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摘要
本文以張家口電廠的水源地兩次遠控改造為例，闡述SCADA在此領域的應用和發展狀況。
Based on the twice ?waterhead reconstruct of Zhangjiakou power plant ,this paper introduces the application and development? of SCADA in this area.
關鍵詞
SCADA APN RTU DTU
1.概述
張家口發電廠為北京最主力供電廠，全廠8台300MW機組。其水源地一、二期工程共26口井，分別於1989年、2000年投入運行，提供8台機組發電用水及消防、生(sheng)產(chan)和(he)全(quan)廠(chang)職(zhi)工(gong)生(sheng)活(huo)等(deng)用(yong)水(shui)。水(shui)源(yuan)地(di)供(gong)水(shui)係(xi)統(tong)設(she)備(bei)能(neng)否(fou)正(zheng)常(chang)運(yun)轉(zhuan)是(shi)直(zhi)接(jie)關(guan)係(xi)到(dao)全(quan)廠(chang)安(an)全(quan)發(fa)供(gong)電(dian)以(yi)及(ji)全(quan)廠(chang)職(zhi)工(gong)生(sheng)活(huo)保(bao)障(zhang)的(de)大(da)問(wen)題(ti)。能(neng)夠(gou)進(jin)行(xing)可(ke)靠(kao)的(de)啟(qi)停(ting)控(kong)製(zhi)及(ji)各(ge)種(zhong)參(can)數(shu)的(de)及(ji)時(shi)準(zhun)確(que)反(fan)饋(kui)是(shi)確(que)保(bao)供(gong)水(shui)設(she)備(bei)安(an)全(quan)穩(wen)定(ding)運(yun)行(xing)的(de)重(zhong)要(yao)保(bao)證(zheng)。水(shui)源(yuan)地(di)井(jing)位(wei)啟(qi)停(ting)控(kong)製(zhi)及(ji)電(dian)流(liu)反(fan)饋(kui)設(she)備(bei)均(jun)是(shi)80年代初技術及產品，部分為電纜控製，係統結構很多環節都存在著很多問題。再加上設備本身質量差、絕緣強度低，所以導致多次發生電氣事故，存在的主要問題如下：
- 水源地各井位具有地理上分散、空間遠距離，現有20口井位控製係統采用長距離架空電纜遠方控製，最長的控製電纜約5.05公gong裏li，由you於yu電dian纜lan距ju離li長chang加jia上shang風feng吹chui日ri曬shai，控kong製zhi電dian纜lan的de老lao化hua狀zhuang況kuang極ji為wei嚴yan重zhong。由you於yu電dian纜lan絕jue緣yuan老lao化hua，以yi至zhi於yu啟qi一yi台tai泵beng，多duo台tai水shui泵beng聯lian啟qi，停ting一yi台tai泵beng多duo台tai水shui泵beng聯lian掉diao。由you於yu二er次ci電dian纜lan線xian路lu沿yan途tu經jing過guo的de地di麵mian情qing況kuang複fu雜za，經jing常chang遭zao受shou雷lei擊ji損sun壞huai，導dao致zhi深shen井jing泵beng控kong製zhi失shi靈ling。
- 目前由於控製電纜絕緣損壞嚴重，已經沒有備用通道，重新敷設控製電纜費用較高。而且現還有6口井不能實現遠方控製，需運行人員到就地進行啟停操作，故障時經常造成越級跳閘，嚴重影響機組安全運行。
- 掉泵及泵電機運行出故障不知道，改造後提高了對此的響應速度。
- 現對井位的各種運行參數除電流外其他都無法監視，設備改造後，將對井位電機電流、電壓、溫度、壓力以及流量等運行情況進行監視。
- 中心泵房處機電設備（10KV段，380V段，各升壓泵出口電動閥）尚無監控，改造後此部分一起並入總的監控係統。
- 廠區對水源地處設備運行狀況了解方式傳統落後（通過電話詢問方式），改造後廠區聯網計算機均可查詢水源地處設備運行狀況。
2.改造方案
（１）簡介
