《控制與傳動(dòng)》2012年第2期 和利時(shí) 石連東 王衛(wèi) 張開爾
1概述
排澇泵站是我國水利的重要組成部分。為了合理開發(fā)、利用、節(jié)約和保護(hù)水資源，防治水澇災(zāi)害，實(shí)現(xiàn)水資源可持續(xù)利用，實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)水利向現(xiàn)代水利轉(zhuǎn)變，排澇泵站及泵站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的建設(shè)至關(guān)重要。
排澇泵站工程的排澇效益以平原湖區(qū)最為顯著。如湖北的江漢平原、廣東的珠江三角洲、東北的三江平原、浙江的杭嘉湖地區(qū)以及洞庭湖、鄱陽湖、太湖、巢湖的周邊地區(qū)。
在農(nóng)業(yè)排澇方面，以我國排澇面積最大、裝機(jī)容量最多的湖北省為例。在最近的三十多年中，先后戰(zhàn)勝了七次特大洪澇災(zāi)害。其中在1991年歷史罕見的特大洪水中，排澇泵站發(fā)揮了骨干作用，日排水量為4.2億m3，累計(jì)排水量近100億m3，當(dāng)年泵站排澇減災(zāi)效益達(dá)160億元。
本文所研究的排澇泵站為湖北省某排澇泵站，該泵站為堤后式泵站，由14臺(tái)155kw水泵組成，總裝機(jī)2175kw，設(shè)計(jì)排水能力21m3/s。該泵站為改造泵站，自1976年建成至今，全部為手動(dòng)控制，無法實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控功能。
2排澇泵站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能
2.1排澇泵站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)組成
整個(gè)系統(tǒng)由1套上位監(jiān)控系統(tǒng)和3個(gè)現(xiàn)地控制單元組成，如圖1所示。在中央控制室配置兩套監(jiān)控計(jì)算機(jī)，每套計(jì)算機(jī)配置一套監(jiān)控組態(tài)軟件，1臺(tái)打印機(jī)用于打印報(bào)表，一套聲光報(bào)警設(shè)備，用于實(shí)時(shí)故障報(bào)警。在現(xiàn)地控制單元，每7個(gè)機(jī)組設(shè)置一套PLC和一套觸摸屏，全廠公用系統(tǒng)設(shè)置一套PLC和一套觸摸屏。現(xiàn)地控制單元的PLC選用和利時(shí)的LK冗余系統(tǒng)，每套PLC由電源模塊，冗余的CPU，數(shù)字量輸入、輸出模塊，模擬量輸入、輸出模塊、通訊模塊及背板組成。觸摸屏選用和利時(shí)HT6A00TE觸摸屏，用于在現(xiàn)地對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的監(jiān)控。
圖1排澇泵站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)組成
2.2排澇泵站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及通訊方式
整個(gè)系統(tǒng)主干傳輸網(wǎng)采用100Mbps工業(yè)以太網(wǎng)，支持IEEE802.3規(guī)約和標(biāo)準(zhǔn)的TCP/IP協(xié)議；也可采用工業(yè)級(jí)專用控制局域網(wǎng)，該控制網(wǎng)具備確定性和可重復(fù)性及I/O共享，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的高速傳輸和實(shí)時(shí)控制，傳輸介質(zhì)為五類雙絞線。。
LK通過以太網(wǎng)與觸摸屏進(jìn)行通訊，通過觸摸屏可以實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)組的現(xiàn)地控制。LK背板上集成了DP通訊接口，并且配備有LK239串口通訊模塊，使得與第三方設(shè)備進(jìn)行通訊非常方便。
2.3排澇泵站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)功能
泵站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)采用冗余配置的LK系列大型PLC對(duì)全站泵組、電氣系統(tǒng)進(jìn)行有效監(jiān)視和控制。對(duì)系統(tǒng)過程的工藝參數(shù)、電氣參數(shù)和設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)、控制、聯(lián)鎖和報(bào)警以及報(bào)表打印，通過使用一系列通訊鏈，完成整個(gè)工藝流程所必需的數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)通訊、順序控制、時(shí)間控制、回路調(diào)節(jié)及上位監(jiān)視和管理作用。
