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1 工程概況
山東引黃供水工程位于山東省淄博市境內，它由水庫泵站、凈水廠、配水廠、渠道管理處及管理局調度中心組成，共同擔負著配送淄博城市生活飲用水及工業用水的重要任務。水庫泵站有8臺離心式水泵（6臺1600kW電機，2臺1000kW電機，其中4臺為同步電機，4臺為異步電機），每臺水泵均配有相應的輔機，兩臺主變、兩臺站變及水庫組成。泵站的1~3號主機抽水輸入水庫蓄水，4~8號主機抽水送到凈水廠，水經過凈化后輸送到配水廠進行調配，當黃河處于枯水期時，4~8號機從水庫抽水。
在市場經濟大潮中，引黃供水工程已面向市場競爭，就水庫泵站的現狀和發展趨勢，迫切要求實現泵站的管理自動化，以確保泵站安全運行，降低能耗，提高機組效率。
水庫泵站微機監控系統是一個典型的集散控制。集散系統（DCS）的主要特點是集中管理與分散控制，具有很強的自至性、協調性、靈活性和可靠性。
2 系統結構
為提高系統的可靠性和靈活性，本系統采用了分層分布式、以太網、串口通訊與現場總線相結合的網絡結構。整個系統從體系結構上分二級：就地控制級和集中控制級。系統拓樸圖參見圖1。
2.1 就地控制級
水庫泵站監控系統的第一級為就地控制級，由三套PLC、微機保護裝置、微機勵磁裝置及若干現場傳感器組成。PLC采用的日本KOYO公司生產的S系列產品，該PLC帶有兩個RS-485/232串口、一個Ethernet 接口，所有模板均有LED顯示指示運行狀態，具有很強的系統兼容性和優越的性價比。
圖1 引黃供水工程監控系統拓樸圖
三套PLC（每四臺機組及相應的進出水閥、冷卻水閥、出水液控閥共用一套PLC，這樣8臺機組及相對應的輔機設備用兩套PLC，主變、站變及降水井等其它輔機設備共用一套PLC）分別完成機組、進出線、站變及輔機設備的開停控制、數據采集、記錄存檔、處理分析等工作；對電機運行電量（電流、電壓、功率等）采用交流智能儀表進行數據的采集、顯示和傳送。非電量（水位、壓力、流量等）采用傳感設備經AD-16V/I型模/數轉換模塊傳送至PLC的通訊模塊，電機溫度采用電機預埋的PT100熱電阻經ADPT100-08型測溫模塊傳送至PLC的通訊模塊。
考慮到電機保護動作速度的要求，每套機組配置技術先進、工作穩定可靠的電機綜合保護裝置，每臺同步電機配置勵磁裝置，采用微機進行控制調節。
集散式控制系統對機組和輔機分別進行獨立的控制和保護數據采集，這樣每套設備可獨立進行運行、控制，如出現失誤不會影響其它設備的正常運行，大大提高了系統的安全可靠性。現場傳感器與PLC之間采用RS-485通訊方式。
2.2 集中控制級
水庫泵站監控系統的第二級為集中控制級。它位于中央控制室內，該級由一臺監控服務器和一臺工程師工作站及其它相關設備組成，采用主從機工作方式運行。該級計算機選用臺灣研華科技公司生產的IPC610 PⅢ850MHZ型工業控制機。
監控服務器主要負責完成對現場設備的信號采集、運行控制、在線參數修改、故障報警、電機保護和勵磁同步；將采集的數據存入實時/歷史數據庫，制作各類動畫、數據顯示、操作票和運行報表；完成定時及召喚方式的報表打印。
監控服務器還要完成與上級調度中心聯網功能，將泵站的有關數據和信息送往上級管理中心，以實現遠程監測功能。
工程師工作站從監控服務器采集數據，除控制功能外，其它功能與監控服務器一樣。
保護設備、勵磁設備與集中控制級計算機之間采用RS-485方式，各PCL之間及PLC與計算機之間選用標準Ethernet接口方式通訊。
2.3 控制方式
為了保證整個泵站的安全可靠運行，控制方式分為順序控制、單步控制、現場手動控制三種。
選用順序控制方式時，系統使相關設備相互聯鎖，通過點擊畫面上的一個按鈕即可完成整個控制過程，所有執行過程受程序控制；選用單步控制與手動方式時，不受系統聯鎖條件控制，各設備自身可進行獨立運行、日常維護等工作。后兩種方式區別在于單步控制是在微機上通過點擊畫面按鈕實現某個設備的控制（程序控制），而手動控制是在現場直接手動按鈕完成對設備的控制。
手動方式一般是在監控系統發生故障無法正常工作時應急使用的。
3 上位機監控軟件
3.1 監控軟件簡介
監控軟件采用國內工業自動化比較成熟的控制軟件組態王―KingView。通過應用實踐KingView能穩定運行于WINDOWS 98/NT系統。采用組態軟件可以大大縮短上位機監控軟件的開發周期。
組態王提供了靈活的面向對象的動態圖形功能以及豐富的圖形庫；具有實時和歷史數據趨勢曲線圖設置功能；支持OPC服務器/客戶機標準接口功能；提供眾多硬件設備的驅動程序，驅動程序采用COM及TCP/IP技術，適應新潮流，速度更快；開放式的體系結構，支持通過Microsoft的ODBC標準接口，訪問各種類型的數據庫，便于系統的綜合管理。
3.2 監控軟件功能
