马南泵站计算机监控系统浅析

成占五

（广东省阳江市机电排灌管理总站 广东 阳江 529500）

1 工程概述

马南泵站是阳江市首宗微机控制城市防洪泵站，由泵站、水闸两部份组成。泵站设计排水流量为 38.08m3/s，共有 5台QZD100-125型10kV高压潜水轴流泵机组，配套电机功率450kW/台，装机总容量2250kW。

泵站设置监控中心，利用计算机监控系统控制泵站的运行情况。计算机监控系统以“无人值班，少人值守”的监控模式设计，采用分层分布式开放型网络结构。系统分站级主控层和现地控制层，其优点是结构简单、运行可靠、维护方便。

2 泵站运行控制方式

马南泵站有三种运行控制方式：

⑴中控室计算机控制：在中控室计算机主机上对接入本系统的水泵及电气设备进行远方监控，操作过程有事先提示。

⑵LCU柜触摸屏控制：在设备投运初期、机组检修期及中控室主机发生故障的情况下，通过触摸屏进行控制。

⑶设备手动按扭控制系统：在PLC发生故障时，由不依赖PLC的设备现场控制系统控制。现场控制与计算机控制相互闭锁，并在现场切换。现场控制时，控制信号、运行状态信号在现场控制设备上反映并反馈至中控室主机。

机组高压开关柜上设置了控制权切换开关，切换开关切至“PLC”，计算机实施控制命令；切至“现地”时，通过机组高压开关柜上的按钮开关实施控制。切至“远方”时，可由机组控制箱直接启动机组。系统采取两级控制，机旁箱、机组高压开关柜直接启动，为第一级，控制权限最高；中控室操作员站和LCU柜控制权限次之，按控制层次实现闭锁。

3 马南泵站监控系统组成与配置

马南泵站监控系统所选用的上位机采用WEBAccess监控软件，下位机PLC选用的欧姆龙PLC是一种功能完善紧凑型可编程控制器。整个监控系统为分层分布式集散型系统。系统主要有操作员站、网络交换机、现场控制单元等组成（见图1）。

泵站计算机监控系统现场测控层共设四个现地LCU柜，布置于中控室。在四个现场测控终端上均设有彩色触摸屏，用于显示测控参数及现场测控设备。各微机保护控制单元分散布置在各自设备内，通过四芯多模光纤连接至LCU。

中控室设二台计算机为测控管理主机，互为热备，中控室主机定时巡检四台现场PLC（安装于LCU柜上）测控终端采集的数据，对各工艺参数和动力设备的运行进行实时显示、记录、分析、统计、事故报警和打印、存储等。并能通过键盘和鼠标对全站的设备进行集中控制。

3.1 监控系统网络结构

马南泵站计算机监控系统网络结构选用冗余光纤以太环网结构，速率10Mbps，协议采用TCP/IP，上位机设备以及各现地控制单元PLC均挂在以太网上，PLC通过现场总线同直流系统、高低压柜内保护装置及现场各种智能电力仪表、自动化设备进行数据通信。整个系统采用透明通讯方式，在中控室主机中，对网络中的现场PLC站可以下载程序及访问数据、编程等。

3.2 站级主控层配置

3.2.1 上位机和网络交换设备

马南泵站在中控室设置2台监控主机，1主1从，互为热备份。计算机采用戴尔工业用计算机，具有完善的自诊断功能。奔IVCPU，2.8GHz，硬盘320GB，有足够的存储容量。

网络交换设备为8口工业用以太网交换机，10M/100M自适应。

3.2.2 操作软件

马南泵站监控系统上位机操作系统是Windows XP。Windows操作系统中文界面友好，帮助功能强，软件开发很多，容易普及。Windows操作系统安装容易，维护、管理、开发都很方便，但也有一些缺点，如系统稳定性和网络功能不高，而且基于Windows平台的病毒很多。

组态软件系统以Intouch为操作平台，全中文图形化操作界面监视整个系统的运行状态，提供现场图片、工艺流程图、实时曲线图、监控点表、平面布置图、设备操作动画效果图等，以形象直观的动态图形方式显示设备运行情况和生产情况。

图1 马南水闸电排站计算机监控系统结构图

3.3 现地控制层配置

马南泵站属于城市排洪泵站，降雨量的大小决定了机组运行的台数。泵站现地层机组LCU柜的布置主要考虑了分层设计需要，全站以泵组为安装单位进行划分，1#、2#泵组配置1#LCU，3#、4# 泵组配置 2#LCU，5# 泵组配置3#LCU，4#LCU为公用LCU。各LCU由相互独立的PLC组成，各LCU之间通过以太网进行通信，实现泵站的全厂集控。这种控制模式下，各LCU相互独立，划分清楚，各泵组检修方便，不互相干扰，是一种比较理想的控制模式。

强调分散控制，使得每个控制柜中选用的PLC档次适当降低。单个PLC出现故障将只影响到一台泵组或者二台泵组，各个单元功能划分明确，可靠性更高，不会出现一旦PLC故障造成整个泵站停止运行的严重事故，这对于像马南泵站这样一个城市防洪工程来讲，尤为重要。因为关键时刻一旦出现这种情况，将会造成严重后果。

