關(guān)鍵字：防洪閘 組態(tài)軟件 LCU單元 PLC
1、引言
隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，監(jiān)控系統(tǒng)在水利綜合應(yīng)用方面的使用日趨廣泛，從老泵站的自動(dòng)化改造，到新泵站的無(wú)人值班（少人值守）設(shè)計(jì)，監(jiān)控系統(tǒng)起著決定性的作用。泵站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展，一方面與計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展密切相關(guān)，而另一方面，水利綜合應(yīng)用對(duì)新技術(shù)、新產(chǎn)品的需求越來(lái)越高，特別是改革開(kāi)放以來(lái)，“無(wú)人值班（少人值守）”新概念的提出，使泵站計(jì)算機(jī)監(jiān)控技術(shù)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(gè)階段：
第一階段是以常規(guī)控制為主、計(jì)算機(jī)為輔的計(jì)算機(jī)輔助控制系統(tǒng)（CASC）。
第二階段是計(jì)算機(jī)監(jiān)控和常規(guī)控制并存的系統(tǒng)（CCSC）。
第三階段是以計(jì)算機(jī)控制為基礎(chǔ)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(kuò)展等中間環(huán)節(jié)，加重了改造的工作量，無(wú)形中也增加了系統(tǒng)故障的幾率。而隨著計(jì)算機(jī)監(jiān)控在泵站的廣泛應(yīng)用，新上的泵站已不再考慮這種模式，而采用完全計(jì)算機(jī)控制的CBSC系統(tǒng)。
計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展是與計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展密切相關(guān)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(jié)構(gòu)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(tái)或兩臺(tái)計(jì)算機(jī)完成對(duì)所有被控設(shè)備的遠(yuǎn)方集中控制和監(jiān)視。
二是采用開(kāi)放、分層分布式系統(tǒng)。整個(gè)系統(tǒng)從結(jié)構(gòu)上分為兩級(jí)，主控級(jí)和現(xiàn)地控制單元級(jí)，現(xiàn)地控制單元級(jí)負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采集、設(shè)備的保護(hù)和控制調(diào)節(jié)操作的實(shí)施，主控級(jí)則注重于統(tǒng)計(jì)分析和全泵站性的控制。
2、系統(tǒng)組成設(shè)計(jì)
首先我們來(lái)了解一下我們要控制的對(duì)象—－－2臺(tái)主機(jī)組、2個(gè)防洪閘、2個(gè)拍門、2個(gè)快速閘門和公用設(shè)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(shè)計(jì)按無(wú)人值班（少人值守）考慮，采用開(kāi)放、分層分布式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。操作站組態(tài)軟件選用美國(guó)GE公司產(chǎn)品IFIX3.5軟件，腳本為面向?qū)ο蟮腣B編程。全廠所有的機(jī)組控制設(shè)備PLC（可編程控制器）采用法國(guó)施耐德公司的產(chǎn)品，黃麻涌泵站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示，網(wǎng)絡(luò)采用光纖以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)，傳輸速率為100Mbps。系統(tǒng)從網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)上分為主控級(jí)、現(xiàn)地控制單元級(jí)兩層。主控級(jí)控制層由兩臺(tái)主操作站組成。兩臺(tái)主操作站負(fù)責(zé)完成全廠的運(yùn)行監(jiān)視和控制操作任務(wù)，互為備用，不會(huì)因任何一臺(tái)發(fā)生故障而引起系統(tǒng)誤動(dòng)作，完全實(shí)現(xiàn)了無(wú)擾動(dòng)切換的要求，操作界面是我公司用工控領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的漢化系統(tǒng)IFIX3.5軟件再次開(kāi)發(fā)的MT-3000軟件?，F(xiàn)地控制單元級(jí)控制層由公用、1#機(jī)組、2#機(jī)組控制屏組成，每個(gè)控制屏包括一塊法國(guó)施耐德觸摸屏（XBTG5230）和一臺(tái)可編程控制器（法國(guó)施耐德Premium系列），觸摸屏跟主操作站的界面相比功能相對(duì)要少很多，提供了相關(guān)的電氣信號(hào)和報(bào)警，還可以做到即使主控級(jí)控制層發(fā)生故障，仍可通過(guò)現(xiàn)地控制單元級(jí)控制層上的觸摸屏監(jiān)控系統(tǒng)，通過(guò)對(duì)軟按鍵的操作可以對(duì)機(jī)組、公用設(shè)備進(jìn)行操作和監(jiān)視。機(jī)組的可編程控制器能與機(jī)組繼電保護(hù)系統(tǒng)進(jìn)行通信，公用設(shè)備的可編程控制器能與母聯(lián)回路繼電保護(hù)系統(tǒng)、10KV進(jìn)線回路繼電保護(hù)系統(tǒng)、近區(qū)變及近區(qū)線路保護(hù)系統(tǒng)、廠用變繼電保護(hù)系統(tǒng)、潤(rùn)滑油控制系統(tǒng)、技術(shù)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(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行通信?？删幊炭刂破鞯某绦蛟O(shè)計(jì)成具有自診斷功能，提高了維護(hù)人員作業(yè)效率，同時(shí)也有利于設(shè)備的安全運(yùn)行。
（圖1）網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖
3、系統(tǒng)配置設(shè)計(jì)
3．1主控級(jí)
? 2臺(tái)操作員工作站：雙機(jī)冗余熱備,可任選其中1臺(tái)作為主控計(jì)算機(jī)運(yùn)行,完成監(jiān)視和控制,另1臺(tái)作熱備用。機(jī)型為DELL公司的380系列工控機(jī)，三星彩色液晶顯示器為21”TFT。
