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案例頻道 摘 要： 排澇泵站在平原湖區(qū)的排澇效益顯著，本文介紹了基于和利時公司的LK系列大型冗余PLC的排澇泵站計算機監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)為冗余CPU配置、冗余電源配置、冗余以太網及冗余的總線配置。與上位通過以太網的方式進行通訊，保證系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸實時性及控制系統(tǒng)穩(wěn)定、高效運行。
關鍵詞 LK PLC；排澇泵站計算機監(jiān)控系統(tǒng)；冗余系統(tǒng)。
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)約和保護水資源，防治水澇災害，實現(xiàn)水資源可持續(xù)利用，實現(xiàn)傳統(tǒng)水利向現(xiàn)代水利轉變，排澇泵站及泵站計算機監(jiān)控系統(tǒng)的建設至關重要。
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)。
在農業(yè)排澇方面，以我國排澇面積最大、裝機容量最多的湖北省為例。在最近的三十多年中，先后戰(zhàn)勝了七次特大洪澇災害。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，該泵站為堤后式泵站，由14臺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，全部為手動控制，無法實現(xiàn)遠程監(jiān)控功能。
2 排澇泵站計算機監(jiān)控系統(tǒng)的結構和功能
2.1 排澇泵站計算機監(jiān)控系統(tǒng)組成
整個系統(tǒng)由1套上位監(jiān)控系統(tǒng)和3個現(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)控計算機，每套計算機配置一套監(jiān)控組態(tài)軟件，1臺打印機用于打印報表，一套聲光報警設備，用于實時故障報警。在現(xiàn)地控制單元，每7個機組設置一套PLC和一套觸摸屏，全廠公用系統(tǒng)設置一套PLC和一套觸摸屏。現(xiàn)地控制單元的PLC選用和利時的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HT6A00TE觸摸屏，用于在現(xiàn)地對現(xiàn)場設備的監(jiān)控。
圖1 排澇泵站計算機監(jiān)控系統(tǒng)組成
2.2 排澇泵站計算機監(jiān)控系統(tǒng)網絡結構及通訊方式
整個系統(tǒng)主干傳輸網采用100Mbps工業(yè)以太網，支持IEEE802.3規(guī)約和標準的TCP/IP協(xié)議；也可采用工業(yè)級專用控制局域網，該控制網具備確定性和可重復性及I/O共享，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的高速傳輸和實時控制，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(xiàn)對機組的現(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，使得與第三方設備進行通訊非常方便。
2.3 排澇泵站計算機監(jiān)控系統(tǒng)功能
泵站計算機監(jiān)控系統(tǒng)采用冗余配置的LK系列大型PLC對全站泵組、電氣系統(tǒng)進行有效監(jiān)視和控制。對系統(tǒng)過程的工藝參數(shù)、電氣參數(shù)和設備運行狀態(tài)進行監(jiān)測、控制、聯(lián)鎖和報警以及報表打印，通過使用一系列通訊鏈，完成整個工藝流程所必需的數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)通訊、順序控制、時間控制、回路調節(jié)及上位監(jiān)視和管理作用。
在機組現(xiàn)地控制單元，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(tài)、水位、溫度、電壓電流等信號。控制信號主要是對電機的啟停進行控制。
在公用設備現(xiàn)地控制單元，主要是對斷路器的狀態(tài)、變壓器的油位、油溫、以及泵站的上下游水位和一些設備的故障、超限超量程信號進行采集，并對斷路器、信號燈進行控制。
3 排澇泵站計算機監(jiān)控系統(tǒng)的軟件實現(xiàn)
3.1 排澇泵站計算機監(jiān)控系統(tǒng)PLC程序實現(xiàn)
在機組現(xiàn)地控制單元，由于每臺機組的容量較小，為三相異步電機，采用軟啟動器進行啟停控制，機組現(xiàn)地控制單元PLC主要實現(xiàn)水泵的啟停控制。
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于投入位置且電機斷路器處于分閘位置且上位機發(fā)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于投入位置且電機斷路器處于合閘位置且上位機發(fā)啟動命令。
水泵的啟動復位條件：軟啟動器保持啟動輸出后20s且電機處于運行信號。
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于投入位置且電機斷路器處于合閘位置且上位機發(fā)分閘命令。
圖2 水泵基本啟停控制梯形圖程序
表1 1#電機控制點表
在公用現(xiàn)地控制單元，主要監(jiān)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(lián)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 斷路器合分閘控制梯形圖程序
表2 主變高壓側斷路器控制點表
3.2 排澇泵站計算機監(jiān)控系統(tǒng)PLC程序實現(xiàn)
觸摸屏實現(xiàn)的主要功能：遠程監(jiān)視各斷路器的合分閘狀態(tài)、遠程監(jiān)視各機組的運行狀態(tài)、遠程控制各斷路器合分閘、遠程控制各機組的啟停。
圖4 機組運行控制觸摸屏界面
圖5 機組運行開關量監(jiān)視觸摸屏界面
圖6 斷路器控制觸摸屏界面
4 系統(tǒng)優(yōu)點
在現(xiàn)在常用的泵站常用配置中，計算機監(jiān)控系統(tǒng)配置趨于豪華，通常在較小的機組中也采用與大中型泵站相同的配置，每套機組配置一套現(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、機柜、建筑空間的浪費，又使的系統(tǒng)在組網、通訊、數(shù)據(jù)采集和工程調試變得復雜。并且與系統(tǒng)安全性能要求和實際情況并不匹配。
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。在機組運行過程中，能夠通過程序實現(xiàn)系統(tǒng)的經濟運行，為泵站的節(jié)能減排做出貢獻。
采用和利時LK系列大型PLC冗余系統(tǒng)進行的泵站計算機監(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，使機組經濟運行，實現(xiàn)無人值守，提高了工作效率。
參考文獻
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第一作者簡介
石連東(1984-)，男，工學碩士，PLC行業(yè)技術經理，具有豐富的PLC控制系統(tǒng)的硬件成套和軟件編程及現(xiàn)場調試工程經驗。目前從事PLC在水利水電行業(yè)的應用研究。
北京市公安局海淀分局備案號：11010802023656號