李俊杰　蘇文瑤

（益陽市大東口（明山）電排管理站　益陽市　413200）

GE監(jiān)控系統(tǒng)在大型排澇泵站的應用

李俊杰蘇文瑤

（益陽市大東口（明山）電排管理站益陽市413200）

某大型泵站經過兩次更新改造，2009年泵站計算機監(jiān)控系統(tǒng)采用390-30PLC系列及人機界面軟件，2013年將1#機組、4#機組及公用設備升級為PAC3i系列。改造后經過實踐運行效果良好。文章從實踐上介紹了GE公司監(jiān)控系統(tǒng)在大型排澇泵站的成功應用。

GE監(jiān)控系統(tǒng)自動化應用大型排澇泵站

某大型泵站位于益陽市南縣明山頭鎮(zhèn)，是一個具有防洪、排澇等功能的綜合水利工程。泵站工程始建于1974年，1977年竣工受益。經過1993～2005年及2007～2009年2次更新改造后，現(xiàn)裝機總容量為13 800 kW，總流量150 m3/s。在2009年更新改造中，泵站計算機監(jiān)控系統(tǒng)采用了GE公司的90-30PLC系列及人機界面軟件，實現(xiàn)了通過監(jiān)控工作站及人機界面軟件進行機組自動化操作、系統(tǒng)的聯(lián)鎖保護，另于2013年的自動化升級改造中，將1#機組、4#機組及公用設備升級為PAC 3i系列，形成一種混搭模式，經過一個汛期的考驗正常運行。其監(jiān)控中心位于泵站中控室，監(jiān)控整個泵站設備運行情況，包括6臺套機組、相關輔助設施監(jiān)控、供水系統(tǒng)、排水系統(tǒng)、微機保護和高低壓配電控制系統(tǒng)，還包括進、出水池水位等水文點。

1　系統(tǒng)結構

泵站的計算機監(jiān)控系統(tǒng)采用符合國際標準的開放系統(tǒng)的要求進行設計和建設，監(jiān)控網絡由1#～6#機組LCU、公用設備LCU、工作站等設備組成計算機網絡，組網采用超五類屏蔽雙絞線組成星型局域網，協(xié)議為TCP/IP，系統(tǒng)結構見圖1。

2　系統(tǒng)功能

監(jiān)控系統(tǒng)在功能上分為監(jiān)控站和現(xiàn)地控制單元。監(jiān)控站設立2臺工作站、1臺打印機及模擬屏?，F(xiàn)地控制單元的采用GE公司系列PLC及PAC系統(tǒng)，PLC系統(tǒng)由4套90-30 PLC組成，控制2#、3#、5#、6#機組，PAC系統(tǒng)由3套PAC3i PLC組成，控制1#、4#及公用設備。監(jiān)控站和現(xiàn)地控制單元通過以太網線連接，組成一個監(jiān)控網絡。

（1）計算機監(jiān)控及網絡系統(tǒng)通過各種傳感器，全方位采集機組和輔助設備，電氣設備及周邊設施，內外河水位，監(jiān)視和控制泵站內各種設備的運行和操作，實現(xiàn)泵站的主要設備和線路的動態(tài)監(jiān)視、測量、自動控制和保護，實現(xiàn)泵站機組優(yōu)化運行，調度通信，實現(xiàn)泵站工程管理自動化，采用有人值班（或巡檢）方案。

（2）泵站為6臺機組設置一套LCU（現(xiàn)地控制單元），并設置一套公用設備LCU。

機組LCU按機組對象單獨設置，負責采集每臺機組設備的運行數(shù)據及狀態(tài)。對數(shù)據進行處理，并將處理的數(shù)據發(fā)送至中控層，接受并處理中控層發(fā)來的各種命令，實現(xiàn)對所屬設備的自動控制。機組LCU完成機組的順序控制，自動投入機組技術供水、微機PLC裝置、機組排風扇，完成機組運行狀態(tài)數(shù)據采集處理，實現(xiàn)機組運行狀態(tài)的控制和調節(jié)及機組溫度巡檢等，運行界面如圖2所示。

