計算機監控系統在JATIGEDE大壩中的應用

王 學 明, 蒲 小 勇

(中國水利水電第十工程局有限公司,四川 成都 610072)

1 概 述

JATIGEDE大壩位于印度尼西亞西爪哇省雙木丹縣境內的Cimanuk河流上，主要由大壩、溢洪道、灌溉洞、取水口等水工建筑物組成；大壩為黏土心墻堆石壩，壩高110 m，壩頂長度為1 668 m，水庫正常蓄水位高程為260 m，總庫容10.6億m3。

業主要求采用計算機監控系統[1]對大壩的水力機械設備進行自動監控[2]，其作用為：

(1)對大壩泄洪閘門、灌溉供水閘門、發電取水閘門、廊道排水泵、大壩通風-照明系統進行自動控制和操作；

(2)對水庫水位和壩體的滲透性、變形、位移、穩定性等運行參數自動進行實時監測；

(3)對大壩運行參數自動進行分析和處理，確保大壩運行的安全性；

(4)實時發出故障提示菜單、燈光和音響信號，為維修提供方便；

(5)生成大壩運行報表，方便查詢閘門開度的大小、庫區水位的高低、壩體形變等運行參數[2]。

2 計算機監控系統技術方案的設計

2.1 方案設計的宗旨

方案設計的基本參數為：數字量輸入點144個 ；數字量輸出點48個； 模擬量輸入點64個 ； 交流采樣點5個。為此，設計需遵循以下原則：(1)按“少人值守”的原則進行總體設計；(2)各控制單元之間可相互進行數據傳輸和通信；(3)所配置的軟、硬件高度可靠、冗余，局部故障不影響其它設備的正常運行；(4)按分層、全分布、全開放網絡結構進行設計；(5)系統實時性好，抗干擾能力強，適應水庫現場環境；(6)畫面、色彩、文字、操作界面等的設計需人性化。

2.2 系統結構設計

系統硬、軟件采用三級控制的星型光纖以太網架構(圖1)。

第一級為主控級設備。包括操作員工作站、工程師工作站、雅加達遠程工作站、通訊服務器兼ON-CALL工作站配置1臺DELL四核高性能臺式計算機。

第二級為中轉控制級設備。在大壩控制中心配置2套PLC控制單元、人機接口單元、通訊管理機、網絡交換機。

第三級為執行控制級設備。對于包括8套大壩閘門、2套排水泵、8臺風機、照明系統及其它需要被監控的設備等分別配置PLC控制單元、人機接口單元；此外，為大壩的4個監測站配置了5套數據自動采集裝置。

圖1 印度尼西亞JATIGEDE大壩計算機控制網絡圖

2.3 主要硬件設備的配置

2.3.1 主控級

選用DELL型號為Precision Tower 5810的四核高性能臺式計算機工作站。

2.3.2 中轉控制級

(1)大壩控制中心：選用施耐德公司的M340系列PLC模塊。

(2)人機接口單元PMI：選用施耐德公司的XBT- GT5330型彩色液晶觸摸屏。

2.3.3 執行控制級

(1)現場就地控制：選用施耐德公司的P57系列PLC模塊。

(2)人機接口單元：選用施耐德公司的GC-4408W型彩色液晶觸摸屏。

(3)大壩監測站PLC單元：具體配置為英國Soil公司的CR1000型48通道數據自動采集計算機；AVW200型振弦式模塊； NL121 Ethernet型通信模塊。

2.4 主要系統軟件配置

系統配置的軟件需滿足以下要求[3]：

(1)成熟的標準化軟件，應具有豐富的運行經驗，滿足并能實現技術條款中要求的各項功能；

(2)各類軟件需互相匹配并分工協作；

(3)程序編寫簡單，設置方便，軟件之間的數據應做到相互共享；

(4)要求應用軟件以最小的修改實現在不同系統間的移植，主要軟件配置情況見表1。

表1 主要軟件配置清單表

*表1中由南電雙新公司開發的POWERSCADA-3000監控系統平臺軟件和通用電氣公司研發的IFIX5.8組態軟件最為重要。

3 系統結構具有的特點[4、5]

3.1 智能性

采用單模光纖將當地水文站、氣象站、地震觀測站與大壩中控室聯結，系統能依據庫區水位、水文站監測到的入庫流量、氣象站監測到的降雨量及風力風向、地震觀測站監測到的地震等級及地震烈度等基本參數進行綜合邏輯判斷，生成大壩泄洪閘門的開啟/關閉時間、順序、數量及開度的程序指令，發出指令自動開啟/關閉溢洪道閘門，確保大壩運行的安全性，從而達到少人或無人值班的要求。

