微機監控自動化系統在溫石湯泵站的應用

【摘要】泵站是水利工程重要主要設施，隨著科技水平和綜合國力的提升，水利工程現代化管理成為必然趨勢，本文以溫石湯泵站微機監控自動化系統為例，系統介紹微機監控自動化系統的構成、應用以及效果。

【關鍵詞】溫石湯泵站；自動化；微機監控

一、溫石湯泵站簡介

溫石湯泵站為山東省膠東調水工程新建泵站的第五級泵站，為管道輸水段的第二級泵站，泵站位于山東省蓬萊市境內，溫石湯泵站有10臺機組，8用2備，總裝機容量7100kW。泵站主要設備情況：電機采用湘潭電機股份有限公司生產的Y560-8型臥式高壓電機8臺，沈陽電機廠生產的YROT560-8調速高壓電機2臺，水泵采用山東雙輪集團股份有限公司生產的S800-29型臥式雙吸離心泵，主變采用山東省金曼克公司生產的SC9系列干式變壓器。

二、微機監控自動化系統結構

1、監控對象

主設備：電動機。輔助設備：進、出口電動蝶閥，液控蝶閥，高壓斷路器，配電設備等。

2、監控功能

實時監控和運行記錄：數據采集、數據處理、設備控制、各種數據記錄和報表查詢。

3、基本結構

泵站微機監控自動化系統采用分層式分布控制結構，系統分為三層：（1）監控層：監控計算機；（2）控制層：公用PLC與機組PLC；（3）設備層：電機、閥門、流量計、水位計等現場設備。

監控層位于中控室，可對全泵站生產數據進行收集以及集中控制，設有上位機2臺（工程師站、操作員站各一臺）、服務器1臺以及相關打印機與不間斷電源UPS。控制層負責對現場儀表數據的采集及監控，泵站PLC分布放置，其中公用PLC放置在保護室、機組PLC放置在每臺機組旁的LCU柜中。公用PLC負責水位測量、流量測量、過水量統計、電力監控、閘閥室閥門開關等工作，機組PLC負責控制機組開停機操作、高壓斷路器的分合閘、進出口電動蝶閥開關、液控蝶閥開關以及采集出口壓力、電機、水泵振動等模擬量。設備層由現場儀表、電機、閥門及其他執行設備等組成。這些儀表設備通過24VDC開關量信號及4～20mA模擬信號與PLC連接，把運行參數和狀態送到PLC，而PLC則實現對設備的控制。

上位機監控系統完成全站的自動化運行及其管理，下位機PLC采用GE公司的90-30系列PLC，下位機PLC通過以太網模塊與上位機進行通訊。

三、環網系統

監控層和控制層采用100Mbps快速以太網聯接，傳輸介質采用多模光纖，網絡結構采用環形拓撲結構。系統選用卓越信通TSC? Carat5008EFC2工業以太網交換機，2個百兆光纖端口用于構成光纖冗余環網，為控制設備提供冗余的鏈路連接，任何一段主干通訊通道故障都將在20ms內被察覺并啟動冗余鏈路傳送數據，提高系統的抗干擾能力。

四、PLC系統

PLC具有系統簡單、可靠性高、適應性強、簡單易學、便于維修的特點，被廣泛應用于自動化控制領域，溫石湯泵站選用GE9030PLC，按功能分為公用PLC和機組PLC，每臺機組對應一臺機組PLC。

（一）公用PLC主要控制對象為泵站的供配電系統和閘閥室四個電動蝶閥開關控制。硬件上，公用PLC采用了1個電源模塊、1個CUP模塊、2個通訊模塊、3個開關量輸入模塊、3個模擬量輸入模塊、1個開關量輸出模塊。具體功能：

1、接收開關量信號：供電系統高壓斷路器狀態、閘閥室電動蝶閥狀態。

2、接收模擬量信號：供電系統電壓、電流值、泵站前池水位、供水管流量。

3、輸出開關量信號：供電系統高壓斷路器分合閘、閘閥室電動蝶閥開關。

4、與上位機通訊、與供配電微機保護模塊通訊。

（二）機組PLC主要控制對象為管道進出口電動蝶閥、液控蝶閥、高壓開關柜的狀態。硬件上，機組PLC采用了1個電源模塊、1個CUP模塊、2個通訊模塊、2個開關量輸入模塊、1個模擬量輸入模塊、1個開關量輸出模塊。具體功能：

1、接收開關量信號：高壓斷路器狀態、進出口蝶閥狀態、液控蝶閥狀態、機組溫度報警狀態。

2、接收模擬量信號：出口壓力、轉速、電機和水泵的震動擺度。

3、輸出開關量信號：高壓斷路器分合閘、進出口蝶閥開關、液控蝶閥開關。

4、機組開關機流程控制。

5、與上位機通訊功能、與溫度巡檢儀設備通訊。

（三）泵站機組開機流程：

開機前需具備9個條件：電動機斷路器分位、10kV母線有電壓、手車實驗＼工作位置、彈簧儲能、保護未動作、電機出口地刀分、電動機開關柜遠方位置、LCU柜處于遠方位置、出口液控閥遠方位置。

滿足開機條件后可執行開機操作，開機流程為：開機組進口電動蝶閥、開機組出口電動蝶閥、合機組斷路器命令、開機組出口液控蝶閥、開機完成。

（四）泵站機組停機流程：

停機前需具備3個條件：電動機斷路器合位、電動機開關柜遠方位置、LCU柜處于遠方位置。滿足停機條件后可執行停機操作，停機流程為：關機組出口液控蝶閥、分機組斷路器、關機組出口電動蝶閥、關機組進口電動蝶閥、停機完成。

五、人機界面

本站人機界面采用GE Fanuc自動化公司開發的Cimplicity組態軟件設計，根據實際需要，共有12個主要界面，包括電氣畫面、機組畫面、開機流程、停機流程、輔機畫面、電氣參數、機組參數、趨勢畫面、網絡結構、報警畫面、報表查詢、設置畫面等。人機界面主要功能：

1、電氣畫面：監控35kV及10kV配電設備的分合閘情況。

2、機組畫面：分別顯示10臺水泵電機的運行參數，包括電流、電壓、有功功率、無功功率、頻率、出口壓力、定子溫度、轉速、震動、各閥門開關狀態、機組運行狀態等。

六、應用效果

該系統實現了少人值守、經濟高效的總體設計，機組運行數據采集與處理，機組啟停自動化控制，電氣監測與控制。2015～2016年向威海應急調水2000萬m3，經實際運行，系統運行良好、可靠，滿足設計要求，減少了運行人員數量，降低了運行成本，提高了工作效率，減輕了勞動強度，在提高安全輸水、工程效益等方面發揮了顯著效益。1

參考文獻：

1、劉麗靜 史學軍，《微機監控自動化系統在泵站的應用》。