圖1　泵站計算機監(jiān)控結構

圖2　LCU人機軟件畫面

公用設備LCU完成站用變、線路的運行狀態(tài)和數(shù)據采集處理，實現(xiàn)各側斷路器的分、合閘控制。對輔機設備、防洪閘、內外河水位、技術供水壓力監(jiān)測及直流220伏電源系統(tǒng)等的監(jiān)視。

為每臺LCU控制屏設置1臺現(xiàn)地工業(yè)觸摸屏監(jiān)控設備運行，具有次高優(yōu)先級的控制權，當控制屏的遠方/現(xiàn)地切換開關在現(xiàn)地位置時，人機會話單元上對設備發(fā)出命令，對機組斷路器、輔助設備進行操作，還能閉鎖來自中控層的操作命令。

（3）中控層設置2臺監(jiān)控操作工作站，具有雙機熱備功能。在LCU控制屏的遠方/現(xiàn)地切換開關在遠方位置時，可操作機組斷路器、輔助設備。

3　機組設備監(jiān)控內容

泵站機組監(jiān)控由機組LCU柜執(zhí)行。根據《泵站設計規(guī)范》（GB/T 5026-97）和《水利發(fā)電計算機監(jiān)控系統(tǒng)設計規(guī)范》（DL/T 5065-96）的有關要求，其監(jiān)控內容為：

（1）機組運行數(shù)據監(jiān)測。周期定時掃查和采集機組的運行狀態(tài)。對主要測值進行越限檢查與報警，記錄越限點號，發(fā)生時間，越限值，并對有關模擬量前后兩次數(shù)值進行梯度變化率檢查，當變化梯度越限時進行報警或其他處理。

（2）進行工況切換和操作。接受控制中心的控制命令或本地操作，完成機組的運行工況轉換，設備運行方式的轉換，實現(xiàn)開、停泵，斷路器分合操作等。對關鍵操作進行有效性檢查和閉鎖保護。

（3）對事件和事故、故障進行順序記錄。對機組運行操作事件、事故和故障順序記錄，并存入本地數(shù)據庫。

4　主要監(jiān)控對象

（1）電動機微機保護。

（2）電動機非電量保護：電動機定子溫度監(jiān)測及保護、電動機油位監(jiān)測及保護。

（3）水泵非電量保護：水泵技術供水壓力監(jiān)測及保護、水泵軸承冷卻水故障保護。

（4）機組監(jiān)控。PLC輸出接點控制合、跳電動機斷路器和開機、抽水；PLC輸入接點監(jiān)測手動開機、手動停機、現(xiàn)地控制、遠程控制和微機保護給出的合、跳電動機斷路器開關工作狀態(tài)。

（5）輔機監(jiān)控：葉片調角機構、微機勵磁調節(jié)裝置、冷卻水電池閥、進、出水池水位限值監(jiān)測、機組排風扇監(jiān)控。

5　監(jiān)控軟件

監(jiān)控軟件分成兩部分：平臺軟件和應用軟件。

（1）平臺軟件包含操作系統(tǒng)、數(shù)據庫系統(tǒng)等。為方便系統(tǒng)兼容和軟件升級，平臺軟件采用了微軟的產品：2臺監(jiān)控工作站的操作系統(tǒng)均為MS Windows XP SP3，數(shù)據庫系統(tǒng)為MS SQL Server2000版本。

（2）應用軟件由現(xiàn)地控制層的PLC/PAC 3i軟件、LCU人機軟件和中控室監(jiān)控工作站應用軟件組成。PLC完成基本的控制邏輯和采集工作，LCU的人機軟件提供人機交互的界面，完成本地的參數(shù)設置和采集工作。監(jiān)控工作站應用軟件主要由運行監(jiān)視與控制軟件、報表軟件、實時和歷史數(shù)據庫、數(shù)據采集處理軟件、通迅軟件、時鐘同步軟件以及模擬屏、培訓軟件等組成。所有應用軟件均有二級用戶操作權限控制。