在機(jī)組現(xiàn)地控制單元，LK通過硬接線的方式采集機(jī)組輔助設(shè)備、泵站電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)、水位、溫度、電壓電流等信號(hào)。控制信號(hào)主要是對(duì)電機(jī)的啟停進(jìn)行控制。
在公用設(shè)備現(xiàn)地控制單元，主要是對(duì)斷路器的狀態(tài)、變壓器的油位、油溫、以及泵站的上下游水位和一些設(shè)備的故障、超限超量程信號(hào)進(jìn)行采集，并對(duì)斷路器、信號(hào)燈進(jìn)行控制。
3排澇泵站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的軟件實(shí)現(xiàn)
3.1排澇泵站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)PLC程序?qū)崿F(xiàn)
在機(jī)組現(xiàn)地控制單元，由于每臺(tái)機(jī)組的容量較小，為三相異步電機(jī)，采用軟啟動(dòng)器進(jìn)行啟停控制，機(jī)組現(xiàn)地控制單元PLC主要實(shí)現(xiàn)水泵的啟停控制。
斷路器合閘條件：遠(yuǎn)程就地開關(guān)在遠(yuǎn)程位置且投入禁止開關(guān)處于投入位置且電機(jī)斷路器處于分閘位置且上位機(jī)發(fā)合閘命令。
水泵的啟動(dòng)條件：遠(yuǎn)程就地開關(guān)在遠(yuǎn)程位置且投入禁止開關(guān)處于投入位置且電機(jī)斷路器處于合閘位置且上位機(jī)發(fā)啟動(dòng)命令。
水泵的啟動(dòng)復(fù)位條件：軟啟動(dòng)器保持啟動(dòng)輸出后20s且電機(jī)處于運(yùn)行信號(hào)。
斷路器分閘條件：遠(yuǎn)程就地開關(guān)在遠(yuǎn)程位置且投入禁止開關(guān)出于投入位置且電機(jī)斷路器處于合閘位置且上位機(jī)發(fā)分閘命令。
圖2水泵基本啟停控制梯形圖程序
表11#電機(jī)控制點(diǎn)表
在公用現(xiàn)地控制單元，主要監(jiān)控主變高壓側(cè)兩路斷路器開關(guān)合分閘、主變低壓側(cè)兩路斷路器開關(guān)和母聯(lián)開關(guān)合分閘。
斷路器合閘條件：遠(yuǎn)程就地開關(guān)在遠(yuǎn)程位置且投入禁止開關(guān)在投入位置且遠(yuǎn)程遙控合閘且上述三個(gè)條件保持1s。
斷路器分閘條件：遠(yuǎn)程就地開關(guān)在遠(yuǎn)程位置且投入禁止開關(guān)在投入位置且遠(yuǎn)程遙控分閘且上述三個(gè)條件保持1s。
圖1斷路器合分閘控制梯形圖程序
表2主變高壓側(cè)斷路器控制點(diǎn)表
1.1排澇泵站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)PLC程序?qū)崿F(xiàn)
觸摸屏實(shí)現(xiàn)的主要功能：遠(yuǎn)程監(jiān)視各斷路器的合分閘狀態(tài)、遠(yuǎn)程監(jiān)視各機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)、遠(yuǎn)程控制各斷路器合分閘、遠(yuǎn)程控制各機(jī)組的啟停。
圖1機(jī)組運(yùn)行控制觸摸屏界面
圖2機(jī)組運(yùn)行開關(guān)量監(jiān)視觸摸屏界面
圖3斷路器控制觸摸屏界面
2系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)
在現(xiàn)在常用的泵站常用配置中，計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)配置趨于豪華，通常在較小的機(jī)組中也采用與大中型泵站相同的配置，每套機(jī)組配置一套現(xiàn)地控制單元，每套現(xiàn)地控制單元中配置一套PLC，這種豪華的配置即造成了電源模塊、機(jī)柜、建筑空間的浪費(fèi)，又使的系統(tǒng)在組網(wǎng)、通訊、數(shù)據(jù)采集和工程調(diào)試變得復(fù)雜。并且與系統(tǒng)安全性能要求和實(shí)際情況并不匹配。
本系統(tǒng)采用簡化的冗余系統(tǒng)配置，14套泵組配置兩套冗余PLC控制，即提高了控制系統(tǒng)的安全性能，簡化了系統(tǒng)配置。在機(jī)組運(yùn)行過程中，能夠通過程序?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，為泵站的節(jié)能減排做出貢獻(xiàn)。
采用和利時(shí)LK系列大型PLC冗余系統(tǒng)進(jìn)行的泵站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，大大提高了系統(tǒng)的安全性，簡化了系統(tǒng)配置，使機(jī)組經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)無人值守，提高了工作效率。
