淺談無錫嚴埭港水利樞紐主機溫度采集系統的改造

【摘要】大中型泵站運行中，主機溫度量是運行時的重要參數。針對嚴埭港水利樞紐原溫度采集系統在長期運行中出現采溫和通訊穩定性不足的問題，提出了升級改造的方案。

【關鍵詞】泵站；溫度采集系統；溫度巡檢儀；可編程邏輯控制

一、前言

嚴埭港水利樞紐是無錫市城市防洪八大樞紐之一，位于無錫市北郊嚴埭港。嚴埭港水利樞紐由泵站、節制閘和船閘和上下游連接建筑物等組成。泵站裝機流量為70m/s，安裝5臺立式軸流泵，單機流量為14m3/s，其中2臺泵28m3/s具備雙向抽排功能，其余3臺泵為單向排澇，配630W同步電動機，總裝機容量3150W。節制閘分2孔，單孔凈寬12m，采用升臥式閘門。船閘規模16（20）×135m，上、下閘首型式同節制閘，采用升臥式閘門。

二、泵站自動化系統簡介

泵站自動化系統監控對象包括5臺主泵（包括主泵、電機、勵磁設備等）、2臺節制閘啟閉設備、清污設備（包括10臺清污機和一臺皮帶機等）、5臺主泵出水側工作閘門啟閉機、5臺主泵出水側事故閘門啟閉機、2臺技術供水泵（一用一備）、2臺檢修排水泵（一用一備）、10kV高壓開關柜、2臺站用變、2臺0.4kV開關柜進線柜和1臺聯絡柜等。整個監控系統構成冗余以太網，由上位機監控，并應留有接口與控制中心相連。工業電視系統主要設備由前端設備（包括：攝像機、鏡頭、防護罩、云臺、解碼器等）、多媒體工作站、視頻顯示設備、視頻記錄設備、大屏幕投影儀、電源輔助設備等組成，如圖2.1所示，實現了嚴埭港水利樞紐的實時監控和監視，系統以“先進、可靠、經濟、實用”為原則，達到少人值守，現場無人值班的管理水平。

三、原溫度采集系統介紹

主機泵組溫度采集系統是主機泵運行和自動化運行的重要組成部分，對主機運行中的重要參數溫度實時采集、上傳、評判，對安全穩定運行具有重要意義。原主機組溫度采集采用NARI南瑞制造的SJ-40C溫度巡檢儀，此巡檢儀專為水、火電廠的溫度量巡檢和溫度保護而設計，也用于其它工業領域中采用熱電阻測量溫度的場合。其主要特點是采用16位單片機，24位δ—Σ型A/D，精密恒流源，可以適應不同線制的多種熱電阻，輸入容量48路，可擴充至96路，隔離的RS485通信接口，支持Modbus通信協議，具有自動調教零點及增益，在線自診斷自恢復功能。通過熱電阻采集的溫度量，通過RS485方式通訊至上位機。系統圖如3.1所示。

對于溫度輸入， SJ-40C的溫度輸入插座為J2-J4，和J8-J10（J8和J10為擴充插座），每個插座可以接16路溫度量，因此，上述6個插座最多可以接入16*16=96路溫度量。這些插座分別有50個端子（實際使用其中48個）。這些端子被分成A、B、C三個部分（對應插座上中下三排），如圖3.2所示。

硬件上，SJ-40C的基本輸入為48路，軟件上根據實際需要確定真正的輸入路數maxTI，其中maxTI的大小會影響到裝置的采樣速度。裝置的溫度采集速度為16點/秒，第一次采集32點，耗時2秒，第一秒采集與保護有關的溫度點，（最多允許16路），第二秒按常規依次采集其他的溫度點， 采完全部96點需耗時12秒，當這些保護點小于16時，節省的時間將用來采集其他的溫度點，這樣，會加快裝置的總體采集速度。嚴埭港樞紐每臺主機采集定子、上下導、推力、上下油缸等共14個溫度量。

四、實際運行時存在的問題。

原溫度巡檢儀經過多年的運行，會出現運行中溫度無顯示，實時溫度不更新，上位機無法讀取測溫這三種情況，經過對該裝置的進一步分析，有如下原因造成，1、裝置投電時如有短線或短路，而后恢復正常時，顯示值雖有（在本應顯示溫度的位置顯示“*”），仍不參與保護（除非重新投電）。2、無論原來的溫度測值是否正常，只要有連續5點溫度測值發生同樣規律的變化，且變化量大于5度，則認為裝置內部采集故障，此時需重新投電才能正常工作（比如將溫度輸入插頭拔下再插上）。3、地址與數據編碼時，不能經常對溫度參數進行加載，且溫度參數和maxTI這兩部分必須加載正確，否則SJ-40C拒絕執行或或不能正確執行溫度巡檢/保護功能。

