袁长治 叶建琴

(江苏省江都水利工程管理处，江苏 江都 225200)

淮三泵站工程位于淮阴市境内，枢纽工程由110/10kV 户内变电所、淮三泵站等建筑物组成。工程的主要作用是南水北调。泵站安装四台6.6 kV 卧式变频器拖动的同步电机，单机容量为2200 kw。变电所安装主变二台，新变压器容量为25000 kVA 及现有变压器20000kVA。所用变一台，安装于110KV 变电所内。站用变一台，安装于泵站内。

1 系统结构

采用分散控制集中管理的分层分布式结构。是一个以通讯网络为纽带的集中显示、集中操作、集中管理、分散控制的二级控制系统。

第一级为现地控制级，由三套现地单元控制柜、四套励磁控制柜、七套微机保护、测量柜和各类传感器(水位、压力等)组成。

三台现地控制单元(1～2 号机一套、3～4 号机一套、辅机系统一套)组成三台现地单元控制柜分别对1～4 号机、站变、进线、辅机等设备进行测量和控制。现地单元控制柜，主要可分为三部分:触摸屏、PLC 即可编程控制器、控制继电器。其主要功能体现在:采集模拟量、各种开关量、数字量、温度模拟量(主机电机定子线圈、上油缸、上导、推力瓦、下油缸、下导温度)等信号;与此同时，执行站控级发布的控制命令，实施一定的操作与控制。以太网(10M～100M 自适应)，是现地单元控制柜和站控级计算机之间进行通信的中介。数据经过相应处理后，再将其通过以太网上传给站控级主机与从机，实现信息的处理，而站控级主机也会定时将这些有关数据上传于控制中心的数据服务器，实现数据共享。在触摸屏上可实时显示现场运行的实时数据，也可在触摸屏上进行实时控制。

四台微机励磁控制柜分别给4 台同步电机提供励磁，根据泵站的实际情况，可以采取不同的方式(恒电流、恒电压、恒功率因数、恒触发角)运行，同时可以提供励磁电流、励磁电压、功率因数等电量的测量与调节。

七台微机保护柜对4 台同步电机、站变、进线和站变低压出线等进行可靠的微机保护。同时能提供电流、电压、有功功率、无功功率等电量和各种保护信号的测量。水位、压力等各类传感器，主要用于测量水位等非电量，实现对4～20MA 模拟电流信号的输出，然后通过A/V 转换模块转换为数字信号，然后经以太网网络，将数字信号传送给站控级主机。

站控级是作为泵站的第二级所存在的，其主要构成部分为监控主机一台、监控从机一台、打印机等。监控主机、监控从机与现场三台现地单元控制柜，通过网络交换机组成泵站监控工业以太网(网络的速率10M/100M 自适应)，平时主机处于工作状态，负责收集现场采集的测控数据，下传有关的控制指令;处于热备份状态的从机，则主要负责对主机工作状态的时刻监视，主机一旦出现异常情况，发出警报的同时，主机的全部工作也立刻由从机接管，待主机恢复后，依旧掌握控制权;此外，从机还可采集故障期间的数据，并将其上传于主机，在数据的连续性得以保证的同时也增强了整个系统的安全性与可靠性。数据服务器负责将现场的实时数据存入数据库，实现数据共享。

高压控制柜需要设置自动开关和手动开关，实现现场手动控制和机组自动控制之间的互为备份。自动方式控制时，整个系统实现自动控制;手动方式控制时，手动完成控制，而系统置于监视状态，能够进行独立的运行以及日常维护工作等，这样有助于泵站整体的可靠运行。在五台现地控制单元中设有触摸屏可实现显示现场的数据，还可以通过触摸屏对现场设备进线控制。

监控系统的控制权依次设为现地、站控制级、远方三级，三级之间可实现无扰动的切换，站控制级与远方控制需要通过有关的授权才可以进行操作，而控制系统也需要设有带密码的授权与核对程序。

2 监控工作站功能

2.1 联网功能

站监控主机是三站监控系统的上位机。其主要功能如下:连接局域网，利用网络接收带有密码的控制中心调度控制指令，同时将本站的实时运行信息等发送给局域网。

2.2 数据的采集与处理功能

采集的数据主要包含:

