刘伟姜 海张佳
淮安市古黄河水利枢纽工程位于涟水县县城东部古黄河(亦称废黄河)上,涟水县南门大桥下游约3km(桩号42+150),涉及涟水县涟城镇和楚州区宋集镇。项目建设内容:新建节制闸1座、水电站1座、闸站上结合南北交通建公路桥1座。其中节制闸工程等别为Ⅲ等,工程规模为中型水闸,校核流量500m3/s,共5孔,单孔净宽8m;水电站工程等别为Ⅴ等,工程规模为小2型,设计流量60 m3/s,最小流量10 m3/s,水轮机组6台套,总装机功率840kW;公路桥荷载等级为公路—Ⅰ级,桥面宽26m,长110.3m。
自动化监控系统主要完成6台水轮机组、10kV配电装置,油压启闭机,清污机等设备的控制,闸门开度及状态测量,水位、压力信号测量及视频监视系统等。
整个系统采用符合国际标准的开放式环境下全分布计算机监控系统。
监控系统网络结构采用光纤以太环网,枢纽内监控主机、通信计算机设备以及PLC均挂在以太网上,PLC可通过现场总线同闸门开度仪、直流系统、各种传感器和自动化设备等进行数据通信。
系统设2台监控主计算机,1主1从双机热备,功能包括对整个闸站计算机监控系统的管理,数据计算和处理,数据库管理,在线及离线计算功能,各图表、曲线的生成,事故、故障信号的分析处理等。2台监控主机形成冗余热备,当主机故障时,从机立刻接管主机工作。
计算机自动控制系统为分层分布开放式结构,分为二级,即主控级与现地级。控制权分“控制室、现地”二级,可以无忧切换。控制权顺序为:现地、控制室。远方控制经授权方可进行操作。控制系统中心设置带密码的授权、核对程序。
现地级与主控级采用以太网实现数据通信,环网交换机具备网管功能,采用导轨卡槽安装方式。中控室交换机采用模块化交换机。主控级通过GPRS无线上网设备与上级管理所实现数据与图像传输。微机保护、微机励磁系统、发电机控制系统和直流系统通过RS-485串行通信口转换为以太网方式与监控系统链接,传感器通过RS-485串行通信口或4-20mA输出与PLC相连。
主控级设于水电站控制楼二楼控制室内,通过监控网络与现地级建立通信,通过工作站的监测监控界面,显示现场设备的运行参数与状态,同时下发控制命令,监督现地监控单元对监测监控命令的执行。
现地控制级是系统最后一级也是最优先的一级控制,它向下接收各类传感器与执行机构的输入输出信息,采集设备运行参数和状态信号;向上接收上级控制命令,并上传现场的实时信号,实施对现场执行机构的逻辑控制。
现地控制单元共设4套PLC。其中 1#~3#发电机组、4#~6#发电机组分别设置一套PLC,计2套;公用设备如进线、变压器、清污机、皮带机、供排水系统、变压器油温等所有公用设备设置1套PLC;1#~5#节制闸门设置1套PLC,以上共计4套,分别单独组屏,安装于控制室内,每块屏配置1套液晶触摸屏,实现现地操作功能。
系统的主要目标:接受调度指令,实现整个枢纽工程的自动监控,提高安全运行和管理水平,改善管理人员的工作条件。
1.主控级功能
(1)运行监视和事件报警
定时采集机组、变电所、公用设备、线路开关、母线、闸门等设备的运行参数和运行状态,更新实时数据库。显示运行监视图、操作接线图等各种画面,以及各种一览表、测点索引等,定时刷新画面上的设备状况和运行数据,使运行人员可清晰地监视全站的运行状态、操作状态过程和报警信息。
响应LCU确认后上送的模拟量越/复限、开关量状变和监控系统自诊断故障等各种事件,根据预置要求进行语音、音响、简报、事件一览表登录,自动推出相应画面和事故处理提示、画面闪光和变色、打印事故追忆记录等。
(2)控制与调节
运行人员在控制台向LCU发出各种控制调节命令,监视操作全过程。操作命令可以包括以下几种:机组启、停,断路器的合、分,辅助设备的启、停等。
(3)报表统计
根据对机组运行的管理需要,系统相应地设置各机组运行记录表。报表统计包括发电机电量和温度量、机组流量、水头、机组的开停机时间等相关内容。管理人员只要输入相应的起止日期,就可以查询到该时段的机组运行情况记录和各机组的历史运行记录,可以按年、台、第次分别查询相应的项目。
(4)自诊断及冗余管理
当计算机系统及各种单元发生故障或发生错误时,自诊断程序能正确判断出故障内容、指出故障设备,以便迅速更换。当主服务器故障时,能将控制权自动切换到备用服务器。
2.现地控制级LCU功能
水轮发电机组PLC采用两机一屏的方式,共配置6台发电机控制单元,5套闸门分别配置1台PLC控制单元,其他部分共用1台PLC控制单元。二站共配置6台PLC控制单元,来实现对35kV变电所、水泵机组、清污机、供排水泵、电容柜等设备的实时控制。二站主机PLC采用五机一屏的方式,共配置3台主机PLC控制单元,35kV变电所部分单独使用1台PLC控制单元,清污机配置1台PLC控制单元,其他部分共用1台PLC控制单元。
系统应根据功能和作用,分别并入相应的PLC控制单元内。如:变电所及机组的保护信号,均有综合保护装置的通讯网口,通过通讯管理机的转换实现上传信号;各台机组的开关信号、励磁信号等均并接到对应的主机控制单元上;机组的测温系统先通过温度传感器采集,再通过通讯接口与对应的控制单元连接;清污机、皮带机、供排水泵、消防泵的开关信号及电接点压力表等低压系统均通过公用PLC控制单元上传各种运行参数和各类信号。
3.系统主要软件
(1)操作系统
操作系统软件选用Microsoft Windows 2003 server。
(2)监控软件
上位机监控软件采用国外成熟的WebAccess组态软件平台进行系统设计,集成监控软件通过获取以太网上的数据信号,集成各被控设备的监视与控制。系统具有丰富的人机界面,提供给运行人员友善的接口,操作简单可靠,既能发挥多窗口的特点,又符合运行人员的习惯。集成监控图形软件具有数据采集与处理、实时监控和视频、数据库管理、报警、制表打印、趋势曲线、系统诊断、安全管理等功能。
(3)数据库
数据库使用SQL数据库,通过ODBC的接口方式进行存储。
二十世纪七八十年代前建成的水利枢纽工程基本都没有自动化监控系统,随着我国经济建设和科技水平的提高,对水利设施的管理水平提出了更高的要求,采用新技术、新设备对水利工程项目的设备与管理进行现代化改造和智能化建设是历史发展的必然趋势,为了进一步发挥枢纽工程的综合利用效益,提高管理的决策水平,新建较大枢纽工程项目增加综合自动化监控信息系统是必不可少的■