太浦河泵站計算機監控系統摘要：介紹太浦河泵站計算機監控系統的設計原則、運行控制方式、系統的硬件和軟件配置，并闡述系統功能和特點。系統采用全計算機監控方式，是一個開放式全分布的信息統一的監控系統。其功能完善、控制對象全面、實時性強、可靠性高、人機界面友好，較好地滿足了泵站運行管理智能化、遠程化的需要。

關鍵字：監控通訊PLC軟件特點1監控系統配置的基本原則太浦河泵站采用開放式分層分布結構的全計算機監控方式，取消或簡化常規控制手段。系統的配置和設備選型符合計算機技術發展迅速的特點，充分利用計算機領域的先進技術，并結合泵站自動化程度要求高的特點，使泵站運行管理智能化，并能方便地完成與其他管理信息計算機系統的連接。系統軟硬件均采用模塊化、結構化設計，具有高度的可靠性、安全性、實時性、實用性、靈活性和便于擴充。監控系統保證與泵站同步投運。計算機監控系統利用世行貸款，國際招標，由中國水利電力物資有限公司中標，由上海東屋電器有限公司生產制造。2泵站運行控制方式泵站設有三個等級的運行控制方式：泵站主控級控制：操作人員在中控室下命令，通過計算機監控系統實現全部過程自動執行方式或采用分步按順序組執行的方式，即每一步或每一順序組完成后需經操作人員確認，方可進行下一步或下一順序組的操作。現地控制：在泵組調試期或主控級故障時，操作人員可通過現地控制單元的人機界面實現控制。調度級控制：吳江供電局通過調度計算機系統，經光纖通道與泵站監控系統通信，實現遙測、遙信、遙控。遙控對象僅為35kV進線斷路器。泵站預留接口以便將來與上海市水務局通信。在操作員工作站設有“吳江供電局”、“水務局”和“中控室”軟選擇開關，供運行人員確定控制方式，缺省選擇為中控室控制。在泵組各現地控制單元，設有“就地/遠方”軟選擇開關，缺省選擇為就地控制。緊急停機等的操作不受控制權設定的制約。3系統的硬件結構和配置3.1網絡系統本系統采用開放式全分布結構，分主控級和現地控制單元級。網絡采用100Mb/s快速交換式以太網光纖環網結構，采用TCP/IP協議。主干網采用4臺RS2系列499NOS07100施耐德工業交換機，每臺交換機有5個端口。根據設備的布置情況，其中2臺交換機設置在計算機室，主控級的各計算機和變電站LCU通過RJ45端口電纜與其聯接；2臺交換機設置在現地，1~6號泵組LCU和公用設備LCU通過PLC以太網模塊、RJ45端口電纜直接與其聯接。選擇一個合理的網絡拓撲結構，對提高網絡通訊的可靠性和實時性非常重要。經過比選，系統采用以工業交換機為基礎的光纖以太環網結構，具有以下優點：（1）采用對等網工作方式，網上各節點設備（如PLC站、主控計算機）以對等（平等）方式交換信息，某一節點設備出故障不會影響其他設備和整個網絡的正常工作。而如果采用以服務器為網絡數據中心的主從網工作方式，則網絡上節點設備均通過服務器數據庫交換信息，服務器的工作負荷相對較重，其運行的可靠性和數據處理速度直接影響到整個系統的可靠性和通訊速率，一旦服務器發生故障將會導致整個網絡的癱瘓。因此采用對等網的工作方式，系統的可靠性明顯提高。（2）采用環網結構，所有網絡節點設備均掛接在一根首尾相接的環形線上。它具有故障冗余功能，當環上某一點出現斷線時，環網結構500ms內自動轉換為總線結構運行，斷點兩邊的節點設備仍可通過總線進行通訊，可確保系統實現無擾動運行。而如果采用總線結構，所有網絡節點設備均掛接在一根總線上。當總線上某一點出現斷線故障時，斷點兩邊的節點設備之間就無法進行通訊，從而影響系統的正常工作。（3）采用工業級快速光纖交換機進一步提高了系統的可靠性和實時性。工業交換機在設計、制造上具有一些不同于商業交換機的特點：工業交換機通常設計成4~5個端口，而不是商業交換機那樣的多端口（12、24或更多端口），很好地適應了工業應用中分布式網絡的特點。同時端口少也意味著工業交換機在網絡聯接中進行數據傳輸管理的速度更快、可靠性更高，能更好地滿足工控場合的實時性要求。工業交換機產品中所有關鍵芯片、集成電路等元器件均按軍用或工業用較高標準篩選，具有極高的熱穩定性和電氣穩定性，從而為整個產品的長期穩定運行奠定了基礎工業交換機在產品工藝設計上，包括印板布線、接地、屏蔽及結構方面，均充分考慮了工控場合的惡劣工作環境和條件，采取了更為嚴格的防靜電、防電磁干擾、防震動等措施，具有很高的抗干擾能力和電磁兼容性，平均無故障時間不小于17萬小時。