(1)开关量(按信号重要程度可分围中断型和非中断型开关量):事故和状态信号。

(2)模拟量:温度量、电气与非电气模拟量。

(3)其它量:压力量、水位及流量等。

系统可对泵站的各项实时数据和状态信号进行巡测，将必要数据预处理，构建当地的实时数据库和历史数据库。

2.3 统计、计算功能

(1)依据实时数据，由电量统计系统实现运行统计、电量的计算与分类。

(2)计算机监控系统，实现对当年、当月、当日、当班的各种事故或故障内容与次数的统计，记录在案，保存资料。

(3)统计并记录当班、当月、当年的参数越复限情况，这项工作可由计算机监控系统自动进行。

(4)统计设备的运行时间，作为设备使用寿命及状态、运行安全可靠情况的依据;系统工程师也可在线修改判别设备运行状态的条件、预置参数以及计算公式等。

(5)水量统计系统根据所测的实时数据，对各单机及全站当班、当日、当月、当年的水量进行累计。

2.4 调度的优化与自动运行

(1)优化调度的自动运行:在机组安全运行，未出现汽蚀与区域振动的情况下，依据调度所下达的调水量、前后池的水位以及泵组的运行效率曲线，泵站的计算机监控系统可以为优化调度而编制运行程序，同时依据机组建立的最佳运行数学模式，对泵站机组的最佳开机台数以及水泵叶片的角度进行自动确认，确保机组在最佳的运行工况下进行，减少能源消耗，最大化的实现泵站的经济运行，需要时也可实现最大出水量运行。参与经济运行的机组，可以人工进行预设，并由计算机自动分析每台机组参与经济运行的情况，并做出相应的处理。而参与经济运行的每一台机组所接收的开机、停机、叶角调整等指令均可由自动运行程序发出并实现闭环自动调节，也可只于计算机监控系统的显示器上对操作建议进行显示，指导开机运行，对值班工作人员手动的开机、停机、调节叶角的命令实现提示。

(2)开操作票:开机、停机操作，主变、站变的开停操作等都是泵站比较常用的重要操作，依据现场操作规程，系统可自动生成运行操作票，同时实现编辑、闭锁、确认及打印等各项功能。

2.5 设备运行统计记录和生产管理

统计类型主要分为设备正常、非正常投切次数和运行时间等。计算机监控系统统计并记录了各个设备的运行状况，同时自动将某些信息提示于操作值班人员。统计各个主设备与各个主要辅助设备状态的变位以及变位时间，必要时可发生警报;此外，统计参数越限、定值变更等情况，自动生成多类日志、报表、打印操作等。全部功能主要体现在以下几个方面:

(1)泵站运行记录

其内容涵盖了泵组抽水量、线路送电量、站用电量与效率等的当年、当月、当日、当班的记录，利用调度或运行值班人员人机对话的方式实现对其初值和实践区段的设置。

(2)记录主要电气设备的动作与运行

对各个主要电气设备的动作次数、运行时数进行自动统计与记录，其中包括泵组的开停次数、劣迹开机运行时数、此次开机运行时间、泵组停机小时数及检修退出时数。站变:开、停次数;本次运行时间，累计运行时数，停运小时数，站变检修退出时数、正常跳闸次数，事故跳闸次数。开关:断路器合闸次数，正常跳闸次数，事故跳闸次数。

(3)操作记录

统计并记录包含手动开停机、断路器的手动合跳闸等各项操作。

(4)定值变更记录

记录所有定值变更情况，存入数据库以便随时查询。

(5)事故及故障统计记录

统计并记录当年、当月、当日、当班的各类事故及故障的内容与次数，存为资料。

(6)统计并记录参数越复限情况。

(7)统计并记录主要设备与装置的退出运行情况，可作为判断其使用状况与寿命、运行安全性、可靠性的依据。

(8)打印运行日志与报表。依照运行、操作人员的管理与要求等，利用计算机监控系统实现对日志与报表的打印，可预先设置打印的内容、打印格式。打印方式可分为定时自动打印，随机召唤打印等形式。

2.6 人机联系

利用显示器、鼠标、键盘及打印机等，人机联系操作人员可实现对全站运行的控制、监视、调节、画面调度、在线修改定值、报表显示与打印等。

交互式人机接口软件，实现了人机对话所形成的各项监视与控制功能，且方法简便、灵活。

2.7 系统自检与自动重启动

自检、软件任务超时处理、过程通道故障检测是系统自身所具有的重要功能。包含磁盘、内存、CPU 以及I/0 在内的主工作站出现故障或软件任务执行不正常的情况时，控制权可自动切换到备用工作站;而软件超时则可激发软件故障自启动功能的实现。对通道的检测涵盖了自动在线检测1/0 过程通道，自动查找故障点或出现故障自动报警，以及判定通道数据的有效性与合理性等功能。

