设备自身可进行独立运行、日常维护等工作。后两种方式区别在于单步控制是在微机上通过点击画面按钮实现某个设备的控制（程序控制），而手动控制是在现场直接手动按钮完成对设备的控制。手动方式一般是在监控系统发生故障无法正常工作时应急使用的。3.上位机监控软件3.1监控软件简介监控软件采用国内工业自动化比较成熟的控制软件组态王--KingView。通过应用实践KingView能稳定运行于Windows98/Nt系统。采用组态软件可以大大缩短上位机监控软件的开发周期。组态王提供了灵活的面向对象的动态图形功能以及丰富的图形库；具有实时和历史数据趋势曲线图设置功能；支持OPC服务器/客户机标准接口功能；提供众多硬件设备的驱动程序，驱动程序采用COM及TCP/IP技术，适应新潮流，速度更快；开放式的体系结构，支持通过Microsoft的ODBC标准接口，访问各种类型的数据库，便于系统的综合管理。3.2监控软件功能1).近地数据采集与处理功能系统采集泵站各种实时数据与状态信号，进行必要的数据处理后存入当地实时数据库和历史数据库，同时在调度中心服务器建立实时数据库和历史数据库。2).远程监测功能本文简单介绍三种远程监测的实现方法。水库泵站通过光纤与净水厂、配水厂和管理局调度中心以局域网相联实现资源共享。由于净水厂和配水厂监控系统的上位机监控软件选用的是Siemens公司的WinCC监控软件。要求实现不同监控软件系统之间的数据共享时，而WinCC和KingView均支持OPCServer/Client接口标准。借助Microsoft的DCOM技术，OPC提供了高性能远程数据访问功能。在WinCC和KingView软件中通过新建OPC服务器定义OPC连接。在WinCC和KingView以OPC连接作为连接设备定义对应变量就可实现双方所有变量的共享。下一步就是利用OPC变量制作画面显示数据就与使用本地变量一样。当上位机监控软件不支持OPC通用接口技术，又要实现与不同的监控软件的监控系统实现远程资源共享时，可使用建立ODBC数据源连接数据库的方式，把所要共享的数据以分钟为更新单位在数据库中更新。在整个局域网系统均采用组态王为监控软件时，一种方法是利用组态王提供的联网监控运行功能，如同本系统采用主从机运行方式，从机可以多台，从机可以分布在网络的任何位置，但主从机均要安装监控软件。另一种是只要在监控服务器上安装KingViewForInternet版本，在客户机可直接利用标准浏览器通过网络浏览WEB页面实现远程实时监测。这种以Web技术为核心的Internet使管控一体化系统更接近客户，更接近应用，更有利于网络的进一步扩展，是当今信息系统发展趋势的主流。3).统计与计算功能分别以年、月、日为单位统计泵站运行数据，包括站内各台主机运行台时数、天数、开停次数、用电量、站总用电量、站总抽水水量、站总运行台时和站平均抽水效率。以年、月为单位进行事故事件及设备运行事件统计。4).画面显示画面显示是微机监控系统的主要功能。画面调用将允许自动及召唤方式实现。a.系统图类主要有：主接线图、泵剖面图、油系统图、气系统图、供排水系统图。b.曲线图类通过数据库调用，把水位、流量、浊度等模拟量制作成历史趋势曲线的形式供用户查询。c.表格类包括各类信息统计表及各类运行报表等。d.操作控制类控制泵站进出线、主机及辅机等设备；对3同步电机进行励磁调节以实现同步运行；在线修改运行参数。e.运行指导类系统内提供“帮助”菜单，给出详尽的运行指导，包括监控系统使用方法、系统操作指导画面、各类提示信息等。5).系统自检和自动重启动系统具有自检功能：包括软件任务超时处理及过程通道故障检测。当监控主机故障（包括内存、磁盘、I/O及CPU等的故障和软件任务执行异常等）时，能自动重新启动。软件超时能实现功能软件的故障自动启动。通道检测包括对I/O过程通道在线自动检测，检测的内容有通道数据有效性合理性判断，故障点自动查找及故障自动报警等功能。6).系统安全保障安全保护是监控系统不可忽视的问题，系统对现场用户可设置不同的操作权限，只有具有一定操作权限的用户才能进行控制设备及其它重要操作。有效避免非有关人员误控制。3.2PLC程序设计S系列的PLC可编程控制器提供功能强大的、先进的指令系统。三套PLC与集中控制级计算机通过标准以太网通讯。编程工具采用DirectSOFT2.3软件，由于采用了Ethernet接口方式通讯，使PLC与上位计算机的通讯速率达到了19.2kbps，这将大大提高控制命令下载和现场数据更新的速度。PLC程序按照模块化结构编写，主要分为开关量采集模块、温度测量模块、电机开机联动模块、电机关机联动模块、主辅机单步控制模块、报警信号模块等功能模块。功能模块的设计采用PLC调用子程序功能来完成。使整个程序清晰、直观，有利于在调试过程中修改程序及提高程序可读性。PLC1与PLC2结构相似，三套PLC模块结构参见图2。为了提高水库泵站机组设备运行的安全性、可靠性，电机在自动开机过程中设置操作员两次操作，由操作员先发出准备自动开机的命令，完成打开进、出水阀及冷却水阀的任务，待阀全部打开有示流信号时，得到操作员确认后，发出合电机断路器命令，电机合闸后，自动完成打开出水液控阀。关机过程只需操作员发出一个停机命令即可，程序先自动分电机断路器，后关闭出水液控阀，再同步关闭冷却水阀、进、出水阀。辅机单步控制模块是针对水库泵站现场需调节出水液控阀开度控制出水母管压力，从而控制电机流量；同时在设备检修时，为每个设备单独运行检测提供方便。本系统已在山东省某市引黄供水工程水库泵站现场稳定运行了半年多时间，明显的提高了泵站的综合自动化程度，达到预期目的，取得了较大的社会和经济效益。（作者单位：江都水利工程管理处225200）电机关机联动模块主辅机单步控制模块主辅开关量采集模块电机6个定子铁芯温度采集电机2个轴承温度采集控制进水阀打开控制出水阀打开控制冷却水阀打开控制电机断路器合闸控制出水液控阀打开电机温度测量模块控制电机断路器分闸控制出水液控阀关闭控制冷却水阀关闭控制出水阀关闭控制进水阀关闭电机开机联动模块报警信号模块初始化模块PLC1/2自动位置及电机开关状态进出水阀冷却水阀液控阀状态6KV控制模块站变控制模块高压开关状态采集模块水位流量出水管压力采集模块35KV控制模块35KV6KV站变联动模块降水井水泵控制模块报警信号模块初始化模块PLC3图2PLC软件结构图