|
石連東1 王衛2 張開爾1
（1 北京和利時自動化驅動技術有限公司，100176）
(2 廣州軍區聯勤部指揮自動化工作站網絡室，510063)
摘 要 排澇泵站在平原湖區的排澇效益顯著，本文介紹了基於和利時公司的LK係列大型冗餘PLC的排澇泵站計算機監控係統。該係統為冗餘CPU配置、冗餘電源配置、冗餘以太網及冗餘的總線配置。與上位通過以太網的方式進行通訊，保證係統數據傳輸實時性及控製係統穩定、高效運行。
關鍵詞 LK PLC；排澇泵站計算機監控係統；冗餘係統。
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、利用、節(jie)約(yue)和(he)保(bao)護(hu)水(shui)資(zi)源(yuan)，防(fang)治(zhi)水(shui)澇(lao)災(zai)害(hai)，實(shi)現(xian)水(shui)資(zi)源(yuan)可(ke)持(chi)續(xu)利(li)用(yong)，實(shi)現(xian)傳(chuan)統(tong)水(shui)利(li)向(xiang)現(xian)代(dai)水(shui)利(li)轉(zhuan)變(bian)，排(pai)澇(lao)泵(beng)站(zhan)及(ji)泵(beng)站(zhan)計(ji)算(suan)機(ji)監(jian)控(kong)係(xi)統(tong)的(de)建(jian)設(she)至(zhi)關(guan)重(zhong)要(yao)。
排澇泵站工程的排澇效益以平原湖區最為顯著。如湖北的江漢平原、廣東的珠江三角洲、東北的三江平原、浙江的杭嘉湖地區以及洞庭湖、鄱陽湖、太湖、巢湖的周邊地區。
在農業排澇方麵，以我國排澇麵積最大、裝機容量最多的湖北省為例。在最近的三十多年中，先後戰勝了七次特大洪澇災害。其中在1991年曆史罕見的特大洪水中，排澇泵站發揮了骨幹作用，日排水量為4.2億m3，累計排水量近100億m3，當年泵站排澇減災效益達160億元。
本文所研究的排澇泵站為湖北省某排澇泵站，該泵站為堤後式泵站，由14台155kw水泵組成，總裝機2175kw，設計排水能力21m3/s。該泵站為改造泵站，自1976年建成至今，全部為手動控製，無法實現遠程監控功能。
2.1 排澇泵站計算機監控係統組成
整個係統由1套上位監控係統和3個現地控製單元組成，如圖1所示。在中央控製室配置兩套監控計算機，每套計算機配置一套監控組態軟件，1台打印機用於打印報表，一套聲光報警設備，用於實時故障報警。在現地控製單元，每7個機組設置一套PLC和一套觸摸屏，全廠公用係統設置一套PLC和一套觸摸屏。現地控製單元的PLC選用和利時的LK冗餘係統，每套PLC由電源模塊，冗餘的CPU，數字量輸入、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HT6A00TE觸摸屏，用於在現地對現場設備的監控。
圖1 排澇泵站計算機監控係統組成
2.2 排澇泵站計算機監控係統網絡結構及通訊方式
整個係統主幹傳輸網采用100Mbps工業以太網，支持IEEE802.3規約和標準的TCP/IP協議；也可采用工業級專用控製局域網，該控製網具備確定性和可重複性及I/O共享，實現數據的高速傳輸和實時控製，傳輸介質為五類雙絞線。。
LK通過以太網與觸摸屏進行通訊，通過觸摸屏可以實現對機組的現地控製。LK背板上集成了DP通訊接口，並且配備有LK239串口通訊模塊，使得與第三方設備進行通訊非常方便。
2.3 排澇泵站計算機監控係統功能
泵站計算機監控係統采用冗餘配置的LK係列大型PLC對全站泵組、電氣係統進行有效監視和控製。對係統過程的工藝參數、電氣參數和設備運行狀態進行監測、控製、聯鎖和報警以及報表打印，通過使用一係列通訊鏈，完成整個工藝流程所必需的數據采集、數據通訊、順序控製、時間控製、回路調節及上位監視和管理作用。
