海棠泵站微机综合自动化设计方案

叶江南

(黑龙江省水利水电勘测设计研究院，哈尔滨 150080)

文章编号：1007-7596(2015)12-0044-03

海棠泵站微机综合自动化设计方案

叶江南

(黑龙江省水利水电勘测设计研究院，哈尔滨 150080)

泵站微机综合自动化系统由主控级(泵站级)和现地控制级组成分布系统，主控级和现地控制级采用交换式以太网通信。局域网按IEEE802.3设计，通信规约采用 TCP/IP，网络的传输速率≥100Mbps，通信介质为屏蔽双绞线。中央控制主站各设2套主机兼操作员工作站，互为备用，负责协调和管理主控级和现地控制单元的工作、收集有关信息并作相应处理和存储。自动化系统采用UPS供电。主要电气设备控制分为3级，现场手动控制、PLC控制、监控中心遥控3种模式，其优先顺序为手动、PLC、遥控。监控软件采用国际上成熟的组态软件平台进行系统设计，提供丰富的人机界面。 数据库软件为过程数据服务的实时关系型数据库管理系统，可用它便利地生成和修改数据库文件，并制作成报表。

控制系统软件和PLC；现地LCU；测控保护装置；视频监视系统

0 前 言

根据水系工程总体布置，2#水闸位于支河C北端，支河D与藤桥西河之间。从该处具体情况看，2#路与南侧支河D距离较近，泵闸主体应适当北移布置，使其主体结构避开2#路跨河桥，这样可避免与桥梁的相互影响，便于桥梁与泵闸的运行管理。另外，2#水闸主要功能是挡住藤桥西河的洪水，引外海海水入支河C以促进水体交换，故从挡洪的角度看，在满足功能要求的前提下，宜尽量布置在靠近藤桥西河河口处，以缩短闸外侧挡洪构筑物的长度，减小沿线防汛压力；由此，2#水闸布置于2#路以北的河道上。3#泵闸的平面位置根据工程总体布置，位于主河A北端。根据防洪线位置及周边情况，泵闸位置拟适当南移。

1 设计原则

设计原则共有8项：

1)本自动化系统以可靠性、开放性、经济性、先进性为原则。

2)检测仪表选用国内外同类的主流产品；现场控制采用PLC及操作员终端；中央监控管理级采用工控机及控制操作界面。所有设备选择均应符合环境及使用要求，并符合规定的电气、工业标准。

3)主要水利设备的控制分遥控、现场、手动3种控制模式。

4)本系统配备摄像监视系统，进行图像监视和传送，直观安全地管理及运行。

5)先进性：在方案设计与设备选型上，选择技术先进、可靠、成熟的产品，使本系统达到国内先进，行业一流的水平。系统运行管理和操作简单、高效，设计切合实际需求。

6)扩展性：自动化系统应具有良好的上下兼容性，各接口均配用标准性、通用性强的设备。当更新更先进的产品时，应具有兼容性和成套性。

7)安全性：设置多级操作密码和软件安全功能，确保本系统安全可靠地通过网络与上级各系统相联。

8)互连性：本系统应能接受并执行上层管理中心的调度指令，选型产品应具有良好的上下兼容性。

2 检测仪表

主要包括4个方面的内容：

2.1 电量监测

3#泵闸电量监测采用微电脑智能型监测仪，并通过通讯接口经现场总线将数据及信息传输到公用设备PLC站。

在10 kV总开关柜、联络柜、主电机柜及变压器柜上设置微机型一体化智能装置，在低压进线柜内设置多功能电力测量仪表，用于实时采集高、低压配电系统的电气监测数据信息。

主水泵运行工作电压、三相工作电流等参数由配套控制柜经现场总线送至各水泵PLC分站。

2.2 液位检测

1)2#节制闸采用超声波液位计检测水闸两侧河道内的液位。

2)3#泵闸采用超声波液位计检测泵闸各工艺节点的液位。

在泵站的内、外河侧集水井各设1套超声波液位仪，检测内、外河的水位高度。液位检测值(4～20mA信号)送至公用设备PLC分站。

在闸站的上、下游各设一套超声波液位仪，液位检测值(4～20mA信号)送至公用设备PLC分站。在闸门开启过程中可根据闸门上、下游所测的水位来控制节制闸的开启过程。

2.3 开度检测

节制闸设2套闸门开度仪，用于检测闸门开度，检测信号送至公用设备PLC分站，参与节制闸门的启闭控制。每台水泵前后的快速闸门均设置闸门开度仪，检测闸门开度，与主水泵联动运行。

