南昌市朝陽1﹟電排站計算機監(jiān)控系統(tǒng)的設計與應用

戴蘆英

(南昌市水利規(guī)劃設計院，南昌 330009)

南昌市朝陽1﹟電排站地處昌南城區(qū)西部朝陽洲撫河故道左岸，位于南昌市西湖區(qū)桃花鎮(zhèn)內。電排站總裝機容量945 kW，4臺潛水貫流式機組。由南昌市朝陽洲變電站供電，采用一回10 kV電纜專線直配線路，長約1 km。南昌市朝陽1﹟電排站為朝陽二級排澇區(qū)的主要排澇站，承擔著南昌市朝陽區(qū)主要排澇任務，電排站的安全運行直接關系到朝陽區(qū)的各項事業(yè)發(fā)展，因此對電排站進行監(jiān)控和保護具有十分重要的意義。

電排站計算機監(jiān)控技術是利用現代電子技術、通信技術、計算機及網絡技術與電排站電氣設備相結合，將電排站在正常及事故情況下的監(jiān)測、控制、計量和防洪排澇管理部門的調度指令有機地融合在一起[1]，是一條提高電排站排澇功能的安全性、可靠性、方便性、靈活性、經濟性的有效途徑。

1 計算機監(jiān)控系統(tǒng)的設計

1.1 設計原則

整個系統(tǒng)按“無人值班、少人值守”原則設計，對電排站的運行和主要設備實施全面的自動監(jiān)測和控制，實現站內經濟運行、自動監(jiān)測，提高電排站安全運行水平、運行經濟效率、電能質量。具備與市防辦通訊，實現遠方集中監(jiān)控，為無人值班(少人值守)創(chuàng)造條件。選用開放式、全分布的系統(tǒng)結構，監(jiān)控系統(tǒng)軟件采用模塊化、結構化設計，保證系統(tǒng)的可擴性。各LCU的PLC能夠直接上網，能脫離主控級獨立運行。系統(tǒng)具有冗余容錯設計，響應速度快，可靠性和可用率高，可維護性好。

1.2 系統(tǒng)設計基本結構

系統(tǒng)采用分布式的結構設計，采用美國 GE公司9030PLC硬件平臺和iFIX監(jiān)控軟件平臺，其控制網絡主干為工業(yè)千兆以太網，中心交換機采用華為3COM的H3C S5600-26C千兆智能彈性交換機。系統(tǒng)由現地控制站和站級監(jiān)控層兩級組成，如圖1所示。該系統(tǒng)能滿足南昌市朝陽1#電排站站內設備及工藝參數的監(jiān)視和控制要求。生產操作人員可通過站級監(jiān)控層對電排站內生產設備進行集中監(jiān)控、調節(jié)和管理，可實現現地層的“無人值班”(少人值守)。

1.2.1 現地控制站

現地控制層的核心設備微機綜合保護裝置采用北海銀河的YH-B5300系列保護測控綜合裝置，PLC采用GE9030系列的高端364型CPU。根據控制功能需求，整個綜合自動化系統(tǒng)共設2個現地控制站及1塊公用設備屏。各現地控制站內微機綜合保護裝置通過內置的RS232/RS485通訊接口，以標準的MODUBS協議與PLC實現通訊。364型CPU內置了以太網口。通過該以太網口與中心交換機相連，各現地控制站與站級監(jiān)控層形成星形工業(yè)以太網結構，以實現高速數據通訊?，F地控制柜上設單獨的EVIEW MT觸摸屏，通過GE專用的SNP-X通訊協議與PLC通訊，實現就地監(jiān)視、操作。

圖1 系統(tǒng)結構圖

1.2.2 站級監(jiān)控層

站級監(jiān)控層設置在中央控制室。主要設備包括2套主機/操作員工作站、1套培訓/通訊工作站、1套網絡設備、1套GPS、1套逆變電源、1臺激光打印機、1套語音報警裝置、1套大屏幕投影儀。2套主機既是系統(tǒng)服務器，又是操作員工作站。采用冗余配置模式、具有冗余管理功能的iFIX SCADA雙監(jiān)控主機節(jié)點。正常情況下，兩個iFIX SCADA主機節(jié)點承擔各自的SCADA處理任務。當某個節(jié)點出現故障時，另一個節(jié)點將自動地、獨立地擔負全部監(jiān)控任務，故障排除后，無需進行脫機組態(tài)，自動恢復共享負載的運行方式。兩個iFIX SCADA節(jié)點既互為熱備用又獨立工作。