基于上述原因，在主機泵運行中溫度檢測量經常顯示“*”或溫度沒有實時更新，經常需要重啟巡檢儀才能正常工作，另外，由于溫度巡檢儀只有一個RS485通訊接口，需要再經過一次轉化才能接入以太網交換機上傳至上位機電腦，通訊上節點冗多也經常造成故障率上升，導致上位機無法讀取溫度量，對泵站的安全運行帶來不穩定因素。由于實時溫度量是主機泵組運行中的重要參數量，也是關系到輔機系統和供水系統是否正常工作的重要參考，基于嚴埭港水利樞紐對于無錫運動片大包圍的重要性不可替代，所以有必要對溫度采集系統進行升級改造。

五、改造方案

摒棄原通過溫度巡檢儀采集溫度和單一通訊的模式，采用更加穩定可靠，抗干擾能力更強且使用方便的PLC模塊，在主機PLC上加裝集成的施耐德TM2DOCKN和TM218模塊來進行溫度量采集和處理，其中TM218具備RS485和以太網同時輸出，簡化了采集裝置，優化了數據通道。

TM218是施耐德電氣推出的超高性能、超強擴展能力的新一代PLC，具有接口功能豐富、集成度較高和組態可擴展等特點，采用交流220 V供電，配備24路DI、16路D0、4通道高速計數、2PT0、2路模擬量輸入和2路模擬量輸出；同時可通過MBS接口對外進行通信。上述特性不僅完全滿足了本系統中開關量輸入/輸出、模擬量輸入和與上位機通信的基本要求，同時為后期系統功能的升級與優化留出了較大空間，所有監測開關量送入PLC令用模入轉換模塊進行數據處理。

施工方案是拆除原溫度巡檢儀，原測溫系統的熱電阻保留，熱電阻接到加裝的TM2DOCKN模擬量采集模塊上面。主機組在運行時，測溫熱電阻在工作時輸出的電壓信號屬于模擬信號，根據在任何情況下被測溫度都不可能發生突跳的特性，所以測得的電壓信號無論在時間上還是在數量上都是連續的，這個電壓信號在連續變化過程中的任何一個取值都是具體的物理意義，即表示一個相應的溫度，因此采集熱電阻的電壓信號經換算即為主機的實時溫度信息。

在現場主機PLC控制柜中加裝施耐德TM218小型編程控制器，對采集模塊TM2DOCKN傳輸過來的數據進行實時處理，通過RS485信號傳輸到主機泵PLC處理器，再通過RS485信號傳送到現場的施耐德XBTGT5330觸摸顯示屏，供現地運行人員巡檢查看，同時TM218通過以太網關把信號傳輸到上位機，供自動化監控系統使用，如圖5.1所示。

上位機溫度通訊重新改造后，界面重新進行了優化調整，主機泵運行界面可以直接監控每臺主機運行的重要電氣參數和溫度參數，如圖5.2所示。同時對各溫度量的報警信號和跳閘信號做出了相應的PLC程序設置，當溫度量超過設定報警溫度值時，上位機會發出報警信號，提醒運行人員及時進行檢查并采取措施。當溫度超過設定跳閘溫度時，上位機會發出指令到高壓室真空開關，自動跳閘，主機泵停機。

此次測溫系統升級改造也提升了樞紐的自動化運行管理水平，通過中控室上位機的有效檢測和控制，實現少人值守，現場無人值班的管理水平。

六、改造后的測溫系統使用情況

測溫系統改造后，經過泵站一年多的開機運行，特別是2016年厄爾尼諾現象帶來的無錫地區降水量劇增，泵站開機運行時間比往年更多更密集，該套溫度采集系統沒有出現溫度采集不到或不更新需要重啟的故障，溫度采集量精準，更新及時，與現場觸摸顯示屏以及中控室上位機通訊穩定，非常符合現代大中型泵站長期運行的要求。

七、結論

由于采用了 M218等模塊化元器件設計取代了原有的溫度巡檢儀，不僅精簡了設備，減少了故障點，同時還提高了溫度采集與通訊的可靠性，該控制系統具有安全可靠、運行穩定、使用簡便，便于后期維護等特點，為大中型水利樞紐泵站的安全運行提供了強有力的保障。

參考文獻：

[1]涂麗琴. PLC M218 在水電站油壓裝置控制系統中的應用.長江科學院院報，2013.

[2]閆坤.電氣與可編程程序控制器應用技術.北京.清華大學出版社，2007.

[3]于慶廣.可編程控制器原理及系統設計.北京.清華大學出版社，2004.

作者簡介：張繼來（1981.11-），男（漢族），江蘇無錫市，碩士研究生，無錫市城市防洪工程管理處，工程師，研究方向為大型泵站技術管理。