工業交換機被設計成具有10Mbps/100Mbps自適應特性和具有連接成光纖環網結構的功能，特別適用于那些具有較多PLC站和計算機作為網絡節點的場合。下面是采用工業交換機的PLC系統網絡的部分技術指標：網絡傳輸速率100Mbps網絡拓撲結構總線型，星型，光纖環網網絡傳輸介質光纖，雙絞線網絡傳輸距離光纖：3100米，雙絞線：100米網絡通訊協議以太網TCP/IP下表概括列出工業交換機與商業交換機的主要區別：功能施耐德工業交換機機3COM33000交換機元器件和設計工業級商業級工作電壓24VDC220VAC電源冗余雙電源一般沒有安裝方式DIN導軌安裝桌面，機架工作溫度0~55℃0~50℃工作濕度10~95%10~95%冷卻方式無需風扇需要風扇電磁兼容性標準EN50081--2（EMC，工業）EN50081--1（EMC，辦公室）冗余環網故障切換換時間＜500ms無法組成100MM光纖環網MTBF值17萬小時6105小時要求備品備件供貨貨時間10年3~5年以上參數分別摘自施耐德公司工業交換機和3COM商業交換機產品技術資料。圖1太浦河泵站計算機監控系統結構圖2.2主控級主控級包括：2臺主計算機兼操作員工作站：雙機冗余熱備,可任選其中1臺作為主控計算機運行,完成監視和控制,另1臺作熱備用。機型為HPVisualizeX4000工作站，彩色液晶顯示器為18.1”TFT。1臺廠長總工監視終端：只用于對泵站設備進行監視。機型為工控機+彩色液晶顯示器。2臺通信服務器：負責系統的對外通訊。機型為工控機+彩色液晶顯示器，其中1臺供吳江供電局專用，1臺供水務局用。1臺打印計算機和3臺打印機UPS電源系統：采用梅蘭日蘭CometS31系列，容量15kVA，后備時間1h，供全站計算機監控系統和輔助設備監控系統使用。輸入：380V±15%，輸出：220±1%。共設5面柜，其中1面主機柜、3面電池柜、1面配電柜，系統采用雙回路供電，一主一備3.2主控級主控級包括：2臺主計算機兼操作員工作站：雙機冗余熱備,可任選其中1臺作為主控計算機運行,完成監視和控制,另1臺作熱備用。機型為HPVisualizeX4000工作站，彩色液晶顯示器為18.1”TFT。1臺廠長總工監視終端：只用于對泵站設備進行監視。機型為工控機和彩色液晶顯示器。2臺通信服務器：負責系統的對外通訊。機型為工控機和彩色液晶顯示器。1臺供吳江供電局專用，1臺供水務局用。1臺打印計算機和3臺A3打印機UPS電源系統：采用梅蘭日蘭CometS31系列，容量15kVA，后備時間1h，供全站計算機監控系統和輔助設備監控系統使用。輸入：380V±15%，輸出：220±1%。共設5面柜，其中1面主機柜、3面電池柜、1面配電柜，系統采用雙回路供電，一主一備，設置30回出線。投影機：型號BarcoSLMR6，屏幕SAS150”NWA背投。可刻寫光盤設備和語音報警系統3.3現地控制單元現地控制單元級包括1~6號泵組現地控制單元（1~6LCU）、公用設備現地控制單元（7LCU）、變電站現地控制單元（8LCU）。每個現地控制單元均以Modicon-quantum系列PLC為控制核心，采用10.4”彩色觸摸屏作為人機界面。PLC為模塊化結構，具有以太網模塊，可直接連接100Mbps以太網，具有雙電源熱冗余，可靠性高。泵組現地控制單元（1~6LCU）1~6LCU各1面柜，布置在機旁，用于泵組的數據采集、處理和開停機控制。泵組LCU通過232/485轉換接口采用Modbus通訊協議完成與泵組6kV開關柜的微機保護單元、測量單元的通訊。稀油站PLC控制裝置通過ModbusPlus網絡實現與泵組LCU通訊。水泵、電機及齒輪箱的各種自動化元件如壓力變送器、溫度傳感器、電磁閥、示流信號器等經現地端子箱轉接后引入LCU的I/O模塊。設置獨立于PLC，硬布線的緊急停機按鈕、手動開機按鈕、開/關電磁閥按鈕作為備用，以便在緊急情況和調試期手動開機時使用。公用設備現地控制單元（7LCU）7LCU共1面柜，布置在現地5LCU旁，用于全站公用設備的監控。