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(jī)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(wǎng)及冗余的總線配置。與上位通過以太網(wǎng)的方式進(jìn)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(yùn)行。

關(guān)鍵詞LK PLC；排澇泵站計算機(jī)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(hù)水資源，防治水澇災(zāi)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(zhuǎn)變，排澇泵站及泵站計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的建設(shè)至關(guān)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(nóng)業(yè)排澇方面，以我國排澇面積最大、裝機(jī)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(zāi)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(dāng)年泵站排澇減災(zāi)效益達(dá)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(jī)2175kw，設(shè)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(yuǎn)程監(jiān)控功能。

2  排澇泵站計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能

2.1  排澇泵站計算機(jī)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(jī)，每套計算機(jī)配置一套監(jiān)控組態(tài)軟件，1臺打印機(jī)用于打印報表，一套聲光報警設(shè)備，用于實時故障報警。在現(xiàn)地控制單元，每7個機(jī)組設(shè)置一套PLC和一套觸摸屏，全廠公用系統(tǒng)設(shè)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(shè)備的監(jiān)控。

圖1     排澇泵站計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)組成

2.2    排澇泵站計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及通訊方式

      整個系統(tǒng)主干傳輸網(wǎng)采用100Mbps工業(yè)以太網(wǎng)，支持IEEE802.3規(guī)約和標(biāo)準(zhǔn)的TCP/IP協(xié)議；也可采用工業(yè)級專用控制局域網(wǎng)，該控制網(wǎng)具備確定性和可重復(fù)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(zhì)為五類雙絞線。。

      LK通過以太網(wǎng)與觸摸屏進(jìn)行通訊，通過觸摸屏可以實現(xiàn)對機(jī)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(shè)備進(jìn)行通訊非常方便。

2.3    排澇泵站計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)功能

      泵站計算機(jī)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(jìn)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(shè)備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)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(diào)節(jié)及上位監(jiān)視和管理作用。

      在機(jī)組現(xiàn)地控制單元，LK通過硬接線的方式采集機(jī)組輔助設(shè)備、泵站電機(jī)運(yùn)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(jī)的啟停進(jìn)行控制。

      在公用設(shè)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(shè)備的故障、超限超量程信號進(jìn)行采集，并對斷路器、信號燈進(jìn)行控制。

3 排澇泵站計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的軟件實現(xiàn)

3.1  排澇泵站計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)PLC程序?qū)崿F(xiàn)

      在機(jī)組現(xiàn)地控制單元，由于每臺機(jī)組的容量較小，為三相異步電機(jī)，采用軟啟動器進(jìn)行啟停控制，機(jī)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(yuǎn)程就地開關(guān)在遠(yuǎn)程位置且投入禁止開關(guān)處于投入位置且電機(jī)斷路器處于分閘位置且上位機(jī)發(fā)合閘命令。

      水泵的啟動條件：遠(yuǎn)程就地開關(guān)在遠(yuǎn)程位置且投入禁止開關(guān)處于投入位置且電機(jī)斷路器處于合閘位置且上位機(jī)發(fā)啟動命令。

      水泵的啟動復(fù)位條件：軟啟動器保持啟動輸出后20s且電機(jī)處于運(yùn)行信號。

      斷路器分閘條件：遠(yuǎn)程就地開關(guān)在遠(yuǎn)程位置且投入禁止開關(guān)出于投入位置且電機(jī)斷路器處于合閘位置且上位機(jī)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(jī)控制點(diǎn)表

      在公用現(xiàn)地控制單元，主要監(jiān)控主變高壓側(cè)兩路斷路器開關(guān)合分閘、主變低壓側(cè)兩路斷路器開關(guān)和母聯(lián)開關(guān)合分閘。

      斷路器合閘條件：遠(yuǎn)程就地開關(guān)在遠(yuǎn)程位置且投入禁止開關(guān)在投入位置且遠(yuǎn)程遙控合閘且上述三個條件保持1s。

      斷路器分閘條件：遠(yuǎn)程就地開關(guān)在遠(yuǎn)程位置且投入禁止開關(guān)在投入位置且遠(yuǎn)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(cè)斷路器控制點(diǎn)表

3.2    排澇泵站計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)PLC程序?qū)崿F(xiàn)

      觸摸屏實現(xiàn)的主要功能：遠(yuǎn)程監(jiān)視各斷路器的合分閘狀態(tài)、遠(yuǎn)程監(jiān)視各機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)、遠(yuǎn)程控制各斷路器合分閘、遠(yuǎn)程控制各機(jī)組的啟停。

圖4     機(jī)組運(yùn)行控制觸摸屏界面

圖5     機(jī)組運(yùn)行開關(guān)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(diǎn)

      在現(xiàn)在常用的泵站常用配置中，計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)配置趨于豪華，通常在較小的機(jī)組中也采用與大中型泵站相同的配置，每套機(jī)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(jī)柜、建筑空間的浪費(fèi)，又使的系統(tǒng)在組網(wǎng)、通訊、數(shù)據(jù)采集和工程調(diào)試變得復(fù)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(jī)組運(yùn)行過程中，能夠通過程序?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，為泵站的節(jié)能減排做出貢獻(xiàn)。

      采用和利時LK系列大型PLC冗余系統(tǒng)進(jìn)行的泵站計算機(jī)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(jī)組經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，實現(xiàn)無人值守，提高了工作效率。

參考文獻(xiàn)

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第一作者簡介

      石連東(1984-)，男，工學(xué)碩士，PLC行業(yè)技術(shù)經(jīng)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(diào)試工程經(jīng)驗。目前從事PLC在水利水電行業(yè)的應(yīng)用研究。