南昌市朝陽1﹟電排站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

戴蘆英

(南昌市水利規(guī)劃設(shè)計(jì)院，南昌 330009)

南昌市朝陽1﹟電排站地處昌南城區(qū)西部朝陽洲撫河故道左岸，位于南昌市西湖區(qū)桃花鎮(zhèn)內(nèi)。電排站總裝機(jī)容量945 kW，4臺(tái)潛水貫流式機(jī)組。由南昌市朝陽洲變電站供電，采用一回10 kV電纜專線直配線路，長約1 km。南昌市朝陽1﹟電排站為朝陽二級(jí)排澇區(qū)的主要排澇站，承擔(dān)著南昌市朝陽區(qū)主要排澇任務(wù)，電排站的安全運(yùn)行直接關(guān)系到朝陽區(qū)的各項(xiàng)事業(yè)發(fā)展，因此對(duì)電排站進(jìn)行監(jiān)控和保護(hù)具有十分重要的意義。

電排站計(jì)算機(jī)監(jiān)控技術(shù)是利用現(xiàn)代電子技術(shù)、通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與電排站電氣設(shè)備相結(jié)合，將電排站在正常及事故情況下的監(jiān)測、控制、計(jì)量和防洪排澇管理部門的調(diào)度指令有機(jī)地融合在一起[1]，是一條提高電排站排澇功能的安全性、可靠性、方便性、靈活性、經(jīng)濟(jì)性的有效途徑。

1 計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1.1 設(shè)計(jì)原則

整個(gè)系統(tǒng)按“無人值班、少人值守”原則設(shè)計(jì)，對(duì)電排站的運(yùn)行和主要設(shè)備實(shí)施全面的自動(dòng)監(jiān)測和控制，實(shí)現(xiàn)站內(nèi)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行、自動(dòng)監(jiān)測，提高電排站安全運(yùn)行水平、運(yùn)行經(jīng)濟(jì)效率、電能質(zhì)量。具備與市防辦通訊，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)方集中監(jiān)控，為無人值班(少人值守)創(chuàng)造條件。選用開放式、全分布的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，監(jiān)控系統(tǒng)軟件采用模塊化、結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)，保證系統(tǒng)的可擴(kuò)性。各LCU的PLC能夠直接上網(wǎng)，能脫離主控級(jí)獨(dú)立運(yùn)行。系統(tǒng)具有冗余容錯(cuò)設(shè)計(jì)，響應(yīng)速度快，可靠性和可用率高，可維護(hù)性好。

1.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)基本結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)采用分布式的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，采用美國 GE公司9030PLC硬件平臺(tái)和iFIX監(jiān)控軟件平臺(tái)，其控制網(wǎng)絡(luò)主干為工業(yè)千兆以太網(wǎng)，中心交換機(jī)采用華為3COM的H3C S5600-26C千兆智能彈性交換機(jī)。系統(tǒng)由現(xiàn)地控制站和站級(jí)監(jiān)控層兩級(jí)組成，如圖1所示。該系統(tǒng)能滿足南昌市朝陽1#電排站站內(nèi)設(shè)備及工藝參數(shù)的監(jiān)視和控制要求。生產(chǎn)操作人員可通過站級(jí)監(jiān)控層對(duì)電排站內(nèi)生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行集中監(jiān)控、調(diào)節(jié)和管理，可實(shí)現(xiàn)現(xiàn)地層的“無人值班”(少人值守)。

1.2.1 現(xiàn)地控制站

現(xiàn)地控制層的核心設(shè)備微機(jī)綜合保護(hù)裝置采用北海銀河的YH-B5300系列保護(hù)測控綜合裝置，PLC采用GE9030系列的高端364型CPU。根據(jù)控制功能需求，整個(gè)綜合自動(dòng)化系統(tǒng)共設(shè)2個(gè)現(xiàn)地控制站及1塊公用設(shè)備屏。各現(xiàn)地控制站內(nèi)微機(jī)綜合保護(hù)裝置通過內(nèi)置的RS232/RS485通訊接口，以標(biāo)準(zhǔn)的MODUBS協(xié)議與PLC實(shí)現(xiàn)通訊。364型CPU內(nèi)置了以太網(wǎng)口。通過該以太網(wǎng)口與中心交換機(jī)相連，各現(xiàn)地控制站與站級(jí)監(jiān)控層形成星形工業(yè)以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)高速數(shù)據(jù)通訊?，F(xiàn)地控制柜上設(shè)單獨(dú)的EVIEW MT觸摸屏，通過GE專用的SNP-X通訊協(xié)議與PLC通訊，實(shí)現(xiàn)就地監(jiān)視、操作。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

