浅谈无锡严埭港水利枢纽主机温度采集系统的改造

【摘要】大中型泵站运行中，主机温度量是运行时的重要参数。针对严埭港水利枢纽原温度采集系统在长期运行中出现采温和通讯稳定性不足的问题，提出了升级改造的方案。

【关键词】泵站；温度采集系统；温度巡检仪；可编程逻辑控制

一、前言

严埭港水利枢纽是无锡市城市防洪八大枢纽之一，位于无锡市北郊严埭港。严埭港水利枢纽由泵站、节制闸和船闸和上下游连接建筑物等组成。泵站装机流量为70m/s，安装5台立式轴流泵，单机流量为14m3/s，其中2台泵28m3/s具备双向抽排功能，其余3台泵为单向排涝，配630W同步电动机，总装机容量3150W。节制闸分2孔，单孔净宽12m，采用升卧式闸门。船闸规模16（20）×135m，上、下闸首型式同节制闸，采用升卧式闸门。

二、泵站自动化系统简介

泵站自动化系统监控对象包括5台主泵（包括主泵、电机、励磁设备等）、2台节制闸启闭设备、清污设备（包括10台清污机和一台皮带机等）、5台主泵出水侧工作闸门启闭机、5台主泵出水侧事故闸门启闭机、2台技术供水泵（一用一备）、2台检修排水泵（一用一备）、10kV高压开关柜、2台站用变、2台0.4kV开关柜进线柜和1台联络柜等。整个监控系统构成冗余以太网，由上位机监控，并应留有接口与控制中心相连。工业电视系统主要设备由前端设备（包括：摄像机、镜头、防护罩、云台、解码器等）、多媒体工作站、视频显示设备、视频记录设备、大屏幕投影仪、电源辅助设备等组成，如图2.1所示，实现了严埭港水利枢纽的实时监控和监视，系统以“先进、可靠、经济、实用”为原则，达到少人值守，现场无人值班的管理水平。

三、原温度采集系统介绍

主机泵组温度采集系统是主机泵运行和自动化运行的重要组成部分，对主机运行中的重要参数温度实时采集、上传、评判，对安全稳定运行具有重要意义。原主机组温度采集采用NARI南瑞制造的SJ-40C温度巡检仪，此巡检仪专为水、火电厂的温度量巡检和温度保护而设计，也用于其它工业领域中采用热电阻测量温度的场合。其主要特点是采用16位单片机，24位δ—Σ型A/D，精密恒流源，可以适应不同线制的多种热电阻，输入容量48路，可扩充至96路，隔离的RS485通信接口，支持Modbus通信协议，具有自动调教零点及增益，在线自诊断自恢复功能。通过热电阻采集的温度量，通过RS485方式通讯至上位机。系统图如3.1所示。

对于温度输入， SJ-40C的温度输入插座为J2-J4，和J8-J10（J8和J10为扩充插座），每个插座可以接16路温度量，因此，上述6个插座最多可以接入16*16=96路温度量。这些插座分别有50个端子（实际使用其中48个）。这些端子被分成A、B、C三个部分（对应插座上中下三排），如图3.2所示。

硬件上，SJ-40C的基本输入为48路，软件上根据实际需要确定真正的输入路数maxTI，其中maxTI的大小会影响到装置的采样速度。装置的温度采集速度为16点/秒，第一次采集32点，耗时2秒，第一秒采集与保护有关的温度点，（最多允许16路），第二秒按常规依次采集其他的温度点， 采完全部96点需耗时12秒，当这些保护点小于16时，节省的时间将用来采集其他的温度点，这样，会加快装置的总体采集速度。严埭港枢纽每台主机采集定子、上下导、推力、上下油缸等共14个温度量。

四、实际运行时存在的问题。

原温度巡检仪经过多年的运行，会出现运行中温度无显示，实时温度不更新，上位机无法读取测温这三种情况，经过对该装置的进一步分析，有如下原因造成，1、装置投电时如有短线或短路，而后恢复正常时，显示值虽有（在本应显示温度的位置显示“*”），仍不参与保护（除非重新投电）。2、无论原来的温度测值是否正常，只要有连续5点温度测值发生同样规律的变化，且变化量大于5度，则认为装置内部采集故障，此时需重新投电才能正常工作（比如将温度输入插头拔下再插上）。3、地址与数据编码时，不能经常对温度参数进行加载，且温度参数和maxTI这两部分必须加载正确，否则SJ-40C拒绝执行或或不能正确执行温度巡检/保护功能。