① 數(shù)據庫和軟件建設。由實時數(shù)據庫和歷史數(shù)據庫組成，實時數(shù)據庫主要有6臺套機組LCU、共用LCU和其它微機保護裝置傳來的各種實時模擬量、數(shù)字量和開關量以及監(jiān)控單元發(fā)送的實時操作和事件記錄，實時數(shù)據庫保存當天最新的數(shù)據。歷史數(shù)據庫主要有各監(jiān)控單元的歷史采集數(shù)據和運行參數(shù)表，泵站各水利機械、電氣設備和水工建筑物的基本情況，管理調度信息，各順序事件、故障和事故記錄，以及電氣接線圖、運行工況圖，運行方式模型和有關公式的計算參數(shù)、系統(tǒng)參數(shù)。系統(tǒng)權限等表。

開發(fā)相應的數(shù)據庫維護系統(tǒng)，對基本信息和系統(tǒng)信息進行設置，提供數(shù)據備份功能，主要有：實時數(shù)據庫管理模塊、歷史數(shù)據庫管理模塊、記錄數(shù)據庫管理模塊、參數(shù)數(shù)據庫管理模塊、計算數(shù)據庫管理模塊、數(shù)據導入導出模塊。

②數(shù)據采集與處理軟件。監(jiān)控應用軟件的數(shù)據處理功能包括：校驗傳輸誤差及進行數(shù)據傳輸差錯控制，對重要監(jiān)視量如溫度進行趨勢分析，顯示泵組功率。上下游水位等運行曲線。其主要功能組成為：各I/O通道輪巡、數(shù)據預處理、事件順序記錄、報警。

③通訊軟件。數(shù)據通訊軟件主要完成采集數(shù)據的接收以及各類參數(shù)、命令的數(shù)據的發(fā)送，用于泵站監(jiān)控系統(tǒng)現(xiàn)地控制單元之間、泵站控制層與現(xiàn)地控制單元之間的遙信、遙測量傳送。主要功能為：通訊參數(shù)設置、事件順序記錄。主要協(xié)議為：TCP/IP、MODBUS。

④運行監(jiān)視和控制軟件。監(jiān)控工作站通過該軟件界面和菜單選擇實現(xiàn)對泵站主要運行參數(shù)、事故、故障、狀態(tài)和開停機過程以數(shù)字、文字、圖形、表格、曲線等形式進行動態(tài)顯示或模擬顯示，運行界面如圖3所示。

圖3　監(jiān)控工作站運行畫面

⑤系統(tǒng)診斷。系統(tǒng)設備硬件故障診斷包括對主計算機外圍設備、通信接口和IO通道等設備進行在線和離線診斷。具有軟件故障診斷功能，可以對軟件進行在線診斷，診斷出故障軟件功能塊并發(fā)報警信號。當進行系統(tǒng)在線診斷時，不影響計算機監(jiān)控系統(tǒng)對泵站設備的監(jiān)控功能。

⑥用戶及權限管理。系統(tǒng)可設置用戶及用戶組，并對所有用戶的操作權限進行管理和控制?？梢栽O置任意多個用戶組，對每個用戶組設置該用戶組應有的權限。將用戶設置到相應的用戶組即可享有該用戶組具有的權限，一個用戶可以用時屬于多個用戶組，享有這些用戶組所具有的所有權限。

6　結語

本泵站工程作為益陽市現(xiàn)代水利設施的樣板工程進行設計規(guī)劃，自動化系統(tǒng)取消常規(guī)的電氣控制，以“無人值班、少人值守”的要求進行規(guī)劃設備，采用了先進合理的設備、成熟的技術，綜合利用自動化控制、微機保護、圖像監(jiān)視和計算機網絡、通信技術，建立了先進的自動化監(jiān)視和控制保護系統(tǒng)，提高了泵站的安全性、可靠性，充分發(fā)揮了泵站工程效益，促進了泵站工程管理的科學化、現(xiàn)代化，為大通湖垸減輕了內湖漬堤防汛的壓力，發(fā)揮了巨大的社會經濟效益。

李俊杰（1981-），男，湖南益陽人，大學本科，工程師，從事大型泵站電氣繼電保護及高壓試驗等相關工作；蘇文瑤（1982-），女，湖南長沙人，大學本科，工程師，從事大型泵站電氣繼電保護及高壓試驗等相關工作。

（2015-12-24）