葉江南

(黑龍江省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院，哈爾濱 150080)

文章編號：1007-7596(2015)12-0044-03

海棠泵站微機(jī)綜合自動化設(shè)計(jì)方案

葉江南

(黑龍江省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院，哈爾濱 150080)

泵站微機(jī)綜合自動化系統(tǒng)由主控級(泵站級)和現(xiàn)地控制級組成分布系統(tǒng)，主控級和現(xiàn)地控制級采用交換式以太網(wǎng)通信。局域網(wǎng)按IEEE802.3設(shè)計(jì)，通信規(guī)約采用 TCP/IP，網(wǎng)絡(luò)的傳輸速率≥100Mbps，通信介質(zhì)為屏蔽雙絞線。中央控制主站各設(shè)2套主機(jī)兼操作員工作站，互為備用，負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)和管理主控級和現(xiàn)地控制單元的工作、收集有關(guān)信息并作相應(yīng)處理和存儲。自動化系統(tǒng)采用UPS供電。主要電氣設(shè)備控制分為3級，現(xiàn)場手動控制、PLC控制、監(jiān)控中心遙控3種模式，其優(yōu)先順序?yàn)槭謩印LC、遙控。監(jiān)控軟件采用國際上成熟的組態(tài)軟件平臺進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)，提供豐富的人機(jī)界面。 數(shù)據(jù)庫軟件為過程數(shù)據(jù)服務(wù)的實(shí)時(shí)關(guān)系型數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，可用它便利地生成和修改數(shù)據(jù)庫文件，并制作成報(bào)表。

控制系統(tǒng)軟件和PLC；現(xiàn)地LCU；測控保護(hù)裝置；視頻監(jiān)視系統(tǒng)

0 前 言

根據(jù)水系工程總體布置，2#水閘位于支河C北端，支河D與藤橋西河之間。從該處具體情況看，2#路與南側(cè)支河D距離較近，泵閘主體應(yīng)適當(dāng)北移布置，使其主體結(jié)構(gòu)避開2#路跨河橋，這樣可避免與橋梁的相互影響，便于橋梁與泵閘的運(yùn)行管理。另外，2#水閘主要功能是擋住藤橋西河的洪水，引外海海水入支河C以促進(jìn)水體交換，故從擋洪的角度看，在滿足功能要求的前提下，宜盡量布置在靠近藤橋西河河口處，以縮短閘外側(cè)擋洪構(gòu)筑物的長度，減小沿線防汛壓力；由此，2#水閘布置于2#路以北的河道上。3#泵閘的平面位置根據(jù)工程總體布置，位于主河A北端。根據(jù)防洪線位置及周邊情況，泵閘位置擬適當(dāng)南移。

1 設(shè)計(jì)原則

設(shè)計(jì)原則共有8項(xiàng)：

1)本自動化系統(tǒng)以可靠性、開放性、經(jīng)濟(jì)性、先進(jìn)性為原則。

2)檢測儀表選用國內(nèi)外同類的主流產(chǎn)品；現(xiàn)場控制采用PLC及操作員終端；中央監(jiān)控管理級采用工控機(jī)及控制操作界面。所有設(shè)備選擇均應(yīng)符合環(huán)境及使用要求，并符合規(guī)定的電氣、工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

3)主要水利設(shè)備的控制分遙控、現(xiàn)場、手動3種控制模式。

4)本系統(tǒng)配備攝像監(jiān)視系統(tǒng)，進(jìn)行圖像監(jiān)視和傳送，直觀安全地管理及運(yùn)行。

5)先進(jìn)性：在方案設(shè)計(jì)與設(shè)備選型上，選擇技術(shù)先進(jìn)、可靠、成熟的產(chǎn)品，使本系統(tǒng)達(dá)到國內(nèi)先進(jìn)，行業(yè)一流的水平。系統(tǒng)運(yùn)行管理和操作簡單、高效，設(shè)計(jì)切合實(shí)際需求。

