水电站上下游水位监测系统的应用研究
2016-12-14杜应军
杜应军
水电站上下游水位监测系统的应用研究
杜应军
结合某水电站上下游水位监测系统的设计开发，介绍了一种基于IFIX的PLC+上位机的上下游水位监测装置，易推广，易操作，维护便利，对水电站的长期可靠运行意义重大。
水电站 水位监测系统 开发
目前，国内的水电站水位监测系统大多采用前段传感器+后台二次仪表的检测、显示方式，并通过二次仪表将相关数据传送至电站SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition)系统，用于机组自动控制。这种水位监测方式不但系统结构繁琐，并且硬件配置种类较多，需要现场维护人员熟悉众多厂家的仪表参数整定模式；由于二次仪表通讯协议缺乏统一性，常造成信号传输通信困难；此外，由于二次仪表型号更新周期短，也常存在备品备件难以采购等问题。
鉴于上述原因，开发基于通用硬件设备的水位监测装置，易推广，易操作，维护便利，对于水电站的长期可靠运行意义重大。下面结合某水电站水库上下游水位监测系统的研究应用，介绍一种基于IFIX的PLC+上位机的上下游水位监测装置。
1 系统配置及主要功能
经需求分析，设计开发的水位监测装置采用PLC+上位机的结构，通过PLC采集水库上下游水位、水温及闸门开度等主要信息，并利用上位机实现集中运算、显示、报警和存储等功能。系统配置如下：
（1）服务器、客户机。英特尔R酷睿TMi3-4160处理器(3M缓存,3.60 GHz)，4GB或更大容量内存，500G或更大硬盘空间的计算机。
（2）操作系统。Microsoft Windows 7 x86操作系统。
（3）运行平台。IFIX 5.5，IIS（Internet Information Services，互联网信息服务）6.0。
（4）数据库系统。Microsoft SQL Server 2008 Express Edition
该系统可实现水库上下游水位、水温及闸门开度等关键信息的实时监测，并具备工艺过程显示、过程动态数据显示、实时报警及历史报警、实时趋势及历史趋势、用户权限管理以及报表查询、自动存储等功能。
1.1画面显示
该上位机系统主页面内容包含的信息量较大，包括工艺过程显示、动态数据显示、关键信息提示、重要参数标定以及重大报警信息显示等。
1.2报警功能
上位机系统对于报警方式设计的是2种界面，一是声光结合发出报警信号，二是操作界面跳出报警窗口并加文字注释的形式，确保在第一时间让值班人员能够接收到报警产生的原因和位置，确保安全平稳生产。报警的基本功能包括：信号为0（false）报警、信号为1（true）报警、变化报警、高报警、高高报警、低低报警、低报警等等。
1.3趋势功能
趋势曲线分实时趋势曲线和历史趋势曲线2种。IFIX提供的趋势曲线控件功能既可以把实时趋势曲线及时显现，又可以对某一时间段的历史趋势曲线调用呈现。趋势曲线是用来反应变量随时间的变化情况，上位机根据PLC系统可提供的趋势曲线，主要包括各部位中的进出站压力参数和闸门高度、差压、温度以及压力等参数的趋势曲线。
1.4权限管理
在上下游水位监测系统中的某些重要操作，需要根据其登陆用户而分配不同等级的权限，在用户登录时，操作人员只需要输入预先分配的用户名和密码即可登录。
1.5报表的查询及存档管理
上位机系统将对下属PLC所采集的重要数据进行历史存盘，并通过报警查询页面进行报警查询，本系统采用的报表形式为日报表，系统将在每日固定时间生成前一天的数据报表，并将之保存在系统硬盘内。
2 系统结构流程及数据库结构设计
本系统的设计包括系统的流程设计、数据库结构设计、Web发布系统等。
2.1系统结构及流程
电站上下游水位监测系统画面显示、报警、趋势分析、权限管理和报表等功能。其系统结构流程见图1。
图1 系统结构流程图
2.2数据库结构设计
数据库设计是整个系统设计的关键，本系统选择SQL Server 2008进行数据库管理。
2.2.1概念模型设计
概念数据模型用来建立信息世界的数据模型，强调语义表达，描述信息结构。根据前面的需求分析，可以得出与本系统有关的各种实时数据及历史报警数据。各自的具体属性包括用户登录信息、操作员记录、历史报警和历史数据存储等记录。
2.2.2逻辑模型设计
逻辑数据模型主要内容包括所有的实体和关系，定义每个实体的主键，指定实体的外键，确定每个实体的属性，并且需要进行范式化处理。根据前面的概念数据模型，作进一步的分解和细化，即可得到本系统的数据库表结构。
2.3Web发布系统
系统采用B/S（浏览器/服务器）模式，架设1台Web服务器，Web服务器通过装有双网卡隔离的数据服务器获得数据。用户通过IE浏览器发送请求，Web服务器响应用户请求，发送内容到用户IE客户端，从而实现信息浏览。
系统采集到实时数据后，需要对其数据包进行解析、整理和优化，存入数据接收服务器内存数据结构中，Kingview平台对数据进行分析，形成以文字、图形、报表、语音和声光等多种方式表示的直观画面。考虑到对原有系统界面的还原，界面仿照原有系统进行呈现，通过Web发布功能实现中心调度信息化系统网页发布。
在完成以上内容后，服务器上已经实现了对原始数据的采集、处理、重现和存储，Web发布功能将实现全厂范围内相关领导及操作人员信息的获取。
3 系统开发实现的效果
本系统采用GE公司的IFIX5.5平台，利用Microsoft SQL Server 2008作为数据库服务端，采用VBA、HAD、ODBC等技术，顺利实现了相关的系统功能。
通过模拟实验真实的现场情况，采用网络化、数字化的手段实现对某水电站上下游水位采集系统的实时监测，并将其重要数据进行存储归档，辅以趋势曲线图、棒图等分析工具，对相关数据进行历史分析以及画面显示功能。
根据水电站水位监测的具体要求，开发设计的基于PLC+上位机的上下游水位监测系统，经过初步运用、测试，具有高可靠性、配置灵活、安装维护简单方便的特点，运行效果良好。
4 结语
目前，整个系统已完成测试，并小范围用工程实践，下阶段可根据用户需求进一步研究、完善这种具有通用硬件基础水位监测应用系统，对于实际生产运行意义重大，随着今后对该系统的开发研究不断完善，必将具有更加广阔的市场前景！
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杜应军 男 高级工程师 新疆新华水电投资股份有限公司 新疆乌鲁木齐 830061
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（2016-09-18）
