今日頭條
官方微信
官方抖音
案例頻道
1 工程概況
山東引黃供水工程位于山東省淄博市境內(nèi)，它由水庫泵站、凈水廠、配水廠、渠道管理處及管理局調(diào)度中心組成，共同擔(dān)負著配送淄博城市生活飲用水及工業(yè)用水的重要任務(wù)。水庫泵站有8臺離心式水泵（6臺1600kW電機，2臺1000kW電機，其中4臺為同步電機，4臺為異步電機），每臺水泵均配有相應(yīng)的輔機，兩臺主變、兩臺站變及水庫組成。泵站的1~3號主機抽水輸入水庫蓄水，4~8號主機抽水送到凈水廠，水經(jīng)過凈化后輸送到配水廠進行調(diào)配，當(dāng)黃河處于枯水期時，4~8號機從水庫抽水。
在市場經(jīng)濟大潮中，引黃供水工程已面向市場競爭，就水庫泵站的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢，迫切要求實現(xiàn)泵站的管理自動化，以確保泵站安全運行，降低能耗，提高機組效率。
水庫泵站微機監(jiān)控系統(tǒng)是一個典型的集散控制。集散系統(tǒng)（DCS）的主要特點是集中管理與分散控制，具有很強的自至性、協(xié)調(diào)性、靈活性和可靠性。
2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
為提高系統(tǒng)的可靠性和靈活性，本系統(tǒng)采用了分層分布式、以太網(wǎng)、串口通訊與現(xiàn)場總線相結(jié)合的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。整個系統(tǒng)從體系結(jié)構(gòu)上分二級：就地控制級和集中控制級。系統(tǒng)拓樸圖參見圖1。
2.1 就地控制級
水庫泵站監(jiān)控系統(tǒng)的第一級為就地控制級，由三套PLC、微機保護裝置、微機勵磁裝置及若干現(xiàn)場傳感器組成。PLC采用的日本KOYO公司生產(chǎn)的S系列產(chǎn)品，該PLC帶有兩個RS-485/232串口、一個Ethernet 接口，所有模板均有LED顯示指示運行狀態(tài)，具有很強的系統(tǒng)兼容性和優(yōu)越的性價比。
圖1 引黃供水工程監(jiān)控系統(tǒng)拓樸圖
三套PLC（每四臺機組及相應(yīng)的進出水閥、冷卻水閥、出水液控閥共用一套PLC，這樣8臺機組及相對應(yīng)的輔機設(shè)備用兩套PLC，主變、站變及降水井等其它輔機設(shè)備共用一套PLC）分別完成機組、進出線、站變及輔機設(shè)備的開停控制、數(shù)據(jù)采集、記錄存檔、處理分析等工作；對電機運行電量（電流、電壓、功率等）采用交流智能儀表進行數(shù)據(jù)的采集、顯示和傳送。非電量（水位、壓力、流量等）采用傳感設(shè)備經(jīng)AD-16V/I型模/數(shù)轉(zhuǎn)換模塊傳送至PLC的通訊模塊，電機溫度采用電機預(yù)埋的PT100熱電阻經(jīng)ADPT100-08型測溫模塊傳送至PLC的通訊模塊。
考慮到電機保護動作速度的要求，每套機組配置技術(shù)先進、工作穩(wěn)定可靠的電機綜合保護裝置，每臺同步電機配置勵磁裝置，采用微機進行控制調(diào)節(jié)。
集散式控制系統(tǒng)對機組和輔機分別進行獨立的控制和保護數(shù)據(jù)采集，這樣每套設(shè)備可獨立進行運行、控制，如出現(xiàn)失誤不會影響其它設(shè)備的正常運行，大大提高了系統(tǒng)的安全可靠性。現(xiàn)場傳感器與PLC之間采用RS-485通訊方式。
2.2 集中控制級
水庫泵站監(jiān)控系統(tǒng)的第二級為集中控制級。它位于中央控制室內(nèi)，該級由一臺監(jiān)控服務(wù)器和一臺工程師工作站及其它相關(guān)設(shè)備組成，采用主從機工作方式運行。該級計算機選用臺灣研華科技公司生產(chǎn)的IPC610 PⅢ850MHZ型工業(yè)控制機。
監(jiān)控服務(wù)器主要負責(zé)完成對現(xiàn)場設(shè)備的信號采集、運行控制、在線參數(shù)修改、故障報警、電機保護和勵磁同步；將采集的數(shù)據(jù)存入實時/歷史數(shù)據(jù)庫，制作各類動畫、數(shù)據(jù)顯示、操作票和運行報表；完成定時及召喚方式的報表打印。
監(jiān)控服務(wù)器還要完成與上級調(diào)度中心聯(lián)網(wǎng)功能，將泵站的有關(guān)數(shù)據(jù)和信息送往上級管理中心，以實現(xiàn)遠程監(jiān)測功能。
工程師工作站從監(jiān)控服務(wù)器采集數(shù)據(jù)，除控制功能外，其它功能與監(jiān)控服務(wù)器一樣。