1.2.2 站級(jí)監(jiān)控層

站級(jí)監(jiān)控層設(shè)置在中央控制室。主要設(shè)備包括2套主機(jī)/操作員工作站、1套培訓(xùn)/通訊工作站、1套網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、1套GPS、1套逆變電源、1臺(tái)激光打印機(jī)、1套語音報(bào)警裝置、1套大屏幕投影儀。2套主機(jī)既是系統(tǒng)服務(wù)器，又是操作員工作站。采用冗余配置模式、具有冗余管理功能的iFIX SCADA雙監(jiān)控主機(jī)節(jié)點(diǎn)。正常情況下，兩個(gè)iFIX SCADA主機(jī)節(jié)點(diǎn)承擔(dān)各自的SCADA處理任務(wù)。當(dāng)某個(gè)節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)故障時(shí)，另一個(gè)節(jié)點(diǎn)將自動(dòng)地、獨(dú)立地?fù)?dān)負(fù)全部監(jiān)控任務(wù)，故障排除后，無需進(jìn)行脫機(jī)組態(tài)，自動(dòng)恢復(fù)共享負(fù)載的運(yùn)行方式。兩個(gè)iFIX SCADA節(jié)點(diǎn)既互為熱備用又獨(dú)立工作。

監(jiān)控軟件采用國際主流的GE公司iFIX3.5中文版監(jiān)控軟件。這是先進(jìn)的計(jì)算機(jī)監(jiān)控軟件。圖形豐富，功能強(qiáng)大。其操作平臺(tái)基于WINDOWS NT/2000/XP。

2 計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的功能

南昌市朝陽1#電排站站電排站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)主要是實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)電排站的集中監(jiān)視和控制、記錄和管理以及系統(tǒng)的遠(yuǎn)方監(jiān)控。

2.1 站級(jí)監(jiān)控層主要功能

1)數(shù)據(jù)采集和處理功能。具有從各現(xiàn)地控制單元和外部數(shù)據(jù)鏈路采集實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的能力，完成數(shù)據(jù)庫的刷新，并對(duì)采集來的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、處理、計(jì)算，形成站級(jí)監(jiān)控及管理所需的數(shù)據(jù)。

2)人機(jī)接口功能，包括LCD顯示功能、打印記錄、各類操作控制命令的設(shè)定等，運(yùn)行人員能通過人機(jī)接口設(shè)備監(jiān)視、控制和管理電排站運(yùn)行設(shè)備，允許維護(hù)人員維護(hù)和配置計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。

3)控制與調(diào)節(jié)功能。包括電排站控制與運(yùn)行調(diào)度方式的設(shè)定、電排站控制方式的轉(zhuǎn)換、電排站的控制與調(diào)節(jié)等。

4)通信功能。監(jiān)控系統(tǒng)通過以太網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)與排區(qū)信息管理中心的通信。

2.2 現(xiàn)地控制站主要功能

現(xiàn)地控制站作為整個(gè)電排站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的重要設(shè)備，是整個(gè)電排站設(shè)備和裝置安全、穩(wěn)定運(yùn)行的基礎(chǔ)?，F(xiàn)地控制站與生產(chǎn)過程直接聯(lián)系，采集信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)過程的控制，同時(shí)能向站級(jí)監(jiān)控層計(jì)算機(jī)系統(tǒng)發(fā)送信息，并執(zhí)行站級(jí)監(jiān)控層計(jì)算機(jī)系統(tǒng)下達(dá)的控制命令。在與上級(jí)監(jiān)控層通訊中斷的狀態(tài)下，能夠獨(dú)立完成其監(jiān)控范圍內(nèi)設(shè)備的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集處理、趨勢分析、設(shè)定值修改、設(shè)備操作等任務(wù)。它具有其監(jiān)控范圍內(nèi)的完整數(shù)據(jù)庫，并帶有容錯(cuò)、糾錯(cuò)能力。