6)擴(kuò)展性：自動化系統(tǒng)應(yīng)具有良好的上下兼容性，各接口均配用標(biāo)準(zhǔn)性、通用性強(qiáng)的設(shè)備。當(dāng)更新更先進(jìn)的產(chǎn)品時(shí)，應(yīng)具有兼容性和成套性。

7)安全性：設(shè)置多級操作密碼和軟件安全功能，確保本系統(tǒng)安全可靠地通過網(wǎng)絡(luò)與上級各系統(tǒng)相聯(lián)。

8)互連性：本系統(tǒng)應(yīng)能接受并執(zhí)行上層管理中心的調(diào)度指令，選型產(chǎn)品應(yīng)具有良好的上下兼容性。

2 檢測儀表

主要包括4個(gè)方面的內(nèi)容：

2.1 電量監(jiān)測

3#泵閘電量監(jiān)測采用微電腦智能型監(jiān)測儀，并通過通訊接口經(jīng)現(xiàn)場總線將數(shù)據(jù)及信息傳輸?shù)焦迷O(shè)備PLC站。

在10 kV總開關(guān)柜、聯(lián)絡(luò)柜、主電機(jī)柜及變壓器柜上設(shè)置微機(jī)型一體化智能裝置，在低壓進(jìn)線柜內(nèi)設(shè)置多功能電力測量儀表，用于實(shí)時(shí)采集高、低壓配電系統(tǒng)的電氣監(jiān)測數(shù)據(jù)信息。

主水泵運(yùn)行工作電壓、三相工作電流等參數(shù)由配套控制柜經(jīng)現(xiàn)場總線送至各水泵PLC分站。

2.2 液位檢測

1)2#節(jié)制閘采用超聲波液位計(jì)檢測水閘兩側(cè)河道內(nèi)的液位。

2)3#泵閘采用超聲波液位計(jì)檢測泵閘各工藝節(jié)點(diǎn)的液位。

在泵站的內(nèi)、外河側(cè)集水井各設(shè)1套超聲波液位儀，檢測內(nèi)、外河的水位高度。液位檢測值(4～20mA信號)送至公用設(shè)備PLC分站。

在閘站的上、下游各設(shè)一套超聲波液位儀，液位檢測值(4～20mA信號)送至公用設(shè)備PLC分站。在閘門開啟過程中可根據(jù)閘門上、下游所測的水位來控制節(jié)制閘的開啟過程。

2.3 開度檢測

節(jié)制閘設(shè)2套閘門開度儀，用于檢測閘門開度，檢測信號送至公用設(shè)備PLC分站，參與節(jié)制閘門的啟閉控制。每臺水泵前后的快速閘門均設(shè)置閘門開度儀，檢測閘門開度，與主水泵聯(lián)動運(yùn)行。

2.4 水泵機(jī)組綜合監(jiān)測

3#泵閘每臺水泵各設(shè)7套溫度傳感器(一套兩只)，分別用于監(jiān)測水泵導(dǎo)軸承溫度、推力軸承溫度、電機(jī)前后軸承溫度、電機(jī)三相繞組溫度等；設(shè)一套轉(zhuǎn)速傳感器，用于監(jiān)測電機(jī)轉(zhuǎn)速。各泵檢測信號送送至水泵PLC分站，實(shí)現(xiàn)溫升等故障報(bào)警及斷電保護(hù)。潛水電機(jī)監(jiān)測裝置(包括：溫度、泄露、絕緣等)隨水泵配套提供。

3 控制系統(tǒng)

1)2#節(jié)制閘控制系統(tǒng)由一套PLC控制。

2)3#泵閘控制系統(tǒng)由一個(gè)中央監(jiān)控主站和3個(gè)現(xiàn)場控制站(3臺主水泵1個(gè)，公用設(shè)備1個(gè)，變電所1個(gè))組成。中央監(jiān)控主站和電力監(jiān)控分站均設(shè)于管理用房，水泵PLC控制分站、公用PLC設(shè)于泵房。