水源地井群監控係統采用北京大唐興業國際控製技術有限公司的DT-MCS遠程測控係統，該係統為集傳感技術、自動化控製技術、無線通信技術、網wang絡luo技ji術shu為wei一yi體ti的de高gao科ke技ji遠yuan程cheng測ce控kong係xi統tong。該gai係xi統tong能neng夠gou成cheng功gong的de解jie決jue人ren工gong遠yuan程cheng啟qi動dong停ting止zhi水shui源yuan井jing水shui泵beng的de不bu便bian與yu危wei險xian，同tong時shi大da大da地di提ti高gao了le測ce量liang精jing度du，使shi運yun行xing人ren員yuan在zai中zhong心xin泵beng房fang通tong過guo計ji算suan機ji可ke隨sui時shi直zhi觀guan地di監jian視shi和he控kong製zhi水shui源yuan地di各ge井jing位wei泵beng運yun行xing狀zhuang況kuang。從cong根gen本ben上shang解jie決jue了le運yun行xing人ren員yuan工gong作zuo多duo年nian的de問wen題ti――掉泵不知道，變壓器被盜無報警；另(ling)外(wai)，通(tong)過(guo)水(shui)源(yuan)地(di)到(dao)生(sheng)產(chan)廠(chang)區(qu)的(de)光(guang)纖(xian)電(dian)纜(lan)的(de)鋪(pu)設(she)，可(ke)將(jiang)水(shui)源(yuan)地(di)各(ge)井(jing)位(wei)運(yun)行(xing)參(can)數(shu)傳(chuan)輸(shu)到(dao)廠(chang)區(qu)網(wang)控(kong)中(zhong)心(xin)，網(wang)控(kong)人(ren)員(yuan)視(shi)情(qing)況(kuang)，通(tong)過(guo)權(quan)限(xian)的(de)設(she)置(zhi)，可(ke)對(dui)水(shui)源(yuan)地(di)各(ge)井(jing)位(wei)進(jin)行(xing)控(kong)製(zhi)，提(ti)高(gao)水(shui)源(yuan)井(jing)整(zheng)個(ge)係(xi)統(tong)的(de)自(zi)動(dong)化(hua)運(yun)行(xing)管(guan)理(li)水(shui)平(ping)。
（２）係統結構、工作原理及實現功能
1.係統結構
水源地中心泵房為本係統的控製中心，由工控機、係統監控軟件、網wang絡luo接jie入ru設she備bei共gong同tong構gou成cheng中zhong心xin主zhu站zhan，水shui源yuan地di各ge井jing位wei泵beng房fang為wei分fen站zhan，中zhong心xin泵beng房fang統tong領ling各ge分fen站zhan，通tong過guo中zhong國guo移yi動dong的de無wu線xian數shu據ju傳chuan輸shu設she備bei，實shi現xian點dian到dao多duo點dian的de通tong訊xun，從cong而er最zui終zhong實shi現xian對dui各ge井jing位wei泵beng的de遠yuan程cheng集ji中zhong監jian視shi和he控kong製zhi。
結構示意圖：
2.係統工作原理
在水源地各個井位安裝一台遠方遙控箱，控製箱內核心設備為RTU(Remote Terminal Unit)、DTU(Data Transmit Unit),RTU采集現場設備信息， DTUjiangcixinxicongkongzhixiangjingyidonggongwangjihulianwang，zuizhongchuanzhibengfangjiankongfuwuqi，fuwuqijianghuodedexinxijinxingcunchu，fenxi，zhuanfa，shuchudengdongzuo。zhengchangdexitongcaozuozaibengfangdekehuduanhewangkongdekehuduan。
3.係統的數據中心網絡接入方式
數據中心部分的網絡接入方式的選取在整個無線超遠程測控係統的實施過程中占尤為重要的一環，選好則將事半功倍。
1).一期的網絡接入方式（一期僅上了3個泵站）
針對一期無光纜接入計劃，而泵房又無直撥外線（接入直撥外線要由網通拉幾公裏的電話線），經協商我們采用了中國移動 GPRS APN 業務。如下圖
實際的物理鏈路簡化為下圖
APN(Access Point Name)，即“接入點名稱”，是用來標識GPRS的業務種類。本係統中每個無線設備均內插一張APN無線上網卡，這樣每套含卡的設備在移動公網內均有一固定IP地址。因具有相同接入點名稱的卡其IP在同一網段下，由此，數據中心對各下位站點便可實現點到多點的串口透明訪問了。
caiyongcifangshihouxitongjiejueleshujuzhongxinyouxianwangluojieburudewenti，shishuiyuandixitongzaizhongguoyidonggongwangneizichengyigexiaoxingjuyuwang，neiwangzishenchubuqu，waiwangjinbulai，baozhenglexitongdeneiwaigejue，baozhengleshujudeanquanyuxitongdewending。
2).二期網絡接入方式
我廠水源地二期改造網絡接入方式為光纜接入。
光纜加固定IP保證了數據中心的帶寬，因加了硬件防火牆且屏蔽了無用端口，同樣保證了係統數據的安全與穩定。
4.現場硬件部分
本係統現場分為兩類：遠方各井位和中心泵房處
1).遠方各井位
遠方每口井位都放一遠程控製箱,結合係統功能，其內核心設備為RTU和DTU.
