自動化監(jiān)控系統(tǒng)在淮安古黃河水利樞紐工程中的應(yīng)用

劉偉姜 海張佳

一、工程概況

淮安市古黃河水利樞紐工程位于漣水縣縣城東部古黃河（亦稱廢黃河）上，漣水縣南門大橋下游約3km（樁號42+150），涉及漣水縣漣城鎮(zhèn)和楚州區(qū)宋集鎮(zhèn)。項(xiàng)目建設(shè)內(nèi)容：新建節(jié)制閘1座、水電站1座、閘站上結(jié)合南北交通建公路橋1座。其中節(jié)制閘工程等別為Ⅲ等，工程規(guī)模為中型水閘，校核流量500m3/s，共5孔，單孔凈寬8m；水電站工程等別為Ⅴ等，工程規(guī)模為小2型，設(shè)計(jì)流量60 m3/s，最小流量10 m3/s，水輪機(jī)組6臺套，總裝機(jī)功率840kW；公路橋荷載等級為公路—Ⅰ級，橋面寬26m，長110.3m。

自動化監(jiān)控系統(tǒng)主要完成6臺水輪機(jī)組、10kV配電裝置，油壓啟閉機(jī)，清污機(jī)等設(shè)備的控制，閘門開度及狀態(tài)測量，水位、壓力信號測量及視頻監(jiān)視系統(tǒng)等。

二、自動化監(jiān)控系統(tǒng)方案

整個(gè)系統(tǒng)采用符合國際標(biāo)準(zhǔn)的開放式環(huán)境下全分布計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。

監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)采用光纖以太環(huán)網(wǎng)，樞紐內(nèi)監(jiān)控主機(jī)、通信計(jì)算機(jī)設(shè)備以及PLC均掛在以太網(wǎng)上，PLC可通過現(xiàn)場總線同閘門開度儀、直流系統(tǒng)、各種傳感器和自動化設(shè)備等進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。

系統(tǒng)設(shè)2臺監(jiān)控主計(jì)算機(jī)，1主1從雙機(jī)熱備，功能包括對整個(gè)閘站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的管理，數(shù)據(jù)計(jì)算和處理，數(shù)據(jù)庫管理，在線及離線計(jì)算功能，各圖表、曲線的生成，事故、故障信號的分析處理等。2臺監(jiān)控主機(jī)形成冗余熱備，當(dāng)主機(jī)故障時(shí)，從機(jī)立刻接管主機(jī)工作。

三、運(yùn)行控制方式

計(jì)算機(jī)自動控制系統(tǒng)為分層分布開放式結(jié)構(gòu)，分為二級，即主控級與現(xiàn)地級。控制權(quán)分“控制室、現(xiàn)地”二級，可以無憂切換。控制權(quán)順序?yàn)椋含F(xiàn)地、控制室。遠(yuǎn)方控制經(jīng)授權(quán)方可進(jìn)行操作。控制系統(tǒng)中心設(shè)置帶密碼的授權(quán)、核對程序。

現(xiàn)地級與主控級采用以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信，環(huán)網(wǎng)交換機(jī)具備網(wǎng)管功能，采用導(dǎo)軌卡槽安裝方式。中控室交換機(jī)采用模塊化交換機(jī)。主控級通過GPRS無線上網(wǎng)設(shè)備與上級管理所實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)與圖像傳輸。微機(jī)保護(hù)、微機(jī)勵磁系統(tǒng)、發(fā)電機(jī)控制系統(tǒng)和直流系統(tǒng)通過RS-485串行通信口轉(zhuǎn)換為以太網(wǎng)方式與監(jiān)控系統(tǒng)鏈接，傳感器通過RS-485串行通信口或4-20mA輸出與PLC相連。

主控級設(shè)于水電站控制樓二樓控制室內(nèi)，通過監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)與現(xiàn)地級建立通信，通過工作站的監(jiān)測監(jiān)控界面，顯示現(xiàn)場設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)與狀態(tài)，同時(shí)下發(fā)控制命令，監(jiān)督現(xiàn)地監(jiān)控單元對監(jiān)測監(jiān)控命令的執(zhí)行。

現(xiàn)地控制級是系統(tǒng)最后一級也是最優(yōu)先的一級控制，它向下接收各類傳感器與執(zhí)行機(jī)構(gòu)的輸入輸出信息，采集設(shè)備運(yùn)行參數(shù)和狀態(tài)信號；向上接收上級控制命令，并上傳現(xiàn)場的實(shí)時(shí)信號，實(shí)施對現(xiàn)場執(zhí)行機(jī)構(gòu)的邏輯控制。

現(xiàn)地控制單元共設(shè)4套PLC。其中 1#～3#發(fā)電機(jī)組、4#～6#發(fā)電機(jī)組分別設(shè)置一套PLC，計(jì)2套；公用設(shè)備如進(jìn)線、變壓器、清污機(jī)、皮帶機(jī)、供排水系統(tǒng)、變壓器油溫等所有公用設(shè)備設(shè)置1套PLC；1#～5#節(jié)制閘門設(shè)置1套PLC，以上共計(jì)4套，分別單獨(dú)組屏，安裝于控制室內(nèi)，每塊屏配置1套液晶觸摸屏，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)地操作功能。

四、系統(tǒng)功能

系統(tǒng)的主要目標(biāo)：接受調(diào)度指令，實(shí)現(xiàn)整個(gè)樞紐工程的自動監(jiān)控，提高安全運(yùn)行和管理水平，改善管理人員的工作條件。

