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        南水北調睢寧二站工程自動化系統(tǒng)設計

        2014-03-26 08:25:16耿海峰
        機電工程技術 2014年4期
        關鍵詞:睢寧信息管理系統(tǒng)泵站

        張 占,耿海峰

        (1.江蘇省駱運水利工程管理處,江蘇宿遷 223800;2.江蘇省徐州市水務局,江蘇徐州 221000)

        1 工程概況

        南水北調東線一期工程睢寧二站工程(以下簡稱睢寧二站工程)位于徐州市睢寧縣沙集鎮(zhèn)境內的徐洪河輸水線上,工程主要任務是與泗洪泵站、邳州泵站一起,通過徐洪河輸水線向駱馬湖輸水100 m3/s,與中運河共同滿足向駱馬湖調水275 m3/s的目標。

        泵站工程安裝4臺套2600HDQ20-9立式混流泵(含備機1臺),葉輪直徑2 600 mm,單機設計流量20 m3/s,總裝機流量為80 m3/s,配4臺套TL3000-40/3250型立式同步電機,單機功率3 000 kW,總裝機容量12 000 kW。采用肘形進水流道、虹吸式出水流道、真空破壞閥斷流,采用液壓調節(jié)機構調節(jié)流量。

        2 設計主要工作內容

        睢寧二站工程自動化系統(tǒng)主要包括泵站和變電所的所有微機監(jiān)控、視頻監(jiān)視、信息管理系統(tǒng)以及管理所信息管理系統(tǒng)與睢寧一站、二站信息交換等。

        3 自動化系統(tǒng)設計原則

        (1)按照“無人值班、少人值守”方案進行設計,既可實現(xiàn)站內監(jiān)控,又能實現(xiàn)遠程監(jiān)控。

        (2)系統(tǒng)總體框架采用分層、分布、模塊式體系結構,各層之間通過以太網或現(xiàn)場總線進行信息傳輸和資源共享,以便于軟硬件的維護、擴展和升級。

        (3)充分考慮系統(tǒng)的實時性、響應速度、抗干擾能力、可適應性、可利用率高、可維護性,先進靈活便于擴充性能。

        (4)為提高監(jiān)控系統(tǒng)可靠性,系統(tǒng)具有冗余容錯設計,重要的單元或模件采取冗余配置的方式。

        (5)軟件采用模塊化、結構化設計,保證系統(tǒng)的可擴性,滿足功能增加及規(guī)模擴充的需要。

        4 自動化系統(tǒng)的組成與結構

        睢寧二站工程自動化系統(tǒng)主要由計算機監(jiān)控系統(tǒng)、視頻監(jiān)視系統(tǒng)、泵站信息管理系統(tǒng)三個子系統(tǒng)組成,如圖1所示。

        計算機監(jiān)視系統(tǒng)對泵站主機組、公用及輔機、高低壓配電設備的運行進行監(jiān)控,并提供設備運行統(tǒng)計、操作指導等輔助功能,如圖2所示。

        視頻監(jiān)視系統(tǒng)對工程主要部分進行實時圖像監(jiān)視,并具有歷史圖像信息查詢等功能,輔助工程安全運行及管理,如圖3所示。

        信息管理系統(tǒng)構建泵站運行管理單位辦公局域網的硬件平臺,完成生產運行和管理信息的存儲和發(fā)布,并提供數據查詢和外傳的接口,如圖4所示。

        5 自動化系統(tǒng)的設備組成

        5.1 計算機監(jiān)控系統(tǒng)設備的組成

        圖1 自動化系統(tǒng)網絡結構拓撲圖

        圖2 計算機監(jiān)控系統(tǒng)拓撲圖

        圖3 視頻監(jiān)控系統(tǒng)拓撲圖

        圖4 信息管理系統(tǒng)拓撲圖

        該系統(tǒng)主要由以下設備組成:5套PLC控制柜(1、2號主機PLC柜、3、4號主機PLC柜、公用PLC柜、輔機PLC柜、110 kV配電設備PLC柜)、1套 主 變 保 護 柜 (RCS-9671CS、RCS-9681CS、RCS-9661CS)、1套綜合測控柜(PSL-621D、RCS-9705C、RCS-9703C)、1套機架式服務器柜(服務器柜內包括歷史數據庫服務器、WEB發(fā)布服務器、信息管理系統(tǒng)服務器、站內交換機、信息系統(tǒng)交換機、防火墻、網絡隔離及GPS對時等設備)、1套直流系統(tǒng)(包括電池柜、直流電源柜及逆變電源柜)、1套電力通訊系統(tǒng)設備、6套保護裝置(包括4套機組保護、10 kV進線保護及10 kV站變保護各一套)等。

