GE监控系统在大型排涝泵站的应用

李俊杰　苏文瑶

（益阳市大东口（明山）电排管理站　益阳市　413200）

GE监控系统在大型排涝泵站的应用

李俊杰苏文瑶

（益阳市大东口（明山）电排管理站益阳市413200）

某大型泵站经过两次更新改造，2009年泵站计算机监控系统采用390-30PLC系列及人机界面软件，2013年将1#机组、4#机组及公用设备升级为PAC3i系列。改造后经过实践运行效果良好。文章从实践上介绍了GE公司监控系统在大型排涝泵站的成功应用。

GE监控系统自动化应用大型排涝泵站

某大型泵站位于益阳市南县明山头镇，是一个具有防洪、排涝等功能的综合水利工程。泵站工程始建于1974年，1977年竣工受益。经过1993～2005年及2007～2009年2次更新改造后，现装机总容量为13 800 kW，总流量150 m3/s。在2009年更新改造中，泵站计算机监控系统采用了GE公司的90-30PLC系列及人机界面软件，实现了通过监控工作站及人机界面软件进行机组自动化操作、系统的联锁保护，另于2013年的自动化升级改造中，将1#机组、4#机组及公用设备升级为PAC 3i系列，形成一种混搭模式，经过一个汛期的考验正常运行。其监控中心位于泵站中控室，监控整个泵站设备运行情况，包括6台套机组、相关辅助设施监控、供水系统、排水系统、微机保护和高低压配电控制系统，还包括进、出水池水位等水文点。

1　系统结构

泵站的计算机监控系统采用符合国际标准的开放系统的要求进行设计和建设，监控网络由1#～6#机组LCU、公用设备LCU、工作站等设备组成计算机网络，组网采用超五类屏蔽双绞线组成星型局域网，协议为TCP/IP，系统结构见图1。

2　系统功能

监控系统在功能上分为监控站和现地控制单元。监控站设立2台工作站、1台打印机及模拟屏。现地控制单元的采用GE公司系列PLC及PAC系统，PLC系统由4套90-30 PLC组成，控制2#、3#、5#、6#机组，PAC系统由3套PAC3i PLC组成，控制1#、4#及公用设备。监控站和现地控制单元通过以太网线连接，组成一个监控网络。

（1）计算机监控及网络系统通过各种传感器，全方位采集机组和辅助设备，电气设备及周边设施，内外河水位，监视和控制泵站内各种设备的运行和操作，实现泵站的主要设备和线路的动态监视、测量、自动控制和保护，实现泵站机组优化运行，调度通信，实现泵站工程管理自动化，采用有人值班（或巡检）方案。

（2）泵站为6台机组设置一套LCU（现地控制单元），并设置一套公用设备LCU。

机组LCU按机组对象单独设置，负责采集每台机组设备的运行数据及状态。对数据进行处理，并将处理的数据发送至中控层，接受并处理中控层发来的各种命令，实现对所属设备的自动控制。机组LCU完成机组的顺序控制，自动投入机组技术供水、微机PLC装置、机组排风扇，完成机组运行状态数据采集处理，实现机组运行状态的控制和调节及机组温度巡检等，运行界面如图2所示。

图1　泵站计算机监控结构

图2　LCU人机软件画面

公用设备LCU完成站用变、线路的运行状态和数据采集处理，实现各侧断路器的分、合闸控制。对辅机设备、防洪闸、内外河水位、技术供水压力监测及直流220伏电源系统等的监视。

为每台LCU控制屏设置1台现地工业触摸屏监控设备运行，具有次高优先级的控制权，当控制屏的远方/现地切换开关在现地位置时，人机会话单元上对设备发出命令，对机组断路器、辅助设备进行操作，还能闭锁来自中控层的操作命令。

（3）中控层设置2台监控操作工作站，具有双机热备功能。在LCU控制屏的远方/现地切换开关在远方位置时，可操作机组断路器、辅助设备。

3　机组设备监控内容

泵站机组监控由机组LCU柜执行。根据《泵站设计规范》（GB/T 5026-97）和《水利发电计算机监控系统设计规范》（DL/T 5065-96）的有关要求，其监控内容为：

（1）机组运行数据监测。周期定时扫查和采集机组的运行状态。对主要测值进行越限检查与报警，记录越限点号，发生时间，越限值，并对有关模拟量前后两次数值进行梯度变化率检查，当变化梯度越限时进行报警或其他处理。

（2）进行工况切换和操作。接受控制中心的控制命令或本地操作，完成机组的运行工况转换，设备运行方式的转换，实现开、停泵，断路器分合操作等。对关键操作进行有效性检查和闭锁保护。

