關鍵字：防洪閘 組態(tài)軟件 LCU單元 PLC
1、引言
隨著計算機技術的飛速發(fā)展，監(jiān)控系統(tǒng)在水利綜合應用方面的使用日趨廣泛，從老泵站的自動化改造，到新泵站的無人值班（少人值守）設計，監(jiān)控系統(tǒng)起著決定性的作用。泵站計算機監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展，一方面與計算機技術的發(fā)展密切相關，而另一方面，水利綜合應用對新技術、新產(chǎn)品的需求越來越高，特別是改革開放以來，“無人值班（少人值守）”新概念的提出，使泵站計算機監(jiān)控技術的水平不斷發(fā)展。
監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)展到現(xiàn)在，大致經(jīng)歷了以下三個階段：
第一階段是以常規(guī)控制為主、計算機為輔的計算機輔助控制系統(tǒng)（CASC）。
第二階段是計算機監(jiān)控和常規(guī)控制并存的系統(tǒng)（CCSC）。
第三階段是以計算機控制為基礎的監(jiān)控系統(tǒng)（CBSC）。
CCSC一般用于老泵站的改造，考慮系統(tǒng)可靠性及常規(guī)系統(tǒng)還能發(fā)揮作用。但這種方式增加了閉鎖和擴展等中間環(huán)節(jié)，加重了改造的工作量，無形中也增加了系統(tǒng)故障的幾率。而隨著計算機監(jiān)控在泵站的廣泛應用，新上的泵站已不再考慮這種模式，而采用完全計算機控制的CBSC系統(tǒng)。
計算機監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展是與計算機、網(wǎng)絡技術的發(fā)展密切相關的，按照監(jiān)控系統(tǒng)各部分的功能分布和組成方式，監(jiān)控系統(tǒng)的結構可分為以下兩類：
一是集中控制方式。這種方式采用星形接線，由一臺或兩臺計算機完成對所有被控設備的遠方集中控制和監(jiān)視。
二是采用開放、分層分布式系統(tǒng)。整個系統(tǒng)從結構上分為兩級，主控級和現(xiàn)地控制單元級，現(xiàn)地控制單元級負責數(shù)據(jù)采集、設備的保護和控制調(diào)節(jié)操作的實施，主控級則注重于統(tǒng)計分析和全泵站性的控制。
2、系統(tǒng)組成設計
首先我們來了解一下我們要控制的對象—－－2臺主機組、2個防洪閘、2個拍門、2個快速閘門和公用設備。黃麻涌泵站是新建的泵站，包括排澇和引水兩種功能，其整體設計按無人值班（少人值守）考慮，采用開放、分層分布式系統(tǒng)結構。操作站組態(tài)軟件選用美國GE公司產(chǎn)品IFIX3.5軟件，腳本為面向對象的VB編程。全廠所有的機組控制設備PLC（可編程控制器）采用法國施耐德公司的產(chǎn)品，黃麻涌泵站計算機監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡拓撲結構如圖1所示，網(wǎng)絡采用光纖以太網(wǎng)結構，傳輸速率為100Mbps。系統(tǒng)從網(wǎng)絡結構上分為主控級、現(xiàn)地控制單元級兩層。主控級控制層由兩臺主操作站組成。兩臺主操作站負責完成全廠的運行監(jiān)視和控制操作任務，互為備用，不會因任何一臺發(fā)生故障而引起系統(tǒng)誤動作，完全實現(xiàn)了無擾動切換的要求，操作界面是我公司用工控領域廣泛應用的漢化系統(tǒng)IFIX3.5軟件再次開發(fā)的MT-3000軟件?，F(xiàn)地控制單元級控制層由公用、1#機組、2#機組控制屏組成，每個控制屏包括一塊法國施耐德觸摸屏（XBTG5230）和一臺可編程控制器（法國施耐德Premium系列），觸摸屏跟主操作站的界面相比功能相對要少很多，提供了相關的電氣信號和報警，還可以做到即使主控級控制層發(fā)生故障，仍可通過現(xiàn)地控制單元級控制層上的觸摸屏監(jiān)控系統(tǒng)，通過對軟按鍵的操作可以對機組、公用設備進行操作和監(jiān)視。機組的可編程控制器能與機組繼電保護系統(tǒng)進行通信，公用設備的可編程控制器能與母聯(lián)回路繼電保護系統(tǒng)、10KV進線回路繼電保護系統(tǒng)、近區(qū)變及近區(qū)線路保護系統(tǒng)、廠用變繼電保護系統(tǒng)、潤滑油控制系統(tǒng)、技術供水系統(tǒng)、消防供水控制系統(tǒng)、檢修排水控制系統(tǒng)、廠區(qū)排水控制系統(tǒng)、低壓氣機控制系統(tǒng)進行通信。可編程控制器的程序設計成具有自診斷功能，提高了維護人員作業(yè)效率，同時也有利于設備的安全運行。
（圖1）網(wǎng)絡結構圖
3、系統(tǒng)配置設計
3．1主控級
? 2臺操作員工作站：雙機冗余熱備,可任選其中1臺作為主控計算機運行,完成監(jiān)視和控制,另1臺作熱備用。機型為DELL公司的380系列工控機，三星彩色液晶顯示器為21”TFT。
? 1臺打印計算機和3臺A3打印機