2.2.1 機(jī)組單元現(xiàn)地控制站功能

機(jī)組單元現(xiàn)地控制站(LCU1～LUC2)作為分布式系統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)，由PLC、機(jī)組保護(hù)裝置、交直流雙電源供電裝置、觸摸屏等組成，每個(gè)機(jī)組LCU負(fù)責(zé)2臺(tái)潛水泵機(jī)組及其附屬設(shè)備的自動(dòng)監(jiān)視與控制。主要功能如下:

數(shù)據(jù)采集和處理。包括模擬量和開關(guān)量的采集及處理。模擬量采集由機(jī)組綜合保護(hù)裝置實(shí)現(xiàn)，按掃查周期定時(shí)采集數(shù)據(jù)，存入輸入映像表中。同時(shí)通過MODBUS通訊協(xié)議，將數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳送到PLC系統(tǒng)進(jìn)一步處理。開關(guān)量采集由PLC系統(tǒng)直接完成。

安全運(yùn)行監(jiān)視。包括狀態(tài)監(jiān)視、事件順序記錄與報(bào)警、越限檢查和過程監(jiān)視等，在現(xiàn)地控制站與上級(jí)監(jiān)控層通訊中斷的狀態(tài)下，仍然能完成區(qū)域內(nèi)所有功能，保證機(jī)組的安全運(yùn)行。

控制與操作。機(jī)組現(xiàn)地控制單元能進(jìn)行現(xiàn)地啟?？刂?、自動(dòng)完成緊急停機(jī)操作，也能接受站級(jí)監(jiān)控層的控制。在接受啟、停操作命令后，整個(gè)過程能自動(dòng)完成，也能分步完成。在交流廠用電短時(shí)中斷時(shí)，機(jī)組現(xiàn)地控制單元能正常工作。

人機(jī)接口。機(jī)組LCU配置EVIEW的MT液晶觸摸屏作為人機(jī)交互的窗口。運(yùn)行人員通過觸摸屏可以進(jìn)行機(jī)組的啟、停，斷路器、隔離開關(guān)的分合等多種操作。對(duì)于操作中的錯(cuò)誤或不合法的命令，LCU能拒絕控制命令的執(zhí)行。對(duì)合法的命令，顯示控制的過程及結(jié)果。LCU的操作顯示功能能保證與脫離上級(jí)監(jiān)控層的狀態(tài)下仍能獨(dú)立運(yùn)行。

通信。各機(jī)組LCU與上級(jí)監(jiān)控層進(jìn)行SRTP TCP/IP以太網(wǎng)通訊，能與區(qū)域內(nèi)被控設(shè)備的綜合保護(hù)裝置進(jìn)行MODBUS通信，與公用LCU的實(shí)施通信，并根據(jù)公用LCU采集的1OKV母線保護(hù)裝置相關(guān)信號(hào)，對(duì)被控高壓設(shè)備進(jìn)行跳閘操作。

系統(tǒng)診斷?？蓪?shí)施機(jī)組現(xiàn)地控制單元硬件故障和軟件故障診斷，在線運(yùn)行時(shí)，當(dāng)檢測到故障，將故障部分的模件及性質(zhì)上送上級(jí)監(jiān)控層，以便顯示、打印和報(bào)警。對(duì)于冗余模件，能自動(dòng)切換到備用模件。

機(jī)組保護(hù)裝置功能。該裝置具有遙測、遙信功能，并裝設(shè)低電壓保護(hù)、過負(fù)荷保護(hù)、電流速斷保護(hù)、定時(shí)限過電流或負(fù)序過流保護(hù)、定時(shí)限零序過電流保護(hù)和過電壓保護(hù)等。且機(jī)組的交流電氣量(電動(dòng)機(jī)的三相電流、有功功率、零序電流等)均由保護(hù)裝置采集完成。