監(jiān)控軟件采用國際主流的GE公司iFIX3.5中文版監(jiān)控軟件。這是先進的計算機監(jiān)控軟件。圖形豐富，功能強大。其操作平臺基于WINDOWS NT/2000/XP。

2 計算機監(jiān)控系統(tǒng)的功能

南昌市朝陽1#電排站站電排站計算機監(jiān)控系統(tǒng)主要是實現對整個電排站的集中監(jiān)視和控制、記錄和管理以及系統(tǒng)的遠方監(jiān)控。

2.1 站級監(jiān)控層主要功能

1)數據采集和處理功能。具有從各現地控制單元和外部數據鏈路采集實時數據的能力，完成數據庫的刷新，并對采集來的數據進行分析、處理、計算，形成站級監(jiān)控及管理所需的數據。

2)人機接口功能，包括LCD顯示功能、打印記錄、各類操作控制命令的設定等，運行人員能通過人機接口設備監(jiān)視、控制和管理電排站運行設備，允許維護人員維護和配置計算機監(jiān)控系統(tǒng)。

3)控制與調節(jié)功能。包括電排站控制與運行調度方式的設定、電排站控制方式的轉換、電排站的控制與調節(jié)等。

4)通信功能。監(jiān)控系統(tǒng)通過以太網技術實現與排區(qū)信息管理中心的通信。

2.2 現地控制站主要功能

現地控制站作為整個電排站綜合自動化系統(tǒng)的重要設備，是整個電排站設備和裝置安全、穩(wěn)定運行的基礎?，F地控制站與生產過程直接聯系，采集信息，實現對生產過程的控制，同時能向站級監(jiān)控層計算機系統(tǒng)發(fā)送信息，并執(zhí)行站級監(jiān)控層計算機系統(tǒng)下達的控制命令。在與上級監(jiān)控層通訊中斷的狀態(tài)下，能夠獨立完成其監(jiān)控范圍內設備的實時數據采集處理、趨勢分析、設定值修改、設備操作等任務。它具有其監(jiān)控范圍內的完整數據庫，并帶有容錯、糾錯能力。

2.2.1 機組單元現地控制站功能

機組單元現地控制站(LCU1～LUC2)作為分布式系統(tǒng)的節(jié)點，由PLC、機組保護裝置、交直流雙電源供電裝置、觸摸屏等組成，每個機組LCU負責2臺潛水泵機組及其附屬設備的自動監(jiān)視與控制。主要功能如下:

數據采集和處理。包括模擬量和開關量的采集及處理。模擬量采集由機組綜合保護裝置實現，按掃查周期定時采集數據，存入輸入映像表中。同時通過MODBUS通訊協議，將數據實時傳送到PLC系統(tǒng)進一步處理。開關量采集由PLC系統(tǒng)直接完成。

安全運行監(jiān)視。包括狀態(tài)監(jiān)視、事件順序記錄與報警、越限檢查和過程監(jiān)視等，在現地控制站與上級監(jiān)控層通訊中斷的狀態(tài)下，仍然能完成區(qū)域內所有功能，保證機組的安全運行。

控制與操作。機組現地控制單元能進行現地啟?？刂?、自動完成緊急停機操作，也能接受站級監(jiān)控層的控制。在接受啟、停操作命令后，整個過程能自動完成，也能分步完成。在交流廠用電短時中斷時，機組現地控制單元能正常工作。

人機接口。機組LCU配置EVIEW的MT液晶觸摸屏作為人機交互的窗口。運行人員通過觸摸屏可以進行機組的啟、停，斷路器、隔離開關的分合等多種操作。對于操作中的錯誤或不合法的命令，LCU能拒絕控制命令的執(zhí)行。對合法的命令，顯示控制的過程及結果。LCU的操作顯示功能能保證與脫離上級監(jiān)控層的狀態(tài)下仍能獨立運行。