        5.2 視頻監(jiān)視系統(tǒng)組成

        該系統(tǒng)主要由以下設備組成:2臺16路視頻主機、1套矩陣控制系統(tǒng)、3臺網絡硬盤錄像機、1套投影儀、1套120"電動投影屏幕、4臺52寸液晶等離子電視機、25套彩色固定攝像機(攝像頭分別安置于:冷水機組2只、葉片調節(jié)裝置2只、聯(lián)軸器層4只、水泵層2只、供水泵房2只、GIS室1只、主變室1只、消防控制室1只、低壓室1只、高壓室1只、設備間6只、勵磁變室1只、繼電保護室1只)、4套彩色一體化球機(攝像頭分別安置于:主廠房、真空破壞閥室、控制室及控制室門廳各1只)、3套紅外一體化球機安裝及調試(攝像頭分別安置于:上游、下游及清污機)、3套三合一防雷器、1套視頻網絡交換機(用于網絡視頻傳輸)、1套視頻柜(包括:視頻主機、硬盤錄像機、視頻矩陣、視頻交換機等設備)。

        5.3 信息管理系統(tǒng)設備組成

        該系統(tǒng)主要由以下設備組成:1套管理應用服務器、1套數據發(fā)布服務器、1套網絡設備、8臺網絡終端計算機、1套打印機、1套UPS電源、1套投影儀、1套120"電動投影屏幕、1套會議音響系統(tǒng)、1套電話交換機、20門電話機。

        6 自動化系統(tǒng)軟件

        6.1 監(jiān)控軟件組成

        睢寧二站計算機監(jiān)控系統(tǒng)的軟件主要由系統(tǒng)軟件、支持軟件、數據庫軟件、通信軟件及應用軟件組成。

        (1)系統(tǒng)軟件主要指操作系統(tǒng)軟件,操作系統(tǒng)主要有WINDOWS2008、LINUX等。針對各類操作系統(tǒng)監(jiān)控平臺的特點,考慮到系統(tǒng)的安全可靠及調度運行方便,本系統(tǒng)采用了支持跨平臺的監(jiān)控軟件,即對于操作員工作站等功能節(jié)點,采用通用的WINDOWS及LINUX操作系統(tǒng),既解決了系統(tǒng)的穩(wěn)定、可靠的問題,又解決了運行操作簡便的問題。

        (2)支持軟件主要包含軟件開發(fā)平臺、實用軟件及工具軟件等。

        (3)數據庫軟件包含實時數據庫和歷史數據庫兩部分,實現(xiàn)各種數據的管理。其中商用數據庫采用Wonderware公司的Historian Server大型數據庫軟件。

        (4)應用軟件采用Intouch組態(tài)軟件,由應用軟件平臺及在平臺上二次開發(fā)的軟件組成,主要包括上位機監(jiān)控軟件平臺及二次開發(fā)軟件、PLC編程軟件及二次開發(fā)軟件、觸摸屏編程軟件及二次開發(fā)軟件、通信管理裝置編程軟件及二次開發(fā)軟件、局域網數據庫管理軟件等。

        6.2 上位機監(jiān)控軟件

        6.2.1 軟件組成及功能分配

        上位機監(jiān)控軟件功能:數據采集及處理、報警記錄顯示和打印、監(jiān)控與調節(jié)、人機接口、語音、文字信息發(fā)布及查詢、系統(tǒng)服務管理、診斷及維護、雙機切換、時鐘同步,分布于上位機系統(tǒng)的各節(jié)點中。

        (1)主機兼操作員工作站:主要完成數據采集處理及轉發(fā)、提供與運行人員的人機接口,實現(xiàn)運行監(jiān)視與控制操作,語音報警等。

        (2)歷史服務器:主要完成歷史數據的存儲、統(tǒng)計與管理。

        (3)調度通信服務器:實現(xiàn)與電力調度中心的通信。

        (4)WEB服務器:布置在局域網內,實現(xiàn)監(jiān)控畫面、報表、曲線發(fā)布至局域網內瀏覽。

        (5)局域網數據庫管理:布置在局域網內,實現(xiàn)數據的統(tǒng)計管理,按照南水北調自動化技術要求,進行相關運行臺時、流量、電量累計計算、統(tǒng)計水位水文信息等并進行存儲。

        6.2.2 人機界面設計

        畫面按照國家規(guī)范及工程特點進行設計、開發(fā),既要滿足系統(tǒng)功能要求,又盡可能美觀。

        6.2.3 上位機通信程序設計

        (1)上位機與PLC通信

        上位機與PLC通信采用信箱方式通信,主要有以下優(yōu)點:

        各種交換數據分類存儲,且長度可變,便于PLC程序的組織,節(jié)省PLC寄存器空間;

        增加了特征碼字段,提高了上位機通信的準確性、可靠性;

        流程報警事件等信文上送,能準確了解I/O信號的動作次序及故障原因。

        (2)與其他系統(tǒng)通信程序設計

        上位機系統(tǒng)的通信服務器負責與電力調度進行通信。通信的規(guī)約一般采用IEC60870-104規(guī)約。通信鏈路傳輸采用平衡和非平衡兩種傳輸方式。由主站啟動的傳輸服務,采用非平衡傳輸方式。