3.2 模擬性

由于采用了POWERSCADA-3000監控系統平臺軟件和IFIX5.8組態軟件，使被監控物體的實時狀態如閘門啟閉狀態、液壓油壓力情況、油缸行程、電源參數、排水泵及通風和照明運行狀態等均可被模擬顯示于工作站的四核臺式計算機上，操作控制過程亦被模擬在計算機上，畫面色彩逼真，方便運行人員了解現場實況。

3.3 報表輸出

由于安裝了表1中的CR1000大壩監測軟件和LoggerNet監測控制軟件、IFIX5.8組態軟件等各種軟件，系統可自動生成大壩運行報表、庫區水位報表、閘門開度報表、大壩形變監測報表，并可輸出打印報表。

3.4 趨勢性

由于安裝了IFIX5.8組態軟件，系統能根據報表情況自動生成庫區水位變化趨勢線、大壩形變和滲漏狀態趨勢線，當趨勢線將要越限時自動燈光閃爍報警以提示運行人員，從而為相關專業工程師分析大壩運行狀態提供依據。

3.5 遠程監控

由于系統安裝了Proficy Webspace4.8網頁發布應用軟件、POWERSCADA-3000監控系統平臺軟件、IFIX5.8組態軟件，業主可以在幾百、上千公里外通過專用寬帶網絡遠程監控大壩現場的各種設施。此外，通過安裝在手機上的Hik-connect海康瀏覽軟件，業主的關鍵人員可以在任何時間場合監視和控制大壩攝像頭，了解大壩的實時狀態。

3.6 響應特性

(1)大壩控制中心。由于大壩監控中心工作站采用了4臺DELL四核高性能臺式計算機和功能強大的控制軟件，故其響應速度快，數據采集響應時間≤5 s；人機通信時間≤ 1 s；動態數據更新時間為1～3 s；報警響應時間<2 s。

(2) 現地控制單元。由于現場控制單元采用的是施耐德公司的標準PLC模塊、觸摸屏和英國SOIL公司標配的智能采集裝置以及配套的各類軟件，故其響應速度亦很快，模擬量采集周期：電量≤1 s；非電量≤2 s；數字量采集周期<1 s；控制命令應答<1 s；反饋<1 s。

3.7 延展性

使用標準化的MS SQL數據庫作為歷史數據庫，在不修改系統程序的情況下可以方便地實現通訊規約的加入，避免新的通訊規約加入引起程序結構的改變，便于系統擴展。

3.8 兼容性及開放性

采用標準的組態軟件IFIX5.8，可支持多個PLC、儀表等產品聯網，便于系統擴充升級。采用通用軟件MS SQL關系型數據庫和EXECL/PB報表工具，可以方便用戶掌握二次開發。施耐德公司的Quantum支持Modbus通用標準協議，PLC與前端智能設備可以直接進行通信。

3.9 可靠性

系統中任何設備發生故障均不影響其它設備的正常運行，同時也不會造成被控設備的誤動、聯動性故障。

3.10 可維護性

采用通用電氣元件，可以使用其自帶的自診斷、故障尋找程序自動尋找故障位置；其具有便于試驗和隔離故障的斷開點，模塊可帶電插拔的特點，從而提高了硬件的替換能力。

3.11 安全性

采用分布式系統結構并建有閉鎖條件庫；命令、軟件分析具有完善的防錯、糾錯功能，進行檢索、校核以防止不合理的或非法的命令輸入；重要設備的PLC、模塊、控制電源等采用雙重冗余配置，可實現快速無干擾自動切換；傳輸介質采用單模光纖和計算機屏蔽電纜以提高系統的抗干擾性。

4 技術與經濟性的綜合評價

JIATIGEDE大壩在采用計算機監控系統后，實現了大壩泄洪閘門、灌溉供水閘門、發電取水閘門、集水井排水泵、廊道通風-照明系統的就地、集中、遠程自動控制，并對運行過程、當前狀態進行實時監控，達到了大壩運行少人值守的目的；自動監測庫區水位、壩體的形變、壓力、滲透等運行參數并生成走勢曲線，為工程師分析大壩的穩定性、水庫水位變化提供依據；自動生成故障菜單，為維修人員提供參考，降低了故障診斷和處理時間。該系統的使用產生了極大的轟動效應，印度尼西亞國家總統、部長等到項目考察后給予了高度的評價，提高了Sinohydro的知名度，創造了可觀的經濟效益和社會效益。