泵站微機(jī)綜合自動化系統(tǒng)由主控級(泵站級)和現(xiàn)地控制級組成分布系統(tǒng)，主控級和現(xiàn)地控制級采用交換式以太網(wǎng)通信。局域網(wǎng)按IEEE802.3設(shè)計(jì)，通信規(guī)約采用TCP/IP，網(wǎng)絡(luò)的傳輸速率≥100Mbps，通信介質(zhì)為屏蔽雙絞線[1]。

3.1 現(xiàn)場控制站

1#現(xiàn)場控制站(水泵控制分站)設(shè)于水泵房，對應(yīng)負(fù)責(zé)主水泵的監(jiān)測和控制以及各水泵前后快速閘門的聯(lián)動啟閉控制。

2#現(xiàn)場控制站(公用設(shè)備控制分站)設(shè)于水泵房內(nèi)，負(fù)責(zé)技術(shù)排水系統(tǒng)的監(jiān)測和控制。

3#現(xiàn)場控制站(電力監(jiān)測控制分站)設(shè)于低壓配電間內(nèi)，實(shí)現(xiàn)10 kV、0.4 kV開關(guān)柜開關(guān)位置以及變壓器的溫度監(jiān)測，直流屏運(yùn)行狀況監(jiān)測，采集各開關(guān)柜中測量裝置檢測信號。

雖然目前為止普京對政黨體制的改革取得了一定的成效，但其諸項(xiàng)改革大體看來均為自上而下貫行，俄政黨自身存在的問題也就仍未能從根源解決。在諸多問題間，格外突出的是各政黨間權(quán)利不平等的問題。從學(xué)界與政界通識來看，各政黨及其黨派理念之間的良性競爭乃是多黨制的生機(jī)所在，然而普京在位期間俄國家杜馬的大多數(shù)席位皆被作為政權(quán)黨的統(tǒng)一俄羅斯黨占據(jù)了，非政權(quán)黨在俄現(xiàn)今政黨制度環(huán)境下淪為了國家當(dāng)局政權(quán)的陪襯性依托，俄羅斯議會作為各政治派別力量競爭、政權(quán)角逐平臺的應(yīng)有之義也失去了，相較于西方國家，本就脆弱的俄羅斯多黨制亦因此變得更為名不符實(shí)。

每個(gè)現(xiàn)場控制站設(shè)置一套具有邏輯控制功能、故障自診斷和自切換功能的小型PLC控制器、操作員終端及輔助設(shè)備，能按要求或提供的參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)，提供所屬設(shè)備運(yùn)行的聯(lián)動、聯(lián)鎖和控制，提供設(shè)備的閉環(huán)運(yùn)行控制，運(yùn)行(遙控/現(xiàn)場/手動)模式的切換。通過數(shù)字通訊將相關(guān)的診斷維護(hù)信息送往中央監(jiān)控主站，并接受上位計(jì)算機(jī)下載的數(shù)據(jù)，作為調(diào)節(jié)和控制的依據(jù)。上級計(jì)算機(jī)可以實(shí)時(shí)監(jiān)測現(xiàn)場站的全部運(yùn)行信息，通過管理員權(quán)限設(shè)定控制現(xiàn)場主要設(shè)備的起動和停止[2]。各現(xiàn)場控制站均配置彩色觸摸屏操作員終端，通過RS—485接口實(shí)現(xiàn)與PLC的信息交換，操作人員在現(xiàn)場可通過觸摸屏上的按鈕、指示器等，直觀地進(jìn)行控制操作。各現(xiàn)場控制站電源進(jìn)線處設(shè)置過電壓保護(hù)裝置，能抑制和吸收電力網(wǎng)絡(luò)中的暫態(tài)浪涌電壓和能量，保障PLC屏及其它主要設(shè)備免受過電壓的沖擊，確保電氣設(shè)備的安全正常運(yùn)行。