        6.3 LCU監(jiān)控軟件

        6.3.1 PLC監(jiān)控軟件設計

        監(jiān)控系統(tǒng)泵站LCU PLC選用施耐德公司的Unity Quantum系列。采用施耐德公司Unity Pro編程軟件進行PLC監(jiān)控軟件的開發(fā)。泵站監(jiān)控系統(tǒng)控制的對象主要有水泵、電機、高低壓開關、輔機等。PLC監(jiān)控軟件在統(tǒng)一的架構下,完成不同控制對象的監(jiān)控。軟件由主程序、初始化程序、數據采集程序、事件記錄、通信程序、控制流程及管理等主要模塊組成。

        6.3.2 觸摸屏監(jiān)控軟件

        觸摸屏采用邁思德公司邁馳組態(tài)軟件平臺進行觸摸屏程序的開發(fā),觸摸屏程序采用模塊化、標準化思路設計開發(fā)。畫面美觀、層次清晰、監(jiān)視操作功能安全可靠。主要包括主畫面、I/O量實時監(jiān)視畫面、控制操作畫面、報警畫面等,能實現(xiàn)本LCU的所有監(jiān)視與控制功能。

        6.3.3 SJ30通信管理裝置通信軟件

        SJ-30通訊管理裝置嵌入了LINUX操作系統(tǒng),LINUX為用戶提供了很豐富的編程調試和版本控制工具(如:kbuilder、gdb、ddd等等)。

        SJ-30通訊管理裝置支持任一通訊口獨立編程,為通訊口編程提供了簡潔、完備的產品庫函數,可以快速擴充新的通訊驅動程序。通訊驅動程序需在開發(fā)機上編譯,下載到SJ-30通訊管理裝置后執(zhí)行。用戶可以通過網絡聯(lián)接進行遠程調試。

        LCU對外通信,通過PLC CPU上的串口與SJ30進行連接,實現(xiàn)迅速、可靠通信。

        7 視頻監(jiān)控軟件

        網絡視頻監(jiān)控軟件采用??低昳VMS-4200軟件,該軟件支持Windows操作系統(tǒng),支持數種國際通用語言,支持中文管理界面,具有完善的使用手冊和幫助文檔,自動檢測網內設備運行狀態(tài),以圖文結合方式列出設備異常情況,輔助管理人員排查處理。

        海康威視視頻監(jiān)控軟件,具有以下特點:

        (1)最多可支持16個集中儲存服務器進行集中儲存;

        (2)集中管理、配置IP前端,可添加、刪除IP前端,修改參數等;

        (3)遠程訪問與控制IP前端設備;

        (4)廣泛報警接入,聯(lián)動報警輸出,報警信息主動上傳,報警輸出名稱可定義;

        (5)用戶權限統(tǒng)一分配,具備登陸、驗證;

        (6)電子地圖熱點、熱區(qū)聯(lián)動效應。

        同時具有以下優(yōu)秀的性能:實用性、適應性、可靠性、安全性、先進性、開放性、易擴展性、易管理性、易維護性。

        8 信息管理系統(tǒng)軟件

        信息管理系統(tǒng)的軟件包括系統(tǒng)軟件及應用軟件。系統(tǒng)軟件包括操作系統(tǒng)、數據庫管理平臺及防病毒軟件。應用軟件包括數據接口與管理程序、信息發(fā)布與查詢程序、數據上傳接口程序以及辦公自動化軟件。

        8.1 操作系統(tǒng)

        信息管理系統(tǒng)的各類服務器應采用Win?dows2008的服務器版,辦公終端采用WindowsXP專業(yè)版。

        8.2 數據庫管理平臺

        信息管理系統(tǒng)的數據庫平臺應選用SQL Serv?er2008,5用戶版。數據庫平臺軟件有以下基本功能:

        (1)采用客戶機/服務器體系結構;

        (2)支持快速存取和實時處理;

        (3)能控制數據的完整性和統(tǒng)一性;

        (4)支持數據倉庫的建立和管理,對數據倉庫和OLAP應用有完善的支持;

        (5) 支持XML(Extensive Markup Language,擴展標記語言);

        (6)支持ODBC、ADO、OLE DB等多種查詢;

        (7)支持分布式的分布視圖;

        (8)數據庫軟件的安全性應滿足系統(tǒng)對數據獨立性、數據安全性、數據完整性、并發(fā)控制以及故障恢復的要求。

        9 結束語

        睢寧二站工程自動化系統(tǒng)安裝完成后,先后經歷了泵站機組試運行、江蘇段試通水運行以及南水北調東線試運行檢驗,檢驗結果表明該系統(tǒng)運行平穩(wěn)可靠,數據采集基本準確,基本實現(xiàn)了“無人值班,少人值守”的設計原則,達到了預期設計的目的,取得了良好的經濟和社會效益,對類似的泵站工程自動化系統(tǒng)設計具有指導意義。

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