（3）对事件和事故、故障进行顺序记录。对机组运行操作事件、事故和故障顺序记录，并存入本地数据库。

4　主要监控对象

（1）电动机微机保护。

（2）电动机非电量保护：电动机定子温度监测及保护、电动机油位监测及保护。

（3）水泵非电量保护：水泵技术供水压力监测及保护、水泵轴承冷却水故障保护。

（4）机组监控。PLC输出接点控制合、跳电动机断路器和开机、抽水；PLC输入接点监测手动开机、手动停机、现地控制、远程控制和微机保护给出的合、跳电动机断路器开关工作状态。

（5）辅机监控：叶片调角机构、微机励磁调节装置、冷却水电池阀、进、出水池水位限值监测、机组排风扇监控。

5　监控软件

监控软件分成两部分：平台软件和应用软件。

（1）平台软件包含操作系统、数据库系统等。为方便系统兼容和软件升级，平台软件采用了微软的产品：2台监控工作站的操作系统均为MS Windows XP SP3，数据库系统为MS SQL Server2000版本。

（2）应用软件由现地控制层的PLC/PAC 3i软件、LCU人机软件和中控室监控工作站应用软件组成。PLC完成基本的控制逻辑和采集工作，LCU的人机软件提供人机交互的界面，完成本地的参数设置和采集工作。监控工作站应用软件主要由运行监视与控制软件、报表软件、实时和历史数据库、数据采集处理软件、通迅软件、时钟同步软件以及模拟屏、培训软件等组成。所有应用软件均有二级用户操作权限控制。

① 数据库和软件建设。由实时数据库和历史数据库组成，实时数据库主要有6台套机组LCU、共用LCU和其它微机保护装置传来的各种实时模拟量、数字量和开关量以及监控单元发送的实时操作和事件记录，实时数据库保存当天最新的数据。历史数据库主要有各监控单元的历史采集数据和运行参数表，泵站各水利机械、电气设备和水工建筑物的基本情况，管理调度信息，各顺序事件、故障和事故记录，以及电气接线图、运行工况图，运行方式模型和有关公式的计算参数、系统参数。系统权限等表。

开发相应的数据库维护系统，对基本信息和系统信息进行设置，提供数据备份功能，主要有：实时数据库管理模块、历史数据库管理模块、记录数据库管理模块、参数数据库管理模块、计算数据库管理模块、数据导入导出模块。

②数据采集与处理软件。监控应用软件的数据处理功能包括：校验传输误差及进行数据传输差错控制，对重要监视量如温度进行趋势分析，显示泵组功率。上下游水位等运行曲线。其主要功能组成为：各I/O通道轮巡、数据预处理、事件顺序记录、报警。

③通讯软件。数据通讯软件主要完成采集数据的接收以及各类参数、命令的数据的发送，用于泵站监控系统现地控制单元之间、泵站控制层与现地控制单元之间的遥信、遥测量传送。主要功能为：通讯参数设置、事件顺序记录。主要协议为：TCP/IP、MODBUS。

④运行监视和控制软件。监控工作站通过该软件界面和菜单选择实现对泵站主要运行参数、事故、故障、状态和开停机过程以数字、文字、图形、表格、曲线等形式进行动态显示或模拟显示，运行界面如图3所示。

图3　监控工作站运行画面

⑤系统诊断。系统设备硬件故障诊断包括对主计算机外围设备、通信接口和IO通道等设备进行在线和离线诊断。具有软件故障诊断功能，可以对软件进行在线诊断，诊断出故障软件功能块并发报警信号。当进行系统在线诊断时，不影响计算机监控系统对泵站设备的监控功能。

⑥用户及权限管理。系统可设置用户及用户组，并对所有用户的操作权限进行管理和控制。可以设置任意多个用户组，对每个用户组设置该用户组应有的权限。将用户设置到相应的用户组即可享有该用户组具有的权限，一个用户可以用时属于多个用户组，享有这些用户组所具有的所有权限。

6　结语

本泵站工程作为益阳市现代水利设施的样板工程进行设计规划，自动化系统取消常规的电气控制，以“无人值班、少人值守”的要求进行规划设备，采用了先进合理的设备、成熟的技术，综合利用自动化控制、微机保护、图像监视和计算机网络、通信技术，建立了先进的自动化监视和控制保护系统，提高了泵站的安全性、可靠性，充分发挥了泵站工程效益，促进了泵站工程管理的科学化、现代化，为大通湖垸减轻了内湖渍堤防汛的压力，发挥了巨大的社会经济效益。

李俊杰（1981-），男，湖南益阳人，大学本科，工程师，从事大型泵站电气继电保护及高压试验等相关工作；苏文瑶（1982-），女，湖南长沙人，大学本科，工程师，从事大型泵站电气继电保护及高压试验等相关工作。

（2015-12-24）