3.2 中央監(jiān)控主站

3#泵閘中央控制主站各設(shè)2套主機(jī)兼操作員工作站，互為備用，負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)和管理主控級和現(xiàn)地控制單元的工作、收集有關(guān)信息并作相應(yīng)處理和存儲。系統(tǒng)自動化系統(tǒng)采用UPS供電，滿足監(jiān)控系統(tǒng)供電。

當(dāng)UPS交流輸入電壓下降或超過規(guī)定的輸入電壓±50%時(shí)，UPS不應(yīng)發(fā)生任何損壞，為防止感應(yīng)雷對通信網(wǎng)絡(luò)的襲擊，設(shè)置信號避雷器確?？刂葡到y(tǒng)安全。

3.3 監(jiān)控系統(tǒng)軟件

監(jiān)控軟件采用國際上成熟的組態(tài)軟件平臺進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)，提供豐富的人機(jī)界面。 數(shù)據(jù)庫軟件為過程數(shù)據(jù)服務(wù)的實(shí)時(shí)關(guān)系型數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，可用它便利地生成和修改數(shù)據(jù)庫文件，并制作成報(bào)表。

4 設(shè)備控制

本工程主要電氣設(shè)備控制分為3級，現(xiàn)場手動控制、PLC控制、監(jiān)控中心遙控3種模式，其優(yōu)先順序?yàn)槭謩印LC、遙控。

節(jié)制閘的人工手動操作通過液壓系統(tǒng)現(xiàn)場控制柜上操作按鈕實(shí)現(xiàn)，現(xiàn)場控制柜面板上設(shè)自動/手動轉(zhuǎn)換開關(guān)。一般情況下由PLC配合攝像監(jiān)視系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對節(jié)制閘門的啟閉操作，并進(jìn)行監(jiān)測及保護(hù)操作過程。在必要情況下可實(shí)現(xiàn)PLC根據(jù)閘門上、下游水位或依據(jù)水力模型試驗(yàn)成果預(yù)設(shè)的程序自動調(diào)整水閘的啟閉與開關(guān)度。

4.2 水泵控制

水泵配套控制柜操作面板上設(shè)自動/手動轉(zhuǎn)換開關(guān)。手動狀態(tài)下，操作人員通過控制柜面板上的按鈕控制水泵運(yùn)行；自動狀態(tài)下，由各相應(yīng)的水泵PLC控制分站接受上級調(diào)度命令，控制水泵的開、停。

4.3 閘門控制

進(jìn)水閘門、檢修閘門的手動操作均通過液壓系統(tǒng)現(xiàn)場控制柜上操作按鈕實(shí)現(xiàn)，控制柜面板上設(shè)手動/自動轉(zhuǎn)換開關(guān)。自動狀態(tài)下，則由各相應(yīng)的水泵PLC控制分站與水泵的運(yùn)行聯(lián)動控制閘門開閉，并監(jiān)測閘門的狀態(tài)。

5 攝像監(jiān)視系統(tǒng)

1)2#節(jié)制閘視頻監(jiān)視系統(tǒng)含4個(gè)視頻監(jiān)視點(diǎn)，即在節(jié)制閘內(nèi)/外河側(cè)、節(jié)制閘閘門處各設(shè)置一套全數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)，各個(gè)攝像機(jī)的視頻和控制信號利用電纜傳輸至泵站中控室(嵌入式數(shù)字硬盤錄像機(jī))，中控室內(nèi)設(shè)置視頻控制主機(jī)兼作硬盤錄像機(jī)。

