五、大张庄泵站监控系统信息化改造及应用

五、大张庄泵站监控系统信息化改造及应用李鹏中国水利水电科学研究院自动化研究所[摘要]本文介绍大张庄泵站监控系统信息化改造及应用。该系统是按“无人值班”(少人值守)的原则设计，采用可编程逻辑控制器(PLC)直接接入以太网的方式来实现，系统已于2001年5月全部投运。[关键词]大张庄泵站、监控系统、以太网1．引言大张庄泵站位于天津市北辰区大张庄村东800米，永定新河的北岸，是引滦入津工程输水终点的提升泵站。站内安装5台18CJ-63型液压全调叶片轴流泵，单泵流量10m3/s，设计扬程6.3米，水泵配套TL900-24/2150型6kV同步电动机，单机容量为900kW，泵站采用站变合一的布置方式，采用35kV双回路供电，站内设2台3150kVA/35/6kV主变压器。大张庄泵站计算机监控系统采用中国水利水电科学研究院自动化研究所最新开发的H9000V3.0系统，实现了全厂机组和公用系统的计算机监视及控制和生产过程管理，实现了与8套35KV高压保护装置、11台6KV低压保护装置和5台泵励磁系统的串行通讯监视及控制，形成了一个完整的开放型以太网分层分布的泵站实时闭环过程控制系统，提高了安全生产与自动化管理水平。本文首先介绍大张庄泵站计算机监控系统的结构与配置，然后介绍该系统的主要功能、特点及其在现场的应用情况。2．系统结构及配置系统采用分布式开放以太网系统结构，由厂级监控层以及现地控制层构成。系统通过10/100MB快速光纤以太网实现网络互联，其容量大，速度快，实时性、开放性俱佳。系统硬件配置如下：(1)两台主机兼操作员工作站，采用美国康柏公司的COMPAQAP200/750系列产品构成双机热备系统，各配有两台21”高密彩显(1600×1200)，带键盘、鼠标及CD-ROM。(2)一台电话语音报警工作站，采用COMPAQAP200/550系列产品，实现电话报警功能，并支持电话查询及启动BP机传呼系统；同时实现与模拟屏进行数据通讯。(3)一台串口通讯工作站，采用COMPAQAP200/550系列产品，实现与35kV保护系统、6kV保护系统、励磁系统进行串口数据通讯。(4)站级系统配备两台SANTAK3kVA在线式UPS。(5)两台打印机，一台Epson1600KⅢ打印机；一台HPLJ5000LE激光打印机。(6)现地控制单元由6套盘柜构成。5台泵和公用系统各配置一套现地控制单元(LCU），由施耐德电气公司生产的Premium系列可编程控制器构成，可编程逻辑控制器采用H9000V3.0版的方式直接联入以太网。(7)网络总线设备。系统的网络设备包括Cisco2924M交换机、以太网光纤介质、光电转换器等辅助设备。操作员工作站、语音报警工作站和通讯工作站均采用WindowsNT操作系统，网络协议为TCP/IP。监控系统的全部计算机都直接接入网络交换机，可编程控制器直接联入以太网，使系统获得高速通讯能力和资源共享能力。LCU的信息可直接在上位机工作站的CRT上显示，控制命令可直接由工作站下达给各LCU，不需经其他计算机系统转发。网络上接入的每一个设备都具有自己特定的功能，实现功能的分布。即提供了某个设备故障只影响局部功能的优点，又利于今后的功能扩充。为了满足系统“无人值班”(少人值守)对系统可靠性的要求，整个系统的重要设备采用冗余技术，如主控/操作员工作站热备技术、数据库冗余技术等。3．系统功能大张庄泵站计算机监控系统的监控对象包括五台泵、公用系统、35kV系统、6kV系统、励磁系统等设备，系统具有如下功能：(1)数据采集和处理各台LCU对全厂主要设备的运行状态和运行参数自动定时的进行采集，并作必要的预处理后，存于实时数据库，供计算机系统实现画面显示、制表打印及完成各种计算、控制等功能时使用。对于所有数据采集输入点，可以通过人机联系设置扫查投入与退出、报警禁止与使能、参数限值修改等。(2)事件报警事件报警分辨率5ms，报警方式：顺序显示和打印语句，登录动作设备器件名称、内容及时间。事故报警时，发出语音报警信息。对相关模拟量作追忆记录。(3)实时控制与调节根据运行方式选择，可由中控室运行人员通过计算机监控系统发出各种生产过程的控制及调节命令，监视操作的全部流程，如水泵开停、叶角调节及断路器分合等自动操作，对低压断路器、高压断路器以及变压器分接头升降的控制和对励磁电流、功率因数的调节。(4)安全运行监视中控室值班运行人员借助监控系统人机界面，监视泵站的生产过程和运行情况，各点参数及其变化趋势和设备状态，在运行状态发生变更时能及时进行分析和处理。当发生事故或某些重要故障时，则自动转入事故、故障显示，并推出相应事故、故障环境画面。当进行某项设备操作时，自动推出相应操作控制画面与过程监视画面。(5)模拟光字牌在上位机工作站以画面形式模拟光字牌。当机组发生紧急停机的事件时，系统工作站的辅屏会自动推出光字牌，供泵站运行人员分析紧急停机原因。(6)语音报警、电话自动报警及查询运行人员可对系统数据库进行设置语音报警点设置，当发生事故时，监控系统可以进行语音报警和电话自动报警，电话自动报警可顺序设置若干个电话号码或寻呼机号码。事故发生时，系统能根据设置情况发出语音报警信息，自动启动电话和传呼系统进行报警；系统还提供电话查询功能，可通过电话查询当前泵站设备运行情况。(7)系统通信管理通过以太网连接的各设备间的通讯：作为网上的节点之一的各工作站同时从以太网接收各LCU发送的实时数据并存入数据库，以保证所有节点数据库的实时性和独立性；下行控制命令由拥有控制权的计算机节点设备发出，直接发送至相应的LCU节点。