? UPS電源系統(tǒng)：采用梅蘭日蘭Comet S31系列， 容量15kVA，后備時間1h，供全站計算機監(jiān)控系統(tǒng)和輔助設備監(jiān)控系統(tǒng)使用。輸入：380V±15%，輸出：220±1%。共設5面柜，其中1面主機柜、3面電池柜、1面配電柜，系統(tǒng)采用雙回路供電，一主一備，設置30回出線。
? 可刻寫光盤設備和語音報警系統(tǒng)
主控級操作站組態(tài)軟件選用美國GE公司產(chǎn)品IFIX3.5軟件，腳本為面向對象的VB編程。內(nèi)嵌VBA,具有自己的內(nèi)部函數(shù)，又有廣泛的VB函數(shù)，功能擴展更為有利。支持雙向OPC，支持所有類型的ActiveX、OLE，對不健全的控件所引發(fā)的錯誤進行保護，對控件的屬性操作完全控制。主控級自動采集和處理泵站設備的運行參數(shù)，信號類型如下：
電氣量：計算各機組及輸電線路三相電流不平衡度，全站各機組有功功率總和、無功功率總和計算，全站總有功功率總和、無功功率總和計算。
電度量：單臺機組、單回輸電線路的年用電及用電有功、無功電量的分時累加， 全站年總用電量，廠用電總用電量及線路總用電量的分時累加，主變及全廠主變年總有功損耗、總無功損耗，全站年廠用電率，在給定的時間間隔內(nèi)（如當班或某時段等）的全站總用電量和總用電量的分時累加。
非電量：主控級自動從各現(xiàn)地控制單元采集各非電量，供數(shù)據(jù)分析和定期制表打印。對每臺機組計算實時過機流量及效率，并計算日、月、年的平均效率。
數(shù)字量：主控級自動從各現(xiàn)地控制單元采集各數(shù)字量，掌握主、輔設備動作情況，收集報警信息。
3．2現(xiàn)地控制單元級
現(xiàn)地控制單元級包括3個現(xiàn)地控制單元，每個現(xiàn)地控制單元均以Modicon-Premium系列PLC為控制核心，采用10.4”彩色觸摸屏作為人機界面。PLC為模塊化結構，具有以太網(wǎng)模塊，可直接連接100Mbps以太網(wǎng)，可靠性高。3個現(xiàn)地控制單元各2個電控柜，布置在機旁，用于公用設備和2臺機組的數(shù)據(jù)采集、處理和開停機控制。現(xiàn)地控制單元通過232/485轉換接口采用Modbus通訊協(xié)議完成與微機保護單元、測量單元的通訊。防洪閘、拍門、快速閘門等設備通過各種自動化元件如壓力變送器、溫度傳感器、電磁閥、示流信號器等經(jīng)現(xiàn)地端子箱轉接后引入LCU的I/O模塊。設置獨立于PLC，硬布線的緊急停機按鈕、手動開機按鈕、開/關電磁閥按鈕作為備用，以便在緊急情況和調(diào)試期手動開機時使用?，F(xiàn)地控制單元的核心控制器實現(xiàn)可有多種選擇；應用較多的有可編程控制器（PLC）和工業(yè)模糊控制器兩種，然而比較穩(wěn)定可靠適應惡劣環(huán)境的還是可編程控制器。目前在國內(nèi)應用的可編程控制器廠家和主要型號有：
1、美國AB公司的RSLogix500，CONTROL LOGIX系列；
2、美國通用GE公司的90-70系列，90-30系列；
3、德國西門子公司的S7-300系列，S7-400系列；
4、法國施耐德公司的PREMIUM系列，TWD系列。
在工控領域被廣泛使用的可編程控制器中，我們根據(jù)性價比等多方面考慮后，決定在黃麻涌泵站計算機監(jiān)控系統(tǒng)中的現(xiàn)地控制單元中選用施耐德公司的PLC，根據(jù)系統(tǒng)要求的特點，兩個系列PREMIUM、TWD用于各個現(xiàn)地位置。
PREMIUM系列CPU模塊支持以太網(wǎng)的廣播方式通信，支持浮點運算32位處理器，處理器主頻為166MHz，IEC程序的布爾指令處理速度為0.15ms/k，離散輸入輸出點可以達到1000點，支持高速計數(shù)模塊、運動模塊；系統(tǒng)的程序內(nèi)存可高達256K，系統(tǒng)的運行內(nèi)存SRAM高達4M；模塊化結構，支持熱插拔,通信和擴充能力好，單個CPU可以支持多達8個網(wǎng)絡通信模塊，具有強大的網(wǎng)絡通訊功能，支持多種通訊規(guī)約：TCP/IP以太網(wǎng)，Unitelway，Modbus，Modbus Plus，F(xiàn)IPWAY，F(xiàn)IPIO，AS-i，Interbus-s。PLC的編程軟件PL7可以運行于Windows2000/Xp下的 支持IEC方式編程；支持四種編輯語言——功能塊、梯形圖、順序圖以及結構文本。
TWD系列CPU模塊支持以太網(wǎng)的廣播方式通信，離散輸入輸出的可以達到256點，具有網(wǎng)絡通訊功能，支持多種通訊規(guī)約：TCP/IP以太網(wǎng)，Unitelway，Modbus，。PLC的編程軟件可以運行于Windows2000X下；支持編輯語言有：梯形圖和指令表兩種編程語言。
[作者簡介] 周云樹 男 29歲 國防科學技術大學 計算機及應用專業(yè) 2001年畢業(yè) 2002年開始至今一直從事電力、水利行業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)的設計及維護工作。
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