2)3#泵閘攝像部分采用目前流行的新技術(shù)——數(shù)碼攝像系統(tǒng)，它含7個(gè)攝像巡視點(diǎn)，即在泵房、節(jié)制閘內(nèi)/外河側(cè)、節(jié)制閘閘首、控制室、管理區(qū)等處各設(shè)置一套一體化彩色24倍變焦高速球機(jī)；控制室內(nèi)設(shè)置二套視頻控制主機(jī)兼硬盤錄像機(jī)。視頻控制系統(tǒng)可切換各個(gè)攝像機(jī)畫面，一套主要用于監(jiān)視泵房內(nèi)水泵運(yùn)行，另一用于監(jiān)視各閘門及其他輔助設(shè)備。根據(jù)職責(zé)授予不同的權(quán)限和控制優(yōu)先級，可以在圖像監(jiān)控工作站上顯示所調(diào)看的圖像。預(yù)防因各種可能引起的故障，保證泵閘的安全運(yùn)行。該系統(tǒng)采用先進(jìn)的音視頻采集、壓縮與數(shù)字網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)，集計(jì)算機(jī)與通信、音視頻與多媒體技術(shù)于一體，在需要時(shí)可通過服務(wù)器接口，將本系統(tǒng)視頻信號送至上級監(jiān)控中心。

6 電話通訊系統(tǒng)

為便于對外聯(lián)系工作，2#節(jié)制閘管理區(qū)和3#泵閘管理區(qū)內(nèi)各設(shè)置一套20門數(shù)字程控電話交換機(jī)，共有對外四對中繼線?？倷C(jī)間設(shè)在管理樓內(nèi)，包括電源、后備電池、整流裝置、話務(wù)機(jī)及傳真機(jī)。3#泵閘管理區(qū)中央監(jiān)控主站控制室內(nèi)設(shè)置2門電話，其余電話將按需分配到管理樓各樓層。配置一套對講系統(tǒng)，供運(yùn)行操作人員使用。

7 防雷接地系統(tǒng)

圖像監(jiān)視系系統(tǒng)應(yīng)滿足防止感應(yīng)雷擊的要求，為徹底消除雷電引起的系統(tǒng)毀壞，應(yīng)對系統(tǒng)的電源引入、戶外攝像機(jī)及其線纜等方面采取有效的防雷措施，保證雷電對系統(tǒng)的破壞降到最低極限。本工程配置避雷過電壓保護(hù)裝置，以防雷電引起雷電波的反擊或侵入直接威脅電氣系統(tǒng)安全。電源、視頻數(shù)據(jù)、控制信號等接口部分，均應(yīng)該配置相應(yīng)的避雷器。應(yīng)結(jié)合網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及設(shè)備配置，配套提供完整的防雷設(shè)備。本工程采用聯(lián)合接地，保護(hù)接地、工作接地與防雷接地、電氣接地采用共用接地裝置，接地電阻≤1Ω；自控、攝像、廣播系統(tǒng)設(shè)獨(dú)立屏蔽接地系統(tǒng)，接地電阻≤1Ω，并與保護(hù)接地分開。

8 設(shè)備選型

1) 現(xiàn)場儀表的選型應(yīng)考慮可靠、穩(wěn)定、重現(xiàn)性好、維修量小的原則，以適合水利系統(tǒng)的工作環(huán)境；所有現(xiàn)場儀表控制裝置、攝像系統(tǒng)均考慮防雷保護(hù)及接地措施，確保設(shè)備及人身安全。

2)計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、攝像監(jiān)視系統(tǒng)以及相應(yīng)設(shè)備等均選用目前國內(nèi)外同類的主流產(chǎn)品。

[1]丁毓山 南俊星．微機(jī)保護(hù)與綜合自動化系統(tǒng)[M].北京：中國水利水電出版社，2002：11-15.

[2]崔明．變電站與水電站綜合自動化：21世紀(jì)農(nóng)村電氣化小水電實(shí)用技術(shù)叢書[M].北京：中國水利水電出版社，2005：66-70.

2015-08-19

葉江南(1981-)，男，福建壽寧人，工程師。

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