在機組現地控製單元，LK通過硬接線的方式采集機組輔助設備、泵站電機運行狀態、水位、溫度、電壓電流等信號。控製信號主要是對電機的啟停進行控製。
在公用設備現地控製單元，主要是對斷路器的狀態、變壓器的油位、油溫、以及泵站的上下遊水位和一些設備的故障、超限超量程信號進行采集，並對斷路器、信號燈進行控製。
3 排澇泵站計算機監控係統的軟件實現
3.1 排澇泵站計算機監控係統PLC程序實現
在機組現地控製單元，由於每台機組的容量較小，為三相異步電機，采用軟啟動器進行啟停控製，機組現地控製單元PLC主要實現水泵的啟停控製。
斷路器合閘條件：遠程就地開關在遠程位置且投入禁止開關處於投入位置且電機斷路器處於分閘位置且上位機發合閘命令。
水泵的啟動條件：遠程就地開關在遠程位置且投入禁止開關處於投入位置且電機斷路器處於合閘位置且上位機發啟動命令。
水泵的啟動複位條件：軟啟動器保持啟動輸出後20s且電機處於運行信號。
斷路器分閘條件：遠程就地開關在遠程位置且投入禁止開關出於投入位置且電機斷路器處於合閘位置且上位機發分閘命令。
圖2 水泵基本啟停控製梯形圖程序
表1 1#電機控製點表
|
序號 |
信號點名 |
信號類型 |
信號含義 |
信號狀態說明 |
|
0 |
1 |
|
1 |
SA1 |
DI |
遠程/就地切換 |
遠程 |
就地 |
|
2 |
SA2 |
DI |
投入/禁止切換 |
禁止 |
投入 |
|
3 |
DJ1_YX |
DI |
1#電動機運行信號 |
停止 |
運行 |
|
4 |
QF1_H |
DI |
1#電機斷路器合閘位置 |
分閘位置 |
合閘位置 |
|
5 |
MID0 |
COM |
遙控啟動1#軟啟動器 |
啟動無效 |
啟動 |
|
6 |
MID1 |
COM |
遙控合1#電機斷路器 |
合閘無效 |
合閘輸入 |
|
7 |
MID2 |
COM |
遙控分1#電機斷路器 |
分閘無效 |
分閘輸出 |
|
8 |
MCD1 |
COM |
1#電動機軟啟啟動成功 |
無效 |
啟動成功 |
|
9 |
MID21 |
COM |
遙控停1#電動機軟啟 |
停止無效 |
停止輸出 |
|
10 |
KO0 |
DO |
1#電機軟起啟動 |
關閉輸出 |
啟動輸出 |
|
11 |
KO1 |
DO |
1#電動機斷路器合閘出口 |
合閘無效 |
合閘輸出 |
|
12 |
KO2 |
DO |
1#電動機斷路器分閘出口 |
分閘無效 |
分閘輸出 |
在公用現地控製單元，主要監控主變高壓側兩路斷路器開關合分閘、主變低壓側兩路斷路器開關和母聯開關合分閘。
斷路器合閘條件：遠程就地開關在遠程位置且投入禁止開關在投入位置且遠程遙控合閘且上述三個條件保持1s。
斷路器分閘條件：遠程就地開關在遠程位置且投入禁止開關在投入位置且遠程遙控分閘且上述三個條件保持1s。
圖3 斷路器合分閘控製梯形圖程序
表2 主變高壓側斷路器控製點表
|
序號 |
信號點名 |
信號類型 |
信號含義 |
信號狀態說明 |
|
0 |
1 |
|
1 |
SA1 |
DI |
遠程/就地切換 |
遠程 |
就地 |
|
2 |
SA2 |
DI |
投入/禁止切換 |
禁止 |
投入 |
|
3 |
MID0 |
COM |
遙控合1#主變高壓側開關 |
合閘無效 |
合閘輸入 |
|
4 |
MID1 |
COM |
遙控分1#主變高壓側開關 |
分閘無效 |
分閘輸入 |
|
5 |
KO0 |
DO |
1#主變高壓側開關合閘出口 |
合閘無效 |
合閘輸出 |
|
6 |
KO1 |
DO |