串口通讯工作站采用串行通讯方式，并运用各种规约，实现了与泵站下列系统之间的通信：①与35kV保护系统之间的通信，采用RS422接口及IEC-103规约；②与6kV保护系统之间的通信，采用RS232接口及CDT91规约；③与励磁系统之间的通信，采用RS422接口。(8)系统自诊断与自恢复系统自诊断与自恢复功能是实现“无人值班”(少人值守)的重要条件，系统是由多个设备构成，每个设备不仅进行内部自检，还进行互检，形成系统检测诊断报告，并将异常情况及时报警，通知运行或值守人员，以便及时进行处理，并对某些异常情况进行自动隔离与自恢复处理。以保证系统的连续运行。(9)系统授权管理系统对不同的用户如系统管理员、运行操作员、一般监视人员建立用户，进行授权管理，如运行操作员具有对现场设备的操作控制权。系统管理员可进行系统授权管理。(10)系统实时时钟管理操作员工作站定时向各计算机发送时间同步信号，校对系统内各设备的时间，实现整个系统时间同步。(11)双机检测与切换两台操作员工作站通过网络互相检测对方的工作状况，一旦检测到软硬件故障，则立即根据故障严重程度和对方机器工作情况进行决策，确定是否进行双机主控备用切换；如果检测到某机器的监控系统退出，则退出的操作员工作站标志退出，未退出的操作员工作站自动切换为主控。另外通过人机界面也可进行手动切换。(12)运行日志、生产报表打印监控系统自动形成日报表及月报表，可通过操作员站进行打印。(13)LCU的主要功能每台LCU与系统联网时，作为系统的一部分，实现系统指定的功能。而当与系统脱离时，则能独立运行，实现LCU的现地监控功能。LCU的主要功能如下：①各种数据采集功能。②网络通讯功能。③LCU现地操作功能。LCU盘柜设置了开泵、停泵、紧急停泵、事故复归、开辅机、停辅机、远方/现地等操作按钮、开关及显示水泵和辅机运行状态的显示灯等。可实现监控系统现地手动开停机、紧急停泵及开停辅机等操作。④各种控制功能。包括各台泵开停机顺控功能，叶角调节功能，以及断路器控制和风、水、油等辅助设备的控制功能等。4．系统的特点及现场应用情况(1)系统功能完善该系统具有完善的泵站监测和控制功能，满足全厂安全监视、控制调节及生产管理等多方面的要求。利用计算机监控系统开停机和调节功能将泵站的自动化水平提高到新阶段。(2)技术先进，设备安全可靠系统具有良好的开放性、先进性和可移植性，各项性能指标达到或超过了《水电厂计算机监控系统基本技术条件》DL/T578-95电力行业标准。很好地满足了该泵站的运行要求。(3)减轻泵站运行人员的劳动强度，提高安全运行水平减轻了泵站运行人员的劳动强度，提高劳动生产率及泵站的安全运行水平，为泵站减人增效创造了先决条件。(4)为实现“无人值班”(少人值守)奠定了基础大张庄泵站计算机监控系统工程的实施，进一步提高了全厂生产自动化水平，为实现泵站“无人值班”(少人值守)奠定了基础，具有非常高的推广应用价值。该系统自2001年4月开始进入现场调试阶段，并于2001年5月全部投运。自投运以来，系统运行安全无误，确保了天津市城市供水工作的正常进行。5．结束语通过大张庄泵站计算机监控系统的升级改造及应用，有效地提高了泵站的综合自动化水平，取得了良好的经济效益和社会效益，在引滦入津工程沿线各级泵站中获得了一致好评，并为今后灌区提水泵站及城市供水泵站的自动化工程提供了良好的借鉴作用。AbstractTheH9000V3.0computermonitoringandcontrolsystemofDaZhangzhuangPumpstationisdesignedaccordingtotheprincipleof“unattendedpowerplant”.Itisrealizedbyprogrammablelogicalcontroller(PLC)connecteddirectlyintotheethernet.Thispaperintroducesthestructuresandfunctionsofthesystemanditsapplication.双绞线UPSSANTAK3kVA1#泵LCU施耐德公司PremiumTSX系列可编程逻辑控制器UPS台湾恒电CKDIK-220R1kVA2#泵LCU施耐德公司PremiumTSX系列可编程逻辑控制器公用LCU施耐德公司PremiumTSX系列可编程逻辑控制器………UPS台湾恒电CKDIK-220R1kVAUPS台湾恒电CKDIK-220R1kVA电话语音报警工作站CompaqAP200/550MHz128MB10GBCD-ROMDialogic电话语音卡17’CRT1280×1024KB送模拟屏光纤双绞线串口通讯工作工作站CompaqAP200/550MHz128MB10GBCD-ROM八串口MOXA卡17’CRT1280×1024KB35kV保护系统6kV保护系统励磁系统操作员工作站ACompaqAP200/750MHz256MB10GBCD-ROMEpsonLQ1600KⅢ21’CRT1280×1024KB21’CRT1280×1024双绞线操作员工作站BCompaqAP200/750MHz256MB10GBCD-ROMHPLJ5000LE21’CRT1280×1024KB21’CRT1280×1024双绞线附图大张庄泵站计算机监控系统结构配置图