1.主控級功能

（1）運(yùn)行監(jiān)視和事件報(bào)警

定時(shí)采集機(jī)組、變電所、公用設(shè)備、線路開關(guān)、母線、閘門等設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)和運(yùn)行狀態(tài)，更新實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫。顯示運(yùn)行監(jiān)視圖、操作接線圖等各種畫面，以及各種一覽表、測點(diǎn)索引等，定時(shí)刷新畫面上的設(shè)備狀況和運(yùn)行數(shù)據(jù)，使運(yùn)行人員可清晰地監(jiān)視全站的運(yùn)行狀態(tài)、操作狀態(tài)過程和報(bào)警信息。

響應(yīng)LCU確認(rèn)后上送的模擬量越/復(fù)限、開關(guān)量狀變和監(jiān)控系統(tǒng)自診斷故障等各種事件，根據(jù)預(yù)置要求進(jìn)行語音、音響、簡報(bào)、事件一覽表登錄，自動推出相應(yīng)畫面和事故處理提示、畫面閃光和變色、打印事故追憶記錄等。

（2）控制與調(diào)節(jié)

運(yùn)行人員在控制臺向LCU發(fā)出各種控制調(diào)節(jié)命令，監(jiān)視操作全過程。操作命令可以包括以下幾種：機(jī)組啟、停，斷路器的合、分，輔助設(shè)備的啟、停等。

（3）報(bào)表統(tǒng)計(jì)

根據(jù)對機(jī)組運(yùn)行的管理需要，系統(tǒng)相應(yīng)地設(shè)置各機(jī)組運(yùn)行記錄表。報(bào)表統(tǒng)計(jì)包括發(fā)電機(jī)電量和溫度量、機(jī)組流量、水頭、機(jī)組的開停機(jī)時(shí)間等相關(guān)內(nèi)容。管理人員只要輸入相應(yīng)的起止日期，就可以查詢到該時(shí)段的機(jī)組運(yùn)行情況記錄和各機(jī)組的歷史運(yùn)行記錄，可以按年、臺、第次分別查詢相應(yīng)的項(xiàng)目。

（4）自診斷及冗余管理

當(dāng)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)及各種單元發(fā)生故障或發(fā)生錯誤時(shí)，自診斷程序能正確判斷出故障內(nèi)容、指出故障設(shè)備，以便迅速更換。當(dāng)主服務(wù)器故障時(shí)，能將控制權(quán)自動切換到備用服務(wù)器。

2.現(xiàn)地控制級LCU功能

水輪發(fā)電機(jī)組PLC采用兩機(jī)一屏的方式，共配置6臺發(fā)電機(jī)控制單元，5套閘門分別配置1臺PLC控制單元，其他部分共用1臺PLC控制單元。二站共配置6臺PLC控制單元，來實(shí)現(xiàn)對35kV變電所、水泵機(jī)組、清污機(jī)、供排水泵、電容柜等設(shè)備的實(shí)時(shí)控制。二站主機(jī)PLC采用五機(jī)一屏的方式，共配置3臺主機(jī)PLC控制單元，35kV變電所部分單獨(dú)使用1臺PLC控制單元，清污機(jī)配置1臺PLC控制單元，其他部分共用1臺PLC控制單元。

系統(tǒng)應(yīng)根據(jù)功能和作用，分別并入相應(yīng)的PLC控制單元內(nèi)。如：變電所及機(jī)組的保護(hù)信號，均有綜合保護(hù)裝置的通訊網(wǎng)口，通過通訊管理機(jī)的轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)上傳信號；各臺機(jī)組的開關(guān)信號、勵磁信號等均并接到對應(yīng)的主機(jī)控制單元上；機(jī)組的測溫系統(tǒng)先通過溫度傳感器采集，再通過通訊接口與對應(yīng)的控制單元連接；清污機(jī)、皮帶機(jī)、供排水泵、消防泵的開關(guān)信號及電接點(diǎn)壓力表等低壓系統(tǒng)均通過公用PLC控制單元上傳各種運(yùn)行參數(shù)和各類信號。

3.系統(tǒng)主要軟件

（1）操作系統(tǒng)

操作系統(tǒng)軟件選用Microsoft Windows 2003 server。

（2）監(jiān)控軟件

上位機(jī)監(jiān)控軟件采用國外成熟的WebAccess組態(tài)軟件平臺進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)，集成監(jiān)控軟件通過獲取以太網(wǎng)上的數(shù)據(jù)信號，集成各被控設(shè)備的監(jiān)視與控制。系統(tǒng)具有豐富的人機(jī)界面，提供給運(yùn)行人員友善的接口，操作簡單可靠，既能發(fā)揮多窗口的特點(diǎn)，又符合運(yùn)行人員的習(xí)慣。集成監(jiān)控圖形軟件具有數(shù)據(jù)采集與處理、實(shí)時(shí)監(jiān)控和視頻、數(shù)據(jù)庫管理、報(bào)警、制表打印、趨勢曲線、系統(tǒng)診斷、安全管理等功能。

（3）數(shù)據(jù)庫

數(shù)據(jù)庫使用SQL數(shù)據(jù)庫，通過ODBC的接口方式進(jìn)行存儲。

五、結(jié)語

二十世紀(jì)七八十年代前建成的水利樞紐工程基本都沒有自動化監(jiān)控系統(tǒng)，隨著我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)和科技水平的提高,對水利設(shè)施的管理水平提出了更高的要求，采用新技術(shù)、新設(shè)備對水利工程項(xiàng)目的設(shè)備與管理進(jìn)行現(xiàn)代化改造和智能化建設(shè)是歷史發(fā)展的必然趨勢,為了進(jìn)一步發(fā)揮樞紐工程的綜合利用效益，提高管理的決策水平，新建較大樞紐工程項(xiàng)目增加綜合自動化監(jiān)控信息系統(tǒng)是必不可少的■