? 1臺(tái)打印計(jì)算機(jī)和3臺(tái)A3打印機(jī)
? UPS電源系統(tǒng)：采用梅蘭日蘭Comet S31系列， 容量15kVA，后備時(shí)間1h，供全站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)和輔助設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)使用。輸入：380V±15%，輸出：220±1%。共設(shè)5面柜，其中1面主機(jī)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(shè)置30回出線。
? 可刻寫光盤設(shè)備和語(yǔ)音報(bào)警系統(tǒng)
主控級(jí)操作站組態(tài)軟件選用美國(guó)GE公司產(chǎn)品IFIX3.5軟件，腳本為面向?qū)ο蟮腣B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(kuò)展更為有利。支持雙向OPC，支持所有類型的ActiveX、OLE，對(duì)不健全的控件所引發(fā)的錯(cuò)誤進(jìn)行保護(hù)，對(duì)控件的屬性操作完全控制。主控級(jí)自動(dòng)采集和處理泵站設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)，信號(hào)類型如下：
電氣量：計(jì)算各機(jī)組及輸電線路三相電流不平衡度，全站各機(jī)組有功功率總和、無(wú)功功率總和計(jì)算，全站總有功功率總和、無(wú)功功率總和計(jì)算。
電度量：?jiǎn)闻_(tái)機(jī)組、單回輸電線路的年用電及用電有功、無(wú)功電量的分時(shí)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(shí)累加，主變及全廠主變年總有功損耗、總無(wú)功損耗，全站年廠用電率，在給定的時(shí)間間隔內(nèi)（如當(dāng)班或某時(shí)段等）的全站總用電量和總用電量的分時(shí)累加。
非電量：主控級(jí)自動(dòng)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(duì)每臺(tái)機(jī)組計(jì)算實(shí)時(shí)過(guò)機(jī)流量及效率，并計(jì)算日、月、年的平均效率。
數(shù)字量：主控級(jí)自動(dòng)從各現(xiàn)地控制單元采集各數(shù)字量，掌握主、輔設(shè)備動(dòng)作情況，收集報(bào)警信息。
3．2現(xiàn)地控制單元級(jí)
現(xiàn)地控制單元級(jí)包括3個(gè)現(xiàn)地控制單元，每個(gè)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(jī)界面。PLC為模塊化結(jié)構(gòu)，具有以太網(wǎng)模塊，可直接連接100Mbps以太網(wǎng)，可靠性高。3個(gè)現(xiàn)地控制單元各2個(gè)電控柜，布置在機(jī)旁，用于公用設(shè)備和2臺(tái)機(jī)組的數(shù)據(jù)采集、處理和開(kāi)停機(jī)控制。現(xiàn)地控制單元通過(guò)232/485轉(zhuǎn)換接口采用Modbus通訊協(xié)議完成與微機(jī)保護(hù)單元、測(cè)量單元的通訊。防洪閘、拍門、快速閘門等設(shè)備通過(guò)各種自動(dòng)化元件如壓力變送器、溫度傳感器、電磁閥、示流信號(hào)器等經(jīng)現(xiàn)地端子箱轉(zhuǎn)接后引入LCU的I/O模塊。設(shè)置獨(dú)立于PLC，硬布線的緊急停機(jī)按鈕、手動(dòng)開(kāi)機(jī)按鈕、開(kāi)/關(guān)電磁閥按鈕作為備用，以便在緊急情況和調(diào)試期手動(dòng)開(kāi)機(jī)時(shí)使用?，F(xiàn)地控制單元的核心控制器實(shí)現(xiàn)可有多種選擇；應(yīng)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(yīng)惡劣環(huán)境的還是可編程控制器。目前在國(guó)內(nèi)應(yīng)用的可編程控制器廠家和主要型號(hào)有：
1、美國(guó)AB公司的RSLogix500，CONTROL LOGIX系列；
2、美國(guó)通用GE公司的90-70系列，90-30系列；
3、德國(guó)西門子公司的S7-300系列，S7-400系列；
4、法國(guó)施耐德公司的PREMIUM系列，TWD系列。
在工控領(lǐng)域被廣泛使用的可編程控制器中，我們根據(jù)性價(jià)比等多方面考慮后，決定在黃麻涌泵站計(jì)算機(jī)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(diǎn)，兩個(gè)系列PREMIUM、TWD用于各個(gè)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(diǎn)運(yùn)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(diǎn)可以達(dá)到1000點(diǎn)，支持高速計(jì)數(shù)模塊、運(yùn)動(dòng)模塊；系統(tǒng)的程序內(nèi)存可高達(dá)256K，系統(tǒng)的運(yùn)行內(nèi)存SRAM高達(dá)4M；模塊化結(jié)構(gòu)，支持熱插拔,通信和擴(kuò)充能力好，單個(gè)CPU可以支持多達(dá)8個(gè)網(wǎng)絡(luò)通信模塊，具有強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)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(yùn)行于Windows2000/Xp下的 支持IEC方式編程；支持四種編輯語(yǔ)言——功能塊、梯形圖、順序圖以及結(jié)構(gòu)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(dá)到256點(diǎn)，具有網(wǎng)絡(luò)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(yùn)行于Windows2000X下；支持編輯語(yǔ)言有：梯形圖和指令表兩種編程語(yǔ)言。
[作者簡(jiǎn)介] 周云樹 男 29歲 國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué) 計(jì)算機(jī)及應(yīng)用專業(yè) 2001年畢業(yè) 2002年開(kāi)始至今一直從事電力、水利行業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及維護(hù)工作。
（轉(zhuǎn)載）