現場控製器RTU
現場控製器RTU是係統最核心的硬件，它的優劣直接決定著係統品質的高低。本係統所采用的RTU北京大唐控製產的DT-M104，它是一微機監控、保護單元，是針對高低壓電力監控保護、配網監控保護、用電監控保護；化工、油田集轉油站、水源井、揚水泵站遠程控製等存在眾多三相用電的場合而專門開發的一種專門適用於三相交流電監控、保護的測控、保護單元。
DT-M104功能特點
＊三表法測量準確測量三相交流電壓、電流、有功、無功、頻率、功率因數、零序電流、零序電壓等電參量，快速數據刷新速度100次/S。測量數據刷新25次/S,也可以接成兩表法使用，兩表法下無法進行負序保護 。
＊具有4路獨立的開關量輸出，可以作為遙控、跳閘或者告警。
＊6路開關量輸入，也可以作為脈衝量輸入。
＊4路隔離直流采樣,可以接各種變送器；
＊2路RS232/RS485通信接口，支持MODBUS規約。
＊FFT算法，可計算1－7次諧波。
＊三相異步電動機的過電流保護、不平衡（負序過流）保護、接地（零序過流）保護、啟動時間過長保護、堵轉保護、反時限過負荷（熱過載）保護、欠電壓保護、過電壓保護、故障範圍判別等。
＊線(xian)路(lu)三(san)段(duan)過(guo)流(liu)速(su)斷(duan)保(bao)護(hu)，反(fan)時(shi)限(xian)速(su)斷(duan)保(bao)護(hu)，自(zi)動(dong)重(zhong)合(he)閘(zha)可(ke)以(yi)通(tong)過(guo)正(zheng)序(xu)和(he)負(fu)序(xu)電(dian)流(liu)的(de)計(ji)算(suan)，了(le)解(jie)當(dang)前(qian)電(dian)動(dong)機(ji)是(shi)正(zheng)轉(zhuan)還(hai)是(shi)反(fan)轉(zhuan)，防(fang)止(zhi)電(dian)網(wang)事(shi)故(gu)導(dao)致(zhi)相(xiang)序(xu)錯(cuo)誤(wu)而(er)導(dao)致(zhi)的(de)電(dian)動(dong)機(ji)燒(shao)毀(hui)。
2).數據通信設備GPRS DTU
係統DTU選擇為北京計算中心的MD600G,它是一款超高性能、超穩定、適用於在氣候條件惡劣的地區使用、配備完善本地和遠程調試功能的GPRS DTU產品。提供單獨的RS232配置/本地調試串口及標準RS232/485數據接口，與用戶設備即插即用；硬件設計符合電工電子產品低溫GB/T2423.1、高溫GB/T2423.2的要求，MD600G可以快速連接RTU、PLC、工控機等設備，實現串口到Internet遠程數據透明傳輸。
DTU具體的配置工作如下：
a.配置接入點名稱(APN方式)
b.配置數據中心
c.配置數據中心端口
d.配置傳輸協議
e.配置串口相關信息（波特率，起始停止位數，校驗位，流控等）
3）井位硬件回路配合
泵主回路示意圖
2)泵控製回路
現場控製器RTU數字輸出端子接井位就地控製櫃內控製回路（繼電器常開點並聯在就地控製櫃內啟動按鈕上，繼電器常閉點串聯在就地控製櫃內停止按鈕上――保證原係統功能不受影響），控製器模擬輸入接三相電壓、三相電流，泵溫度、等相關信號參量，由無線收發設備通過中國移動無線公網將采集井位信息傳至中心泵房控製中心主站。
5.中心泵房處機電設備監控
中心泵房處有10KV段，380V段，蓄水池2個，升壓泵6台，電動門，聯絡門若幹，監控參量包括電壓，電流，流量，壓力，液位，設備的啟停，故障等。
設備選型
結合本部分的功能需求，係統最終選擇了北京易控微網的不同側重的RTU(均有232口和485口),具體如下：
STC101：8DI,8DO,8AI
STC101：16DI
STC102：16DO
STC103：16AI
STC201：3U,3AI,3DO,6DI
380V段電壓電流及開關狀態的接入： STC201， STC102， STC103
10KV電壓及開關量的接入： STC201(3U,3I,3DO,6DI)
電動門，聯絡門： STC101， STC102
壓力流量液位等4――20mA接入： STC-1
現場每個RTU通過485總線設備相連，共同經過485/232轉換器A53連至監控服務器串口。
6.係統軟件：
本係統軟件分為兩部分：數據接口軟件和組態軟件。
數據接口軟件