2.2.2 開關(guān)站及公用單元現(xiàn)地控制站

開關(guān)站及公用機(jī)組單元現(xiàn)地控制站的主要監(jiān)控對(duì)象包括:2臺(tái)站變;2條10 kV進(jìn)線;7臺(tái)清污機(jī);所需監(jiān)控的閘門;直流電源系統(tǒng)等。其主要功能如下:

數(shù)據(jù)采集和處理。開關(guān)站及公用LCU采集被控對(duì)象的各種電氣量、開關(guān)量、模擬量及脈沖量等實(shí)時(shí)運(yùn)行參數(shù)及運(yùn)行狀態(tài)，并對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄、保存和檢查。對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、處理和計(jì)算，形成各種監(jiān)控及管理功能所需的數(shù)據(jù)，存入數(shù)據(jù)庫。

站變的保護(hù)裝置功能。本保護(hù)裝置具有遙測、遙信功能，并裝設(shè)電流速斷保護(hù)、定時(shí)限過電流保護(hù)、過負(fù)荷保護(hù)及定時(shí)限零序過電流保護(hù)。

全站后備保護(hù)。本保護(hù)裝置具有遙測、遙信功能，并裝設(shè)定時(shí)限過電流保護(hù)。

10 kV母線保護(hù)。本保護(hù)裝置具有遙測、遙信功能，并裝設(shè)單相接地保護(hù)、電流速斷保護(hù)和低電壓保護(hù)。

公用設(shè)備屏。公用設(shè)備屏主要完成朝陽1#電排站內(nèi)的高壓系統(tǒng)站變、全站、兩回進(jìn)線共5條回路的電力參數(shù)采集及全站64點(diǎn)溫度巡檢，共設(shè)置5臺(tái)多功能電力儀表及1臺(tái)64點(diǎn)溫度巡檢儀，其中多功能電力儀表采用江陰斯菲爾PDM-803產(chǎn)品，溫度巡檢儀采用北京九純健的JCJ500B產(chǎn)品，這些智能儀表在具備本地LED顯示功能的同時(shí)，均支持標(biāo)準(zhǔn)的RS232/RS485通訊功能，滿足電排站數(shù)據(jù)通訊要求。為減輕公用LCU中PLC系統(tǒng)的通訊負(fù)載，在公用設(shè)備屏專門配置一臺(tái)通訊管理機(jī)，該管理機(jī)下行以RS32/RS485的通訊方式采集多功能電力儀表及溫度巡檢儀的數(shù)據(jù)，上行通過以太網(wǎng)的方式與上級(jí)監(jiān)控層通訊。通訊管理機(jī)采用北海銀河的YH-B5501。通訊管理機(jī)采用嵌入式設(shè)計(jì)，采用嵌入式CPU、嵌入式實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)。帶16個(gè)RS232/RS485口、3個(gè)以太網(wǎng)口、1個(gè)調(diào)試接口以及1個(gè)GPS信息接受口。

其它功能。包括安全運(yùn)行監(jiān)視、人機(jī)接口、通信功能、系統(tǒng)診斷等，這些方面的基本功能與機(jī)組LCU大致相同。

3 結(jié)語

計(jì)算機(jī)監(jiān)控是一個(gè)系統(tǒng)工程，它需要系統(tǒng)中各個(gè)部分如硬件、軟件、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、自動(dòng)化執(zhí)行元件等有機(jī)組合，綜合考慮，它要充分利用計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、通訊技術(shù)、冗余技術(shù)、抗干擾技術(shù)等等。南昌市朝陽1#電排站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)經(jīng)過一段時(shí)間的試運(yùn)行，運(yùn)行情況良好，性能穩(wěn)定，很好地滿足了電排站的運(yùn)行要求，為今后類似電排站的設(shè)計(jì)提供很好借鑒。

[1] 駱意.南昏電排站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及應(yīng)用[J].湖南水利水電，2008，(2):81-83.

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