保護設(shè)備、勵磁設(shè)備與集中控制級計算機之間采用RS-485方式，各PCL之間及PLC與計算機之間選用標(biāo)準(zhǔn)Ethernet接口方式通訊。
2.3 控制方式
為了保證整個泵站的安全可靠運行，控制方式分為順序控制、單步控制、現(xiàn)場手動控制三種。
選用順序控制方式時，系統(tǒng)使相關(guān)設(shè)備相互聯(lián)鎖，通過點擊畫面上的一個按鈕即可完成整個控制過程，所有執(zhí)行過程受程序控制；選用單步控制與手動方式時，不受系統(tǒng)聯(lián)鎖條件控制，各設(shè)備自身可進行獨立運行、日常維護等工作。后兩種方式區(qū)別在于單步控制是在微機上通過點擊畫面按鈕實現(xiàn)某個設(shè)備的控制（程序控制），而手動控制是在現(xiàn)場直接手動按鈕完成對設(shè)備的控制。
手動方式一般是在監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)生故障無法正常工作時應(yīng)急使用的。
3 上位機監(jiān)控軟件
3.1 監(jiān)控軟件簡介
監(jiān)控軟件采用國內(nèi)工業(yè)自動化比較成熟的控制軟件組態(tài)王―KingView。通過應(yīng)用實踐KingView能穩(wěn)定運行于WINDOWS 98/NT系統(tǒng)。采用組態(tài)軟件可以大大縮短上位機監(jiān)控軟件的開發(fā)周期。
組態(tài)王提供了靈活的面向?qū)ο蟮膭討B(tài)圖形功能以及豐富的圖形庫；具有實時和歷史數(shù)據(jù)趨勢曲線圖設(shè)置功能；支持OPC服務(wù)器/客戶機標(biāo)準(zhǔn)接口功能；提供眾多硬件設(shè)備的驅(qū)動程序，驅(qū)動程序采用COM及TCP/IP技術(shù)，適應(yīng)新潮流，速度更快；開放式的體系結(jié)構(gòu)，支持通過Microsoft的ODBC標(biāo)準(zhǔn)接口，訪問各種類型的數(shù)據(jù)庫，便于系統(tǒng)的綜合管理。
3.2 監(jiān)控軟件功能
(1) 近地數(shù)據(jù)采集與處理功能
系統(tǒng)采集泵站各種實時數(shù)據(jù)與狀態(tài)信號，進行必要的數(shù)據(jù)處理后存入當(dāng)?shù)貙崟r數(shù)據(jù)庫和歷史數(shù)據(jù)庫，同時在調(diào)度中心服務(wù)器建立實時數(shù)據(jù)庫和歷史數(shù)據(jù)庫。
(2) 遠程監(jiān)測功能
本文簡單介紹三種遠程監(jiān)測的實現(xiàn)方法。
水庫泵站通過光纖與凈水廠、配水廠和管理局調(diào)度中心以局域網(wǎng)相聯(lián)實現(xiàn)資源共享。
由于凈水廠和配水廠監(jiān)控系統(tǒng)的上位機監(jiān)控軟件選用的是SIEMENS公司的WinCC 監(jiān)控軟件。要求實現(xiàn)不同監(jiān)控軟件系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)共享，而WinCC和KingView均支持 OPC Server/Client接口標(biāo)準(zhǔn)。借助Microsoft的DCOM技術(shù)，OPC提供了高性能遠程數(shù)據(jù)訪問功能。在WinCC和KingView軟件中通過新建OPC服務(wù)器定義OPC連接。在WinCC和KingView以O(shè)PC連接作為連接設(shè)備定義對應(yīng)變量就可實現(xiàn)雙方所有變量的共享。下一步就是利用OPC變量制作畫面顯示數(shù)據(jù)，與使用本地變量一樣。
當(dāng)上位機監(jiān)控軟件不支持OPC通用接口技術(shù)，又要實現(xiàn)與不同的監(jiān)控軟件的監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)遠程資源共享時，可使用建立ODBC數(shù)據(jù)源連接數(shù)據(jù)庫的方式，把所要共享的數(shù)據(jù)以分鐘為更新單位在數(shù)據(jù)庫中更新。
在整個局域網(wǎng)系統(tǒng)均采用組態(tài)王為監(jiān)控軟件時，一種方法是利用組態(tài)王提供的聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控運行功能，如同本系統(tǒng)采用主從機運行方式，從機可以多臺，從機可以分布在網(wǎng)絡(luò)的任何位置，但主從機均要安裝監(jiān)控軟件。另一種是只要在監(jiān)控服務(wù)器上安裝KingView For Internet版本，在客戶機可直接利用標(biāo)準(zhǔn)瀏覽器通過網(wǎng)絡(luò)瀏覽Web頁面實現(xiàn)遠程實時監(jiān)測。這種以Web技術(shù)為核心的Internet使管控一體化系統(tǒng)更接近客戶，更接近應(yīng)用，更有利于網(wǎng)絡(luò)的進一步擴展，是當(dāng)今信息系統(tǒng)發(fā)展趨勢的主流。