(1) 近地數據采集與處理功能
系統采集泵站各種實時數據與狀態信號，進行必要的數據處理后存入當地實時數據庫和歷史數據庫，同時在調度中心服務器建立實時數據庫和歷史數據庫。
(2) 遠程監測功能
本文簡單介紹三種遠程監測的實現方法。
水庫泵站通過光纖與凈水廠、配水廠和管理局調度中心以局域網相聯實現資源共享。
由于凈水廠和配水廠監控系統的上位機監控軟件選用的是SIEMENS公司的WinCC 監控軟件。要求實現不同監控軟件系統之間的數據共享，而WinCC和KingView均支持 OPC Server/Client接口標準。借助Microsoft的DCOM技術，OPC提供了高性能遠程數據訪問功能。在WinCC和KingView軟件中通過新建OPC服務器定義OPC連接。在WinCC和KingView以OPC連接作為連接設備定義對應變量就可實現雙方所有變量的共享。下一步就是利用OPC變量制作畫面顯示數據，與使用本地變量一樣。
當上位機監控軟件不支持OPC通用接口技術，又要實現與不同的監控軟件的監控系統實現遠程資源共享時，可使用建立ODBC數據源連接數據庫的方式，把所要共享的數據以分鐘為更新單位在數據庫中更新。
在整個局域網系統均采用組態王為監控軟件時，一種方法是利用組態王提供的聯網監控運行功能，如同本系統采用主從機運行方式，從機可以多臺，從機可以分布在網絡的任何位置，但主從機均要安裝監控軟件。另一種是只要在監控服務器上安裝KingView For Internet版本，在客戶機可直接利用標準瀏覽器通過網絡瀏覽Web頁面實現遠程實時監測。這種以Web技術為核心的Internet使管控一體化系統更接近客戶，更接近應用，更有利于網絡的進一步擴展，是當今信息系統發展趨勢的主流。
(3) 統計與計算功能
分別以年、月、日為單位統計泵站運行數據，包括站內各臺主機運行臺時數、天數、開停次數、用電量、站總用電量、站總抽水水量、站總運行臺時和站平均抽水效率。
以年、月為單位進行事故事件及設備運行事件統計。
(4) 畫面顯示
畫面顯示是微機監控系統的主要功能。畫面調用將允許自動及召喚方式實現。
? 系統圖類
主要有主接線圖、泵剖面圖、油系統圖、氣系統圖、供排水系統圖。
? 曲線圖類
通過數據庫調用，把水位、流量、濁度等模擬量制作成歷史趨勢曲線的形式供用戶查詢。
? 表格類
包括各類信息統計表及各類運行報表等。
? 操作控制類
控制泵站進出線、主機及輔機等設備；對同步電機進行勵磁調節以實現同步運行；在線修改運行參數。
? 運行指導類
系統內提供“幫助”菜單，給出詳盡的運行指導，包括監控系統使用方法、系統操作指導畫面、各類提示信息等。
(5) 系統自檢和自動重啟動
系統具有自檢功能：包括軟件任務超時處理及過程通道故障檢測。當監控主機故障（包括內存、磁盤、I/O及CPU等的故障和軟件任務執行異常等）時，能自動重新啟動。軟件超時能實現功能軟件的故障自動啟動。通道檢測包括對I/O過程通道在線自動檢測，檢測的內容有通道數據有效性、合理性判斷，故障點自動查找及故障自動報警等功能。
(6) 系統安全保障
安全保護是監控系統不可忽視的問題，系統對現場用戶可設置不同的操作權限，只有具有一定操作權限的用戶才能
圖2 PLC軟件結構圖
進行控制設備及其它重要操作。有效避免無關人員誤控制。
3.2 PLC程序設計
S系列的PLC可編程控制器提供功能強大的、先進的指令系統。三套PLC與集中控制級計算機通過標準以太網通訊。編程工具采用DirectSOFT2.3軟件，由于采用了Ethernet接口方式通訊，使PLC與上位計算機的通訊速率達到了19.2kbps，這將大大提高控制命令下載和現場數據更新的速度。
PLC程序按照模塊化結構編寫，主要分為開關量采集模塊、溫度測量模塊、電機開機聯動模塊、電機關機聯動模塊、主輔機單步控制模塊、報警信號模塊等功能模塊。功能模塊的設計采用PLC調用子程序功能來完成，使整個程序清晰、直觀，有利于在調試過程中修改程序及提高程序可讀性。PLC1與PLC2結構相似，三套PLC模塊結構參見圖2。
為了提高水庫泵站機組設備運行的安全性、可靠性，電機在自動開機過程中設置操作員兩次操作，由操作員先發出準備自動開機的命令，完成打開進、出水閥及冷卻水閥的任務，待閥全部打開有示流信號時，得到操作員確認后，發出合電機斷路器命令，電機合閘后，自動完成打開出水液控閥。關機過程只需操作員發出一個停機命令即可，程序先自動分電機斷路器，后關閉出水液控閥，再同步關閉冷卻水閥和進、出水閥。
輔機單步控制模塊是針對水庫泵站現場需調節出水液控閥開度控制出水母管壓力，從而控制電機流量；同時在設備檢修時，為每個設備單獨運行檢測提供方便。
本系統已在現場穩定運行了半年多時間，明顯的提高了泵站的綜合自動化程度，達到預期目的，取得了較大的社會和經濟效益。
北京市公安局海淀分局備案號：11010802023656號