2.8 双机热备，故障自动切换

系统的上位机设计采取双机冗余理念，利用以太网进行通信，实现了对运行值班主机的预先、任意选定，通过系统软件跟踪并判别值班主机的通信、软件、硬件及运行状态，一旦发生异常状况，系统即可发出切换信号，由备用机代替值班主机工作，并发出主机故障提示。

2.9 系统诊断和仿真培训

PLC 均有自诊断和自动测试程序，中央级控制机系统具有在线测试软件，离线测试软件和硬件测试程序。系统具有模拟现场运行各种工况。可进行仿真模拟运行，进行仿真培训。

3 现地控制单元

(1)与上位机通讯，接收上级开、停机，工况调节等命令。

(2)依照上级控制指令，实现机组的自动开停调节，公共辅机的自动开、停操作等。

(3)根据上级调节命令，实施主变的自动开、停等操作。

(4)将实时运行信息传送给上位机。

(5)指令可实现人工键入，自动开、停、调节，同时可显示机组运行的各种参数。

(6)采集并处理相关数据，实施系统诊断。

(7)识别运行状态，故障的多重保护。

(8)具有自检功能。

(9)硬件热插拔。

(10)站内控制机组运行的最高级别自动控制单元为现场就地控制单元，保证了上位机发生故障或者脱离监控时，机组依然可以正常运行，实现程序控制等操作。

(11)联网功能:PLC 具有以太网口。

4 系统具有可靠性

除择取具有较高可靠性的硬件设施外，还具有以下操作功能，以保证并不断提高系统的可靠性:

(1)正常情况下，现场监控单元在系统的集中指挥下正常运行，一旦系统出现故障或发生紧急状况，它也可独立运行，所以，个别的现场监控单元出现故障并不会影响系统和其他构成单元。

(2)应对系统的软件和硬件，设置“看门狗”功能，即监控定时器。

(3)美国wondeware 公司的产品是监控软件的良好选择，其具有成熟的监控软件包INTOUCH8.0 开发应用软件，保证了系统软件安全、可靠运行。

(4)操作应尽量避免错误和失误，规定控制指令发布的操作权限，命令应通过巡回认证，并合理判别、处理数据。

(5)光隔技术的应用，解决了强电环境下对系统信号的输入难题，浮空接地技术在现场监督单元实现了有效应用，输出的信号也均采用光电隔离、中间断电器隔离及电源系统的低压避雷等的综合保护措施，有效防止了雷电影响与工业干扰，有效降低了数据出错及元件损坏的概率。

(6)防火墙在监控系统和网络之间的有效建立，有利于鉴别内外部指令，保障系统的安全性。

5 故障报警

主菜单中应设置命令检索与报警功能，同时可以提供用户最近时段的报警记录和命令各500 条。全站设有普通话女声的一套语言报警装置，不同的事故或障碍使用不同频率的音响。因此，发生事故或故障时，语言报警设备可自动发出语言报警，将事故或故障位置自动显示与相应画面之上。这其中，故障有预告和事故之分，均可实现手动或延时自动复归。

6 监控系统软件

监控系统软件包括四大部分，即计算机系统软件(Windows2003XP)、基本软件包括开发平台和运行平台(Intouch 8.0)、数据库管理软件(INSQ sever 8.0 500 tag )、报表软件(AF Perseat )、网页浏软件(Suite voyaster 2.0)、服务器软件(Suite voyaster CAL)(客户端许可证)、工具软件以及应用软件。系统软件，是由生产厂商提供的与计算机硬件设施一起购入的软件，主要作用为监控系统其他软件提供运行环境和用户软件的开发手段，比如用户程序的编译、编辑、联接，任务的插入、运行及推出等;基本软件是一种必须的软件，主要作用为监控系统的基本监控功能的实现，比如数据的采集与处理、数据库管理、生成报表、显示图形及语音报警软件等;应用软件则为实现生产过程中的操作或控制功能软件，比如水泵优化运行、水情调度等软件;工具软件主要是致力于系统开发效率提高的软件，有利于软件开发与维护强度的减弱，提高系统的可维护性，促使系统达到真正对用户开放的目的。