(3) 統(tǒng)計與計算功能
分別以年、月、日為單位統(tǒng)計泵站運行數(shù)據(jù)，包括站內(nèi)各臺主機運行臺時數(shù)、天數(shù)、開停次數(shù)、用電量、站總用電量、站總抽水水量、站總運行臺時和站平均抽水效率。
以年、月為單位進行事故事件及設(shè)備運行事件統(tǒng)計。
(4) 畫面顯示
畫面顯示是微機監(jiān)控系統(tǒng)的主要功能。畫面調(diào)用將允許自動及召喚方式實現(xiàn)。
? 系統(tǒng)圖類
主要有主接線圖、泵剖面圖、油系統(tǒng)圖、氣系統(tǒng)圖、供排水系統(tǒng)圖。
? 曲線圖類
通過數(shù)據(jù)庫調(diào)用，把水位、流量、濁度等模擬量制作成歷史趨勢曲線的形式供用戶查詢。
? 表格類
包括各類信息統(tǒng)計表及各類運行報表等。
? 操作控制類
控制泵站進出線、主機及輔機等設(shè)備；對同步電機進行勵磁調(diào)節(jié)以實現(xiàn)同步運行；在線修改運行參數(shù)。
? 運行指導(dǎo)類
系統(tǒng)內(nèi)提供“幫助”菜單，給出詳盡的運行指導(dǎo)，包括監(jiān)控系統(tǒng)使用方法、系統(tǒng)操作指導(dǎo)畫面、各類提示信息等。
(5) 系統(tǒng)自檢和自動重啟動
系統(tǒng)具有自檢功能：包括軟件任務(wù)超時處理及過程通道故障檢測。當(dāng)監(jiān)控主機故障（包括內(nèi)存、磁盤、I/O及CPU等的故障和軟件任務(wù)執(zhí)行異常等）時，能自動重新啟動。軟件超時能實現(xiàn)功能軟件的故障自動啟動。通道檢測包括對I/O過程通道在線自動檢測，檢測的內(nèi)容有通道數(shù)據(jù)有效性、合理性判斷，故障點自動查找及故障自動報警等功能。
(6) 系統(tǒng)安全保障
安全保護是監(jiān)控系統(tǒng)不可忽視的問題，系統(tǒng)對現(xiàn)場用戶可設(shè)置不同的操作權(quán)限，只有具有一定操作權(quán)限的用戶才能
圖2 PLC軟件結(jié)構(gòu)圖
進行控制設(shè)備及其它重要操作。有效避免無關(guān)人員誤控制。
3.2 PLC程序設(shè)計
S系列的PLC可編程控制器提供功能強大的、先進的指令系統(tǒng)。三套PLC與集中控制級計算機通過標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)通訊。編程工具采用DirectSOFT2.3軟件，由于采用了Ethernet接口方式通訊，使PLC與上位計算機的通訊速率達到了19.2kbps，這將大大提高控制命令下載和現(xiàn)場數(shù)據(jù)更新的速度。
PLC程序按照模塊化結(jié)構(gòu)編寫，主要分為開關(guān)量采集模塊、溫度測量模塊、電機開機聯(lián)動模塊、電機關(guān)機聯(lián)動模塊、主輔機單步控制模塊、報警信號模塊等功能模塊。功能模塊的設(shè)計采用PLC調(diào)用子程序功能來完成，使整個程序清晰、直觀，有利于在調(diào)試過程中修改程序及提高程序可讀性。PLC1與PLC2結(jié)構(gòu)相似，三套PLC模塊結(jié)構(gòu)參見圖2。
為了提高水庫泵站機組設(shè)備運行的安全性、可靠性，電機在自動開機過程中設(shè)置操作員兩次操作，由操作員先發(fā)出準(zhǔn)備自動開機的命令，完成打開進、出水閥及冷卻水閥的任務(wù)，待閥全部打開有示流信號時，得到操作員確認后，發(fā)出合電機斷路器命令，電機合閘后，自動完成打開出水液控閥。關(guān)機過程只需操作員發(fā)出一個停機命令即可，程序先自動分電機斷路器，后關(guān)閉出水液控閥，再同步關(guān)閉冷卻水閥和進、出水閥。
輔機單步控制模塊是針對水庫泵站現(xiàn)場需調(diào)節(jié)出水液控閥開度控制出水母管壓力，從而控制電機流量；同時在設(shè)備檢修時，為每個設(shè)備單獨運行檢測提供方便。
本系統(tǒng)已在現(xiàn)場穩(wěn)定運行了半年多時間，明顯的提高了泵站的綜合自動化程度，達到預(yù)期目的，取得了較大的社會和經(jīng)濟效益。
北京市公安局海淀分局備案號：11010802023656號