馬南泵站計算機監控系統淺析

成占五

（廣東省陽江市機電排灌管理總站 廣東 陽江 529500）

1 工程概述

馬南泵站是陽江市首宗微機控制城市防洪泵站，由泵站、水閘兩部份組成。泵站設計排水流量為 38.08m3/s，共有 5臺QZD100-125型10kV高壓潛水軸流泵機組，配套電機功率450kW/臺，裝機總容量2250kW。

泵站設置監控中心，利用計算機監控系統控制泵站的運行情況。計算機監控系統以“無人值班，少人值守”的監控模式設計，采用分層分布式開放型網絡結構。系統分站級主控層和現地控制層，其優點是結構簡單、運行可靠、維護方便。

2 泵站運行控制方式

馬南泵站有三種運行控制方式：

⑴中控室計算機控制：在中控室計算機主機上對接入本系統的水泵及電氣設備進行遠方監控，操作過程有事先提示。

⑵LCU柜觸摸屏控制：在設備投運初期、機組檢修期及中控室主機發生故障的情況下，通過觸摸屏進行控制。

⑶設備手動按扭控制系統：在PLC發生故障時，由不依賴PLC的設備現場控制系統控制。現場控制與計算機控制相互閉鎖，并在現場切換。現場控制時，控制信號、運行狀態信號在現場控制設備上反映并反饋至中控室主機。

機組高壓開關柜上設置了控制權切換開關，切換開關切至“PLC”，計算機實施控制命令；切至“現地”時，通過機組高壓開關柜上的按鈕開關實施控制。切至“遠方”時，可由機組控制箱直接啟動機組。系統采取兩級控制，機旁箱、機組高壓開關柜直接啟動，為第一級，控制權限最高；中控室操作員站和LCU柜控制權限次之，按控制層次實現閉鎖。

3 馬南泵站監控系統組成與配置

馬南泵站監控系統所選用的上位機采用WEBAccess監控軟件，下位機PLC選用的歐姆龍PLC是一種功能完善緊湊型可編程控制器。整個監控系統為分層分布式集散型系統。系統主要有操作員站、網絡交換機、現場控制單元等組成（見圖1）。

泵站計算機監控系統現場測控層共設四個現地LCU柜，布置于中控室。在四個現場測控終端上均設有彩色觸摸屏，用于顯示測控參數及現場測控設備。各微機保護控制單元分散布置在各自設備內，通過四芯多模光纖連接至LCU。

中控室設二臺計算機為測控管理主機，互為熱備，中控室主機定時巡檢四臺現場PLC（安裝于LCU柜上）測控終端采集的數據，對各工藝參數和動力設備的運行進行實時顯示、記錄、分析、統計、事故報警和打印、存儲等。并能通過鍵盤和鼠標對全站的設備進行集中控制。

3.1 監控系統網絡結構

馬南泵站計算機監控系統網絡結構選用冗余光纖以太環網結構，速率10Mbps，協議采用TCP/IP，上位機設備以及各現地控制單元PLC均掛在以太網上，PLC通過現場總線同直流系統、高低壓柜內保護裝置及現場各種智能電力儀表、自動化設備進行數據通信。整個系統采用透明通訊方式，在中控室主機中，對網絡中的現場PLC站可以下載程序及訪問數據、編程等。

3.2 站級主控層配置

3.2.1 上位機和網絡交換設備

馬南泵站在中控室設置2臺監控主機，1主1從，互為熱備份。計算機采用戴爾工業用計算機，具有完善的自診斷功能。奔IVCPU，2.8GHz，硬盤320GB，有足夠的存儲容量。

網絡交換設備為8口工業用以太網交換機，10M/100M自適應。

3.2.2 操作軟件

馬南泵站監控系統上位機操作系統是Windows XP。Windows操作系統中文界面友好，幫助功能強，軟件開發很多，容易普及。Windows操作系統安裝容易，維護、管理、開發都很方便，但也有一些缺點，如系統穩定性和網絡功能不高，而且基于Windows平臺的病毒很多。

組態軟件系統以Intouch為操作平臺，全中文圖形化操作界面監視整個系統的運行狀態，提供現場圖片、工藝流程圖、實時曲線圖、監控點表、平面布置圖、設備操作動畫效果圖等，以形象直觀的動態圖形方式顯示設備運行情況和生產情況。

圖1 馬南水閘電排站計算機監控系統結構圖

3.3 現地控制層配置

馬南泵站屬于城市排洪泵站，降雨量的大小決定了機組運行的臺數。泵站現地層機組LCU柜的布置主要考慮了分層設計需要，全站以泵組為安裝單位進行劃分，1#、2#泵組配置1#LCU，3#、4# 泵組配置 2#LCU，5# 泵組配置3#LCU，4#LCU為公用LCU。各LCU由相互獨立的PLC組成，各LCU之間通過以太網進行通信，實現泵站的全廠集控。這種控制模式下，各LCU相互獨立，劃分清楚，各泵組檢修方便，不互相干擾，是一種比較理想的控制模式。

強調分散控制，使得每個控制柜中選用的PLC檔次適當降低。單個PLC出現故障將只影響到一臺泵組或者二臺泵組，各個單元功能劃分明確，可靠性更高，不會出現一旦PLC故障造成整個泵站停止運行的嚴重事故，這對于像馬南泵站這樣一個城市防洪工程來講，尤為重要。因為關鍵時刻一旦出現這種情況，將會造成嚴重后果。