系统配置一套GPS卫星时钟系统，其中包含时钟同步信号扩展器，在与上位机对时的同时，实现与各现地控制单元（PLC）的硬件对时功能。

4 系统主要功能

4.1 主控级功能

主控级设备在中控室，主要功能如下：

数据采集：通过以太网把现场PLC的数据采集到数据库，供上位机使用；

实时控制：通过键盘和鼠标等，对监控对象进行远方控制；

运行监视：对泵站主要运行参数、事故、故障、状变以数字、文字、图形、表格、曲线、色彩变化、信号闪烁及不同频率的语音报警等形式进行动态显示。

记录和打印：所有监控对象的操作、报警事件及实时参数报表都可记录下来，并送存贮设备作为历史数据。

系统诊断：在线和离线方式自检计算机和外围设备故障；在线和离线方式下自检各种应用软件和基本软件故障。

软件开发：在线和离线方式下，方便地进行系统应用软件的编辑、调试和修改等任务。

4.2 现地控制单元功能

各现地控制单元LCU不因主控级发生故障而影响LCU各自的监控功能。即：可接入网络协同工作，实现系统指定的功能；与系统脱离时也能独立工作，实现LCU的现地监控功能。主要功能如下：

数据采集与处理：水位、流量、高低电压、电流、变压器温度等各种模拟量；水泵的开、停、故障状态；高低压开关状态。

实时控制：现场人员可根据PLC的信号显示、设备状态指示用按钮及开关等，对所控制的设备进行开停操作；PLC通过以太网接受上位机指令，自动完成对所控设备的操作。

显示监视：可显示泵站电气量、非电量及被控设备的状态，能对泵组起动前条件以及各种运行情况进行显示监视。

通讯控制：PLC通过接口及网络将有关信息送达上位机。

5 系统特点

5.1 系统网络结构

马南泵站计算机监控系统采用分层分布式结构，由站级主控层和现地控制单元组成，主控级设备和现地控制单元通过光纤以太网连接在一起，既实现了设备集中管理、分散控制的功能，又避免了集中控制危险度集中、不易扩展和控制电缆用量大等缺点，实现信息、控制、管理上的集中，功能及风险上的分散。当网络某一点出现故障时，环网结构50ms～500ms内自动转换为总线结构运行，可确保系统实现无扰动运行。一年来的运行表明，使用效果非常好。

5.2 系统上位机

上位机采用双机热备，当监控系统运行时，从机首先向主机数据库注册，报告本机地址并向主机不停发送时钟同步请求以及数据库、组态信息、组态画面同步请求。如主机超过标定时间不响应从机请求，从机便接管控制，停止向主机发送同步请求，启动I/O驱动程序采集数据，这时从机变为主机直至主机修复。这种双机热备有效地保证了整个网络系统的可靠运行，防止数据丢失，并为整个网络系统的主控服务器提供了一种故障自动恢复能力。双机热备已成为我国目前泵站监控设置首选。

5.3 系统可扩性

马南泵站计算机监控系统保留的备用点超过使用点设备的10%，上位机存贮器容量有50%以上的余度。留有扩充现地控制装置、外围设备或系统通信的接口。屏柜内均留有可扩大充插槽的空间，今后可将该站纳入整个城市防洪工程管理网络进行自动控制管理。

5.4 系统稳定性

马南泵站在现地LCU柜上加装了通信管理装置，这种通信管理装置是一种用于通信管理的智能设备，利用该装置提供的API函数进行简单编程，实现与现场各种设备的通信。该装置与站内保护、温度等设备通信，通过串口数据送入PLC，再送上位机系统，即使上位机出现故障，运行人员仍可通过LCU柜上的触摸屏、操作把手、按钮及指示灯正常控制机组，监控系统的可靠性得到提升。上位机由于不必承担通信和数据处理任务，CPU负荷降低，机算机系统稳定性得到加强，系统的结构更加清晰实用。

5.5 系统安全性

马南泵站采用了10kV高压电机直接启动的运行方式，还设有当泵组PLC故障时的硬接线冗余紧急停机回路，在设于高压室的机组高压开关柜、主厂房内的机旁控制箱、中控室都设有紧急停机按钮，通过硬接线冗余回路紧急停机，安全得到充分保障。

6 需要注意的几点问题

⑴服务器死机，数据库连接故障。因数据库存贮容量毕竟有限，若集控系统不自动对数据库定期进行清理，很多废旧数据将占据有限的存储空间，影响到整个系统的运行可靠。

⑵泵站监控系统设备中应使用许多静电屏蔽手段，如电源变压器的静电屏蔽层，局部空间或线路的屏蔽罩(设备外壳)，这些静电屏蔽的导体只有良好接地才能充分发挥作用。

⑶必须及时对运行管理人员进行专业技术培训，设备厂家要在人员培训和售后服务等方面提供长期的优质服务，运行人员应尽快地掌握自动化系统运行技能。

7 结语

马南泵站计算机监控系统采用计算机技术、网络技术、通信技术和控制技术实现了对泵站所有设备的监视和控制调节。分层分布式集散型系统从现在泵站实际情况看，比较容易实现。自动控制系统采用分层分布式结构以及星形与总线相结合的方式，极大地减少了运行维护工作量，达到了减员增效的效果，从而提高了泵站工程管理水平。良好的系统结构是实现稳定、可靠和安全的监控系统的基础，马南泵站计算机监控系统为泵站工程的自动化建设提供了参考。陕西水利

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