2.4 水泵机组综合监测

3#泵闸每台水泵各设7套温度传感器(一套两只)，分别用于监测水泵导轴承温度、推力轴承温度、电机前后轴承温度、电机三相绕组温度等；设一套转速传感器，用于监测电机转速。各泵检测信号送送至水泵PLC分站，实现温升等故障报警及断电保护。潜水电机监测装置(包括：温度、泄露、绝缘等)随水泵配套提供。

3 控制系统

1)2#节制闸控制系统由一套PLC控制。

2)3#泵闸控制系统由一个中央监控主站和3个现场控制站(3台主水泵1个，公用设备1个，变电所1个)组成。中央监控主站和电力监控分站均设于管理用房，水泵PLC控制分站、公用PLC设于泵房。

泵站微机综合自动化系统由主控级(泵站级)和现地控制级组成分布系统，主控级和现地控制级采用交换式以太网通信。局域网按IEEE802.3设计，通信规约采用TCP/IP，网络的传输速率≥100Mbps，通信介质为屏蔽双绞线[1]。

3.1 现场控制站

1#现场控制站(水泵控制分站)设于水泵房，对应负责主水泵的监测和控制以及各水泵前后快速闸门的联动启闭控制。

2#现场控制站(公用设备控制分站)设于水泵房内，负责技术排水系统的监测和控制。

3#现场控制站(电力监测控制分站)设于低压配电间内，实现10 kV、0.4 kV开关柜开关位置以及变压器的温度监测，直流屏运行状况监测，采集各开关柜中测量装置检测信号。

虽然目前为止普京对政党体制的改革取得了一定的成效，但其诸项改革大体看来均为自上而下贯行，俄政党自身存在的问题也就仍未能从根源解决。在诸多问题间，格外突出的是各政党间权利不平等的问题。从学界与政界通识来看，各政党及其党派理念之间的良性竞争乃是多党制的生机所在，然而普京在位期间俄国家杜马的大多数席位皆被作为政权党的统一俄罗斯党占据了，非政权党在俄现今政党制度环境下沦为了国家当局政权的陪衬性依托，俄罗斯议会作为各政治派别力量竞争、政权角逐平台的应有之义也失去了，相较于西方国家，本就脆弱的俄罗斯多党制亦因此变得更为名不符实。

每个现场控制站设置一套具有逻辑控制功能、故障自诊断和自切换功能的小型PLC控制器、操作员终端及辅助设备，能按要求或提供的参数进行调节，提供所属设备运行的联动、联锁和控制，提供设备的闭环运行控制，运行(遥控/现场/手动)模式的切换。通过数字通讯将相关的诊断维护信息送往中央监控主站，并接受上位计算机下载的数据，作为调节和控制的依据。上级计算机可以实时监测现场站的全部运行信息，通过管理员权限设定控制现场主要设备的起动和停止[2]。各现场控制站均配置彩色触摸屏操作员终端，通过RS—485接口实现与PLC的信息交换，操作人员在现场可通过触摸屏上的按钮、指示器等，直观地进行控制操作。各现场控制站电源进线处设置过电压保护装置，能抑制和吸收电力网络中的暂态浪涌电压和能量，保障PLC屏及其它主要设备免受过电压的冲击，确保电气设备的安全正常运行。

3.2 中央监控主站

3#泵闸中央控制主站各设2套主机兼操作员工作站，互为备用，负责协调和管理主控级和现地控制单元的工作、收集有关信息并作相应处理和存储。系统自动化系统采用UPS供电，满足监控系统供电。

当UPS交流输入电压下降或超过规定的输入电压±50%时，UPS不应发生任何损坏，为防止感应雷对通信网络的袭击，设置信号避雷器确保控制系统安全。

3.3 监控系统软件

监控软件采用国际上成熟的组态软件平台进行系统设计，提供丰富的人机界面。 数据库软件为过程数据服务的实时关系型数据库管理系统，可用它便利地生成和修改数据库文件，并制作成报表。