公用設備LCU通過ModbusPlus網絡實現與技術供水泵PLC、滲漏排水泵PLC、消防供水泵PLC、清污機集中控制PLC、液壓油泵站PLC以及亭子港閘橋PLC的通訊。各系統只將少量的信號以硬接點方式送至公用設備LCU，其它監控信號均通過通訊方式實現。少量的信號包括PLC裝置本身故障和電源故障，這樣即使網絡通訊故障，上位機和LCU也能采集到該信號，確保可靠性。變電站現地控制單元（8LCU）8LCU共1面柜，布置在變電站繼保室，用于變電站設備的監控。變電站LCU通過Modbus網絡實現與Sepam繼保單元、PM500測量單元、多功能電度表、micrologic5.0p低壓400V智能測控單元、220V直流電源裝置的通訊。主變、站變、35kV和6kV母線PT等設備的部分信號通過硬布線接入變電站LCU的I/O模塊，以滿足供電部門的要求和事件順序記錄（SOE）分辨率的需要，便于故障的分析和處理。4系統軟件系統軟件配置如下：操作系統軟件Window2000；工業監控軟件：intouch7.11；數據庫軟件：insql；系統編程軟件：concept。系統采用Intouch7.11組態軟件，并由上海東屋電器有限公司在此基礎上設計開發了一套完整的應用系統，從而為泵站提供了實時可靠、直觀生動的監控平臺。Intouch7.11是當今世界上最成熟、使用最普遍的主流工業監控軟件之一，它具有以下主要技術特點：開放易用的開發環境Intouch采用通信技術的現有標準，并與微軟的未來技術相結合，為應用開發人員提供了一個更加開放和易用的開發環境。Intouch支持所有最新的工具，包括Activex、OPC、Wonderware的SuiteLink以及標準的DDE。良好的兼容性和設備集成能力Intouch提供多達數百種的32位I/OSever,使之可以非常方便地與世界上幾乎所有PLC產品（如AB、西門子、Modicon、SguareD、三菱、歐姆龍、GE……等）和絕大多數DCS系統及智能儀表實現網絡連接和數據通訊。強大的組態功能Intouch提供方便易用的圖形處理和動態顯示工具以及豐富的圖形庫。強大的I/O處理能力。Intouch可以處理最多達60000個標志的I/O信息，對這些信息實施動態監測和控制，從而滿足各種大型自控系統和信息管理系統的需要。2)系統采用施耐德ModiconPLC作為基本控制單元，采用基于Windows界面的調試編程軟件Concept，可提供5種編程手段，既可用梯形圖又可用高級語言編寫應用程序，，并且提供大量功能塊，使編程更加靈活方便。5系統主要功能5.1主控級功能主控級設備在中控室和計算機室。主要功能如下：數據采集：接收各現地控制單元發送的操作和事件數據，存入實時數據庫，用于畫面更新、控制調節、趨勢分析、記錄打印、操作指導及事故記錄和分析。數據采集可以周期性進行，在所有時間內，可由操作員或應用程序發命令采集任何一個現地控制單元的過程輸入信息。數據處理：進行數據編碼，校驗傳輸誤差及數據傳輸差錯的控制。生成各種數據庫，供顯示、刷新、打印、檢索等使用。對重要監視量如溫度進行趨勢分析，泵組流量、上下游水位、閘門開度等進行運行曲線顯示。監視：對泵站主要運行參數、事故、故障、狀變以數字、文字、圖形、表格、曲線、色彩變化、信號閃爍及不同頻率的語音報警等形式進行動態顯示。能對生產過程進行監視，監視過程中的主要操作參數變化及狀變，并在LCD上顯示。當發生過程阻滯時，給出阻滯原因及事故處理指導性畫面供運行人員確認，將泵組等設備轉移到安全運行狀況或停機。控制：運行人員通過鍵盤、鼠標對被控對象進行調節和控制。控制的主要內容包括泵站控制方式的選擇、泵組的開/停、經濟運行功能的投/切、開關的分/合、有載分接開關的升/降、閘門的啟/閉、公用設備的操作、各種整定值和限值的設定等。經濟運行：根據操作員或上級主管部門給定的抽水總流量，自動計算出當前水頭下泵站的最優泵組組合。最優化目標是在滿足給定總流量的條件下電動機用電量最低，避免頻繁啟停和頻繁調整的操作，按泵站進出水池的最佳流態選擇運行水泵。記錄和打印：所有監控對象的操作、報警事件及實時參數報表都可記錄下來，并送存貯設備作為歷史數據。除在LCD顯示外，還能在打印機實現定時或召喚打印。