數據接口軟件名稱為Mserver（廠家提供）,其qi功gong能neng為wei一yi軟ruan協xie議yi轉zhuan換huan器qi。通tong過guo對dui其qi的de配pei置zhi，使shi它ta映ying射she出chu對dui應ying下xia位wei子zi站zhan的de虛xu擬ni串chuan口kou。它ta接jie收shou有you線xian網wang絡luo或huo無wu線xian網wang絡luo傳chuan來lai的de網wang絡luo協xie議yi信xin息xi，將jiang其qi轉zhuan換huan為wei遠yuan控kong箱xiang內neiRTU發出的原本格式及信息。這樣組態軟件通過其虛擬的這些串口，經由物理介質可透明和遠方各泵站控製箱相連接。
組態軟件
本係統選用工業監控組態軟件――力控V6.0
力控6.0產品在數據處理性能、容錯能力、界麵容器、報表等方麵，具有方便、靈活的開發環境。它提供的各種工程、畫麵模板、可嵌入各種格式（BMP、GIF、JPG、JPEG、CAD等）的圖片，方便了畫麵製作，大大降低了組態開發的工作量。另外，高性能實時、曆史數據庫，強大的分布式報警、事件處理，支持報警、事件網絡數據斷線存儲，恢複功能，全新的、靈活的報表設計工具，豐富的報表操作函數集、支持複雜腳本控製，支持通過移動GPRS、CDMA網絡與控製設備或其它遠程節點通訊，支持控製設備冗餘、控製網絡冗餘、監控服務器冗餘、監控網絡冗餘、監控客戶端冗餘等功能，使得係統整合起來尤為輕鬆自如。
3.係統實現功能
1).電氣參數實時監視
實時顯示係統的各個井位的狀態及具體參數，包括：泵的狀態啟停、運行、故障、3相電流、3相電壓、3相功率、總功率、功率因數、頻率。
2).泵實際運行效果監視
實時監視泵的出口壓力，母管流量，以及深井泵電機的實際溫度。
3).井位地理信息功能
係統總界麵按每個泵站實際方位成比例顯示，使操作者對係統結構及當前運行狀況一目了然。
4).調配控製功能
在中心泵房通過係統應用界麵遠程控製泵電機的工作狀態（啟、停）。泵的保護功能，三相異步電動機的反時限過負荷（熱過載）保護、不平衡（負序過流）保護、啟動時間過長保護、堵轉保護、接地（零序過流）保護、欠電壓保護、過電壓保護。
5).曆史紀錄功能
a.將係統的必要狀態（啟、停、故障報警等）進行記錄，運行人員可查詢曆史數據。
b.對電機實時監控，出現線路故障（超載、堵轉、缺相、欠載等）或泵溫度等參數超標報警並顯示、記錄到位,可設置、更改運行參數功能，可輸出聲光報警。
6).報表功能
按水源地的運行需求，係統自動生成管理所需要的各種報表，可將報表進行打印並具有報表轉發功能。
7).軟件的用戶管理
a.添加刪除用戶
b.修改注冊用戶的信息和權限。
8)冬季配電箱具有空調自動加熱功能
本功能確保了現場控製箱電子元器件在嚴冬的穩定運行（-10℃加熱，-5℃停止加熱）從而保證了整個係統在惡劣條件下的穩定運行。
9）井位供電係統異常報警
井位變壓器被盜屬於供電係統異常範疇，由此當井位變壓器被盜時，係統可輸出聲光報警。
10）其它功能
本係統軟件具備多種標準接口協議，通過光纖電纜可將監視及控製功能傳輸到廠區計算機網絡內，實現廠區監視及控製功能。
4.移動通信網絡費用
目前通訊車間與張家口移動通信了解網絡使用費用，由於係統通信鏈路使用GPRS移動通信網絡的信令通道，不占用係統話路資源，係統運行的收費標準較為低廉，其標準費用為：
水源地各井位（26口井）采用50M/20元， 水源地各井位（26口井）全部實現集中控製後，每月支付中國移動公司720元，全年共需要支付8640元網絡費用。
5.結語
本水源地SCADA係統自投運以來（一期：2007年1月，二期：2007年10月）,運(yun)行(xing)狀(zhuang)況(kuang)一(yi)直(zhi)穩(wen)定(ding)良(liang)好(hao)，控(kong)製(zhi)功(gong)能(neng)很(hen)好(hao)的(de)滿(man)足(zu)了(le)實(shi)際(ji)生(sheng)產(chan)生(sheng)活(huo)的(de)需(xu)要(yao)，降(jiang)低(di)了(le)原(yuan)有(you)的(de)操(cao)作(zuo)難(nan)度(du)和(he)成(cheng)本(ben)，提(ti)高(gao)了(le)本(ben)部(bu)門(men)的(de)勞(lao)動(dong)生(sheng)產(chan)率(lv)，減(jian)少(shao)了(le)勞(lao)動(dong)力(li)數(shu)量(liang)和(he)運(yun)營(ying)費(fei)用(yong)，為(wei)我(wo)廠(chang)外(wai)圍(wei)附(fu)控(kong)的(de)自(zi)動(dong)化(hua)和(he)信(xin)息(xi)化(hua)建(jian)設(she)開(kai)了(le)先(xian)河(he)。
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