系統配置一套GPS衛星時鐘系統，其中包含時鐘同步信號擴展器，在與上位機對時的同時，實現與各現地控制單元（PLC）的硬件對時功能。

4 系統主要功能

4.1 主控級功能

主控級設備在中控室，主要功能如下：

數據采集：通過以太網把現場PLC的數據采集到數據庫，供上位機使用；

實時控制：通過鍵盤和鼠標等，對監控對象進行遠方控制；

運行監視：對泵站主要運行參數、事故、故障、狀變以數字、文字、圖形、表格、曲線、色彩變化、信號閃爍及不同頻率的語音報警等形式進行動態顯示。

記錄和打印：所有監控對象的操作、報警事件及實時參數報表都可記錄下來，并送存貯設備作為歷史數據。

系統診斷：在線和離線方式自檢計算機和外圍設備故障；在線和離線方式下自檢各種應用軟件和基本軟件故障。

軟件開發：在線和離線方式下，方便地進行系統應用軟件的編輯、調試和修改等任務。

4.2 現地控制單元功能

各現地控制單元LCU不因主控級發生故障而影響LCU各自的監控功能。即：可接入網絡協同工作，實現系統指定的功能；與系統脫離時也能獨立工作，實現LCU的現地監控功能。主要功能如下：

數據采集與處理：水位、流量、高低電壓、電流、變壓器溫度等各種模擬量；水泵的開、停、故障狀態；高低壓開關狀態。

實時控制：現場人員可根據PLC的信號顯示、設備狀態指示用按鈕及開關等，對所控制的設備進行開停操作；PLC通過以太網接受上位機指令，自動完成對所控設備的操作。

顯示監視：可顯示泵站電氣量、非電量及被控設備的狀態，能對泵組起動前條件以及各種運行情況進行顯示監視。

通訊控制：PLC通過接口及網絡將有關信息送達上位機。

5 系統特點

5.1 系統網絡結構

馬南泵站計算機監控系統采用分層分布式結構，由站級主控層和現地控制單元組成，主控級設備和現地控制單元通過光纖以太網連接在一起，既實現了設備集中管理、分散控制的功能，又避免了集中控制危險度集中、不易擴展和控制電纜用量大等缺點，實現信息、控制、管理上的集中，功能及風險上的分散。當網絡某一點出現故障時，環網結構50ms～500ms內自動轉換為總線結構運行，可確保系統實現無擾動運行。一年來的運行表明，使用效果非常好。

5.2 系統上位機

上位機采用雙機熱備，當監控系統運行時，從機首先向主機數據庫注冊，報告本機地址并向主機不停發送時鐘同步請求以及數據庫、組態信息、組態畫面同步請求。如主機超過標定時間不響應從機請求，從機便接管控制，停止向主機發送同步請求，啟動I/O驅動程序采集數據，這時從機變為主機直至主機修復。這種雙機熱備有效地保證了整個網絡系統的可靠運行，防止數據丟失，并為整個網絡系統的主控服務器提供了一種故障自動恢復能力。雙機熱備已成為我國目前泵站監控設置首選。

5.3 系統可擴性

馬南泵站計算機監控系統保留的備用點超過使用點設備的10%，上位機存貯器容量有50%以上的余度。留有擴充現地控制裝置、外圍設備或系統通信的接口。屏柜內均留有可擴大充插槽的空間，今后可將該站納入整個城市防洪工程管理網絡進行自動控制管理。

5.4 系統穩定性

馬南泵站在現地LCU柜上加裝了通信管理裝置，這種通信管理裝置是一種用于通信管理的智能設備，利用該裝置提供的API函數進行簡單編程，實現與現場各種設備的通信。該裝置與站內保護、溫度等設備通信，通過串口數據送入PLC，再送上位機系統，即使上位機出現故障，運行人員仍可通過LCU柜上的觸摸屏、操作把手、按鈕及指示燈正常控制機組，監控系統的可靠性得到提升。上位機由于不必承擔通信和數據處理任務，CPU負荷降低，機算機系統穩定性得到加強，系統的結構更加清晰實用。

5.5 系統安全性

馬南泵站采用了10kV高壓電機直接啟動的運行方式，還設有當泵組PLC故障時的硬接線冗余緊急停機回路，在設于高壓室的機組高壓開關柜、主廠房內的機旁控制箱、中控室都設有緊急停機按鈕，通過硬接線冗余回路緊急停機，安全得到充分保障。

6 需要注意的幾點問題

⑴服務器死機，數據庫連接故障。因數據庫存貯容量畢竟有限，若集控系統不自動對數據庫定期進行清理，很多廢舊數據將占據有限的存儲空間，影響到整個系統的運行可靠。

⑵泵站監控系統設備中應使用許多靜電屏蔽手段，如電源變壓器的靜電屏蔽層，局部空間或線路的屏蔽罩(設備外殼)，這些靜電屏蔽的導體只有良好接地才能充分發揮作用。

⑶必須及時對運行管理人員進行專業技術培訓，設備廠家要在人員培訓和售后服務等方面提供長期的優質服務，運行人員應盡快地掌握自動化系統運行技能。

7 結語

馬南泵站計算機監控系統采用計算機技術、網絡技術、通信技術和控制技術實現了對泵站所有設備的監視和控制調節。分層分布式集散型系統從現在泵站實際情況看，比較容易實現。自動控制系統采用分層分布式結構以及星形與總線相結合的方式，極大地減少了運行維護工作量，達到了減員增效的效果，從而提高了泵站工程管理水平。良好的系統結構是實現穩定、可靠和安全的監控系統的基礎，馬南泵站計算機監控系統為泵站工程的自動化建設提供了參考。陜西水利

[1]陳虹.大型泵站綜合自動化系統方案研究[M].中國農村水利水電.1998，（8）.

[2]林楚斌.中山東河泵站自動化控制系統的設計[M].廣東水利水電.2005，（2）.

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