基于上述原因，在主机泵运行中温度检测量经常显示“*”或温度没有实时更新，经常需要重启巡检仪才能正常工作，另外，由于温度巡检仪只有一个RS485通讯接口，需要再经过一次转化才能接入以太网交换机上传至上位机电脑，通讯上节点冗多也经常造成故障率上升，导致上位机无法读取温度量，对泵站的安全运行带来不稳定因素。由于实时温度量是主机泵组运行中的重要参数量，也是关系到辅机系统和供水系统是否正常工作的重要参考，基于严埭港水利枢纽对于无锡运动片大包围的重要性不可替代，所以有必要对温度采集系统进行升级改造。

五、改造方案

摒弃原通过温度巡检仪采集温度和单一通讯的模式，采用更加稳定可靠，抗干扰能力更强且使用方便的PLC模块，在主机PLC上加装集成的施耐德TM2DOCKN和TM218模块来进行温度量采集和处理，其中TM218具备RS485和以太网同时输出，简化了采集装置，优化了数据通道。

TM218是施耐德电气推出的超高性能、超强扩展能力的新一代PLC，具有接口功能丰富、集成度较高和组态可扩展等特点，采用交流220 V供电，配备24路DI、16路D0、4通道高速计数、2PT0、2路模拟量输入和2路模拟量输出；同时可通过MBS接口对外进行通信。上述特性不仅完全满足了本系统中开关量输入/输出、模拟量输入和与上位机通信的基本要求，同时为后期系统功能的升级与优化留出了较大空间，所有监测开关量送入PLC令用模入转换模块进行数据处理。

施工方案是拆除原温度巡检仪，原测温系统的热电阻保留，热电阻接到加装的TM2DOCKN模拟量采集模块上面。主机组在运行时，测温热电阻在工作时输出的电压信号属于模拟信号，根据在任何情况下被测温度都不可能发生突跳的特性，所以测得的电压信号无论在时间上还是在数量上都是连续的，这個电压信号在连续变化过程中的任何一个取值都是具体的物理意义，即表示一个相应的温度，因此采集热电阻的电压信号经换算即为主机的实时温度信息。

在现场主机PLC控制柜中加装施耐德TM218小型编程控制器，对采集模块TM2DOCKN传输过来的数据进行实时处理，通过RS485信号传输到主机泵PLC处理器，再通过RS485信号传送到现场的施耐德XBTGT5330触摸显示屏，供现地运行人员巡检查看，同时TM218通过以太网关把信号传输到上位机，供自动化监控系统使用，如图5.1所示。

上位机温度通讯重新改造后，界面重新进行了优化调整，主机泵运行界面可以直接监控每台主机运行的重要电气参数和温度参数，如图5.2所示。同时对各温度量的报警信号和跳闸信号做出了相应的PLC程序设置，当温度量超过设定报警温度值时，上位机会发出报警信号，提醒运行人员及时进行检查并采取措施。当温度超过设定跳闸温度时，上位機会发出指令到高压室真空开关，自动跳闸，主机泵停机。

此次测温系统升级改造也提升了枢纽的自动化运行管理水平，通过中控室上位机的有效检测和控制，实现少人值守，现场无人值班的管理水平。

六、改造后的测温系统使用情况

测温系统改造后，经过泵站一年多的开机运行，特别是2016年厄尔尼诺现象带来的无锡地区降水量剧增，泵站开机运行时间比往年更多更密集，该套温度采集系统没有出现温度采集不到或不更新需要重启的故障，温度采集量精准，更新及时，与现场触摸显示屏以及中控室上位机通讯稳定，非常符合现代大中型泵站长期运行的要求。

七、结论

由于采用了 M218等模块化元器件设计取代了原有的温度巡检仪，不仅精简了设备，减少了故障点，同时还提高了温度采集与通讯的可靠性，该控制系统具有安全可靠、运行稳定、使用简便，便于后期维护等特点，为大中型水利枢纽泵站的安全运行提供了强有力的保障。

参考文献：

[1]涂丽琴. PLC M218 在水电站油压装置控制系统中的应用.长江科学院院报，2013.

[2]闫坤.电气与可编程程序控制器应用技术.北京.清华大学出版社，2007.

[3]于庆广.可编程控制器原理及系统设计.北京.清华大学出版社，2004.

作者简介：张继来（1981.11-），男（汉族），江苏无锡市，硕士研究生，无锡市城市防洪工程管理处，工程师，研究方向为大型泵站技术管理。