4 设备控制

本工程主要电气设备控制分为3级，现场手动控制、PLC控制、监控中心遥控3种模式，其优先顺序为手动、PLC、遥控。

节制闸的人工手动操作通过液压系统现场控制柜上操作按钮实现，现场控制柜面板上设自动/手动转换开关。一般情况下由PLC配合摄像监视系统实现对节制闸门的启闭操作，并进行监测及保护操作过程。在必要情况下可实现PLC根据闸门上、下游水位或依据水力模型试验成果预设的程序自动调整水闸的启闭与开关度。

4.2 水泵控制

水泵配套控制柜操作面板上设自动/手动转换开关。手动状态下，操作人员通过控制柜面板上的按钮控制水泵运行；自动状态下，由各相应的水泵PLC控制分站接受上级调度命令，控制水泵的开、停。

4.3 闸门控制

进水闸门、检修闸门的手动操作均通过液压系统现场控制柜上操作按钮实现，控制柜面板上设手动/自动转换开关。自动状态下，则由各相应的水泵PLC控制分站与水泵的运行联动控制闸门开闭，并监测闸门的状态。

5 摄像监视系统

1)2#节制闸视频监视系统含4个视频监视点，即在节制闸内/外河侧、节制闸闸门处各设置一套全数字视频监控系统，各个摄像机的视频和控制信号利用电缆传输至泵站中控室(嵌入式数字硬盘录像机)，中控室内设置视频控制主机兼作硬盘录像机。

2)3#泵闸摄像部分采用目前流行的新技术——数码摄像系统，它含7个摄像巡视点，即在泵房、节制闸内/外河侧、节制闸闸首、控制室、管理区等处各设置一套一体化彩色24倍变焦高速球机；控制室内设置二套视频控制主机兼硬盘录像机。视频控制系统可切换各个摄像机画面，一套主要用于监视泵房内水泵运行，另一用于监视各闸门及其他辅助设备。根据职责授予不同的权限和控制优先级，可以在图像监控工作站上显示所调看的图像。预防因各种可能引起的故障，保证泵闸的安全运行。该系统采用先进的音视频采集、压缩与数字网络传输技术，集计算机与通信、音视频与多媒体技术于一体，在需要时可通过服务器接口，将本系统视频信号送至上级监控中心。

6 电话通讯系统

为便于对外联系工作，2#节制闸管理区和3#泵闸管理区内各设置一套20门数字程控电话交换机，共有对外四对中继线。总机间设在管理楼内，包括电源、后备电池、整流装置、话务机及传真机。3#泵闸管理区中央监控主站控制室内设置2门电话，其余电话将按需分配到管理楼各楼层。配置一套对讲系统，供运行操作人员使用。

7 防雷接地系统

图像监视系系统应满足防止感应雷击的要求，为彻底消除雷电引起的系统毁坏，应对系统的电源引入、户外摄像机及其线缆等方面采取有效的防雷措施，保证雷电对系统的破坏降到最低极限。本工程配置避雷过电压保护装置，以防雷电引起雷电波的反击或侵入直接威胁电气系统安全。电源、视频数据、控制信号等接口部分，均应该配置相应的避雷器。应结合网络结构及设备配置，配套提供完整的防雷设备。本工程采用联合接地，保护接地、工作接地与防雷接地、电气接地采用共用接地装置，接地电阻≤1Ω；自控、摄像、广播系统设独立屏蔽接地系统，接地电阻≤1Ω，并与保护接地分开。

8 设备选型

1) 现场仪表的选型应考虑可靠、稳定、重现性好、维修量小的原则，以适合水利系统的工作环境；所有现场仪表控制装置、摄像系统均考虑防雷保护及接地措施，确保设备及人身安全。

2)计算机管理系统、控制系统、摄像监视系统以及相应设备等均选用目前国内外同类的主流产品。

[1]丁毓山 南俊星．微机保护与综合自动化系统[M].北京：中国水利水电出版社，2002：11-15.

[2]崔明．变电站与水电站综合自动化：21世纪农村电气化小水电实用技术丛书[M].北京：中国水利水电出版社，2005：66-70.

2015-08-19

叶江南(1981-)，男，福建寿宁人，工程师。

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