運行管理：積累泵站運行數據，為提高泵站運行維護水平提供依據。包括：根據運行工況計算全站消耗總功率、用電量總和、抽水量、每臺泵抽水效率；累計泵組開、停次數、累計開機運行時數、停機時數、檢修退出時數；累計變壓器、斷路器等主設備運行時間、動作次數，檢修次數和時間；累計油泵、供排水泵等間歇運行的輔助設備動作次數，檢修次數和檢修時間；統計各類主設備和輔助設備所發生的事故和故障次數及正常切除次數；運行操作指導和事故處理指導,根據主設備狀態和控制要求,顯示運行操作和調整的指導性畫面,供運行人員確認執行;在泵站主設備出現異常和事故時,提出對策和事故處理的指導性意見供運行人員確認執行或僅供參考等等。系統診斷：可對系統的硬件設備進行在線和離線診斷，故障點的診斷到模板級。可對軟件進行在線診斷，診斷出故障軟件功能塊并發報警信號。軟件開發：泵站軟件編輯人員可以在線或離線地進行應用軟件，顯示畫面，報表庫等的編輯，調試，裝入、卸除和修改。在線進行上述工作的同時能保證計算機監控系統功能的正常實施。5.2現地控制單元功能各現地控制單元LCU不因主控級發生故障而影響LCU各自的監控功能，即可接入網絡協同工作，實現系統指定的功能。當與系統脫離時又可獨立工作，實現LCU的現地監控功能。主要功能如下：數據采集與處理：完成對監控對象各種模擬量、開關量和脈沖量的采集；將采集的電氣量進行工程值變換和預處理，上送主控級并在現地上顯示；將采集的電氣量、溫度量、泵組振動及擺度等非電量進行越限比較，及時將越限情況及數據送往主控級，并在現地顯示和報警；將采集的過程控制狀態量，電氣保護報警量、機械保護報警量隨時上送主控級，并在現地上顯示和報警；事故和故障情況下能自動采集事故或故障發生時刻的有關數據，并按其發生的順序記錄事故或故障的性質，發生的時間等等。顯示監視：可顯示泵站電氣量、非電量及被控設備的狀態，能對泵組起動前條件以及各種運行的情況進行顯示監視。現地控制單元還留有與便攜式計算機相連的插接口，通過連接，可在便攜式計算機上顯示設備運行狀態和參數，單元控制器狀態等。控制調節：既可接受主控級指令，又可在現地進行操作，當現地控制單元上的遠方/現地軟開關處于“遠方”位置時只接受主控級指令；當開關處于“現地”位置時，只可在現地操作，閉鎖主控級控制指令，但不影響上送信息。通訊控制：能完成與主控級和現場設備的通訊。自診斷功能：可對系統的硬件設備和軟件進行自診斷，故障點的診斷到模板級。當診斷出模塊的故障時，自動閉鎖控制出口，并將故障信息上送到主控級，同時在現地控制單元上有顯示、報警。6系統性能指標6.1主控級的響應能力1)數據采集響應時間非電量、電量等模擬量和全部數字量每1秒鐘一次采集存儲到實時數據庫或等效實時存儲區中。2)人機通信響應時間在正常的CPU負載率和通信負荷率情況下，從開始調用畫面到完整畫面出現的時間小于1S。在已顯示畫面上動態數據刷新時間為2-5S可調。操作命令發出到單元控制器接收命令并回答響應的時間小于2S。報警或事故發生到LCD屏幕顯示的時間小于2S。3)主控制級控制響應時間時間不超過2S。。4)主控級對調度系統數據采集和控制的響應時間，能滿足調度系統遠動規約的要求。6.2單元控制級的響應能力1)數據采集時間數字量輸入點(DI、BCDI)采樣周期小于0.5S。電量，采樣周期小于0.5s。非電量，采樣周期小于1s。事件順序點(SOE)分辨率小于5ms。3)控制響應時間控制命令回答響應時間小于1S。接受控制命令到執行控制的響應時間小于1S。6.3系統的可靠性:系統的平均故障間隔時間MTBF大于10000h，現地控制單元MTBF大于16000h。6.4系統的可利用率:整個系統的年可利用率不低于99.95％。7系統特點采用以工業交換機為基礎的光纖以太冗余環網結構，提高可靠性和實時性。主控級采用100Mbps快速以太網構成系統的主通道，PLC具有雙電源冗余，可直接連接100Mbps以太網，這是目前國際上先進的技術方案，比以前流行的PLC通過工控機連接以太網的方式，不僅提高了系統的可靠性，還使系統能更快速地進行各種數據的處理，提高了系統的實時性。大量采用網絡通訊技術。盡量采用同一廠家、同一系列的數字化的主、輔機控制和保護裝置，例如：全站主、輔機PLC統一