通信。各機組LCU與上級監(jiān)控層進行SRTP TCP/IP以太網通訊，能與區(qū)域內被控設備的綜合保護裝置進行MODBUS通信，與公用LCU的實施通信，并根據公用LCU采集的1OKV母線保護裝置相關信號，對被控高壓設備進行跳閘操作。

系統(tǒng)診斷?？蓪嵤C組現地控制單元硬件故障和軟件故障診斷，在線運行時，當檢測到故障，將故障部分的模件及性質上送上級監(jiān)控層，以便顯示、打印和報警。對于冗余模件，能自動切換到備用模件。

機組保護裝置功能。該裝置具有遙測、遙信功能，并裝設低電壓保護、過負荷保護、電流速斷保護、定時限過電流或負序過流保護、定時限零序過電流保護和過電壓保護等。且機組的交流電氣量(電動機的三相電流、有功功率、零序電流等)均由保護裝置采集完成。

2.2.2 開關站及公用單元現地控制站

開關站及公用機組單元現地控制站的主要監(jiān)控對象包括:2臺站變;2條10 kV進線;7臺清污機;所需監(jiān)控的閘門;直流電源系統(tǒng)等。其主要功能如下:

數據采集和處理。開關站及公用LCU采集被控對象的各種電氣量、開關量、模擬量及脈沖量等實時運行參數及運行狀態(tài)，并對采集的數據進行記錄、保存和檢查。對采集的數據進行分析、處理和計算，形成各種監(jiān)控及管理功能所需的數據，存入數據庫。

站變的保護裝置功能。本保護裝置具有遙測、遙信功能，并裝設電流速斷保護、定時限過電流保護、過負荷保護及定時限零序過電流保護。

全站后備保護。本保護裝置具有遙測、遙信功能，并裝設定時限過電流保護。

10 kV母線保護。本保護裝置具有遙測、遙信功能，并裝設單相接地保護、電流速斷保護和低電壓保護。

公用設備屏。公用設備屏主要完成朝陽1#電排站內的高壓系統(tǒng)站變、全站、兩回進線共5條回路的電力參數采集及全站64點溫度巡檢，共設置5臺多功能電力儀表及1臺64點溫度巡檢儀，其中多功能電力儀表采用江陰斯菲爾PDM-803產品，溫度巡檢儀采用北京九純健的JCJ500B產品，這些智能儀表在具備本地LED顯示功能的同時，均支持標準的RS232/RS485通訊功能，滿足電排站數據通訊要求。為減輕公用LCU中PLC系統(tǒng)的通訊負載，在公用設備屏專門配置一臺通訊管理機，該管理機下行以RS32/RS485的通訊方式采集多功能電力儀表及溫度巡檢儀的數據，上行通過以太網的方式與上級監(jiān)控層通訊。通訊管理機采用北海銀河的YH-B5501。通訊管理機采用嵌入式設計，采用嵌入式CPU、嵌入式實時多任務操作系統(tǒng)。帶16個RS232/RS485口、3個以太網口、1個調試接口以及1個GPS信息接受口。

其它功能。包括安全運行監(jiān)視、人機接口、通信功能、系統(tǒng)診斷等，這些方面的基本功能與機組LCU大致相同。

3 結語

計算機監(jiān)控是一個系統(tǒng)工程，它需要系統(tǒng)中各個部分如硬件、軟件、網絡結構、自動化執(zhí)行元件等有機組合，綜合考慮，它要充分利用計算機技術、網絡技術、通訊技術、冗余技術、抗干擾技術等等。南昌市朝陽1#電排站計算機監(jiān)控系統(tǒng)經過一段時間的試運行，運行情況良好，性能穩(wěn)定，很好地滿足了電排站的運行要求，為今后類似電排站的設計提供很好借鑒。

[1] 駱意.南昏電排站計算機監(jiān)控系統(tǒng)的設計及應用[J].湖南水利水電，2008，(2):81-83.

[2] 李家坤.計算機監(jiān)控系統(tǒng)在陸水電廠中的應用[J].黑龍江水專學報，2007，34(4):123-125.

[3] 蔡偉，劉泊.力控組態(tài)軟件在水廠自動化監(jiān)控系統(tǒng)中的應用[J]. 黑龍江水專學報，2006，33(4):108-110.