1#主變高壓側開關分閘出口 |
分閘無效 |
分閘輸出 |
3.2 排澇泵站計算機監控係統PLC程序實現
觸摸屏實現的主要功能：遠程監視各斷路器的合分閘狀態、遠程監視各機組的運行狀態、遠程控製各斷路器合分閘、遠程控製各機組的啟停。
圖4 機組運行控製觸摸屏界麵
圖5 機組運行開關量監視觸摸屏界麵
圖6 斷路器控製觸摸屏界麵
4 係統優點
在(zai)現(xian)在(zai)常(chang)用(yong)的(de)泵(beng)站(zhan)常(chang)用(yong)配(pei)置(zhi)中(zhong)，計(ji)算(suan)機(ji)監(jian)控(kong)係(xi)統(tong)配(pei)置(zhi)趨(qu)於(yu)豪(hao)華(hua)，通(tong)常(chang)在(zai)較(jiao)小(xiao)的(de)機(ji)組(zu)中(zhong)也(ye)采(cai)用(yong)與(yu)大(da)中(zhong)型(xing)泵(beng)站(zhan)相(xiang)同(tong)的(de)配(pei)置(zhi)，每(mei)套(tao)機(ji)組(zu)配(pei)置(zhi)一(yi)套(tao)現(xian)地(di)控(kong)製(zhi)單(dan)元(yuan)，每(mei)套(tao)現(xian)地(di)控(kong)製(zhi)單(dan)元(yuan)中(zhong)配(pei)置(zhi)一(yi)套(tao)PLC，這種豪華的配置即造成了電源模塊、機櫃、建築空間的浪費，又使的係統在組網、通訊、數據采集和工程調試變得複雜。並且與係統安全性能要求和實際情況並不匹配。
本係統采用簡化的冗餘係統配置，14套泵組配置兩套冗餘PLCkongzhi，jitigaolekongzhixitongdeanquanxingneng，jianhualexitongpeizhi。zaijizuyunxingguochengzhong，nenggoutongguochengxushixianxitongdejingjiyunxing，weibengzhandejienengjianpaizuochugongxian。
采用和利時LK係列大型PLC冗(rong)餘(yu)係(xi)統(tong)進(jin)行(xing)的(de)泵(beng)站(zhan)計(ji)算(suan)機(ji)監(jian)控(kong)係(xi)統(tong)，大(da)大(da)提(ti)高(gao)了(le)係(xi)統(tong)的(de)安(an)全(quan)性(xing)，簡(jian)化(hua)了(le)係(xi)統(tong)配(pei)置(zhi)，使(shi)機(ji)組(zu)經(jing)濟(ji)運(yun)行(xing)，實(shi)現(xian)無(wu)人(ren)值(zhi)守(shou)，提(ti)高(gao)了(le)工(gong)作(zuo)效(xiao)率(lv)。
參考文獻
[ 2 ] 欒鴻儒. 水泵及水泵站[M], 中國水利水電出版社. 2009.
[ 3 ] 郭旭芳, 泵站綜合監控係統研究與應用[D], 西南交通大學. 2005.
[ 4 ] 王定一. 水電廠計算機監視與控製[M]. 北京: 中國電力出版社. 2001
[ 5 ] 和利時公司. LK大型可編程控製器指令手冊，2008
[ 6 ] 尹剛. 全國泵站現狀存在問題及發展[J], 水電站、泵站自動化技術谘詢網. 2010
第一作者簡介
石連東(1984-)，男，工學碩士，PLC行業技術經理，具有豐富的PLC控製係統的硬件成套和軟件編程及現場調試工程經驗。目前從事PLC在水利水電行業的應用研究。
|
