石連東¹ 王衛² 張開爾¹

（1 北京和利時自動化驅動技術有限公司，100176）

(2 廣州軍區聯勤部指揮自動化工作站網絡室，510063)

 

摘  要         排澇泵站在平原湖區的排澇效益顯著，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控系統。該系統為冗余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，保證系統數據傳輸實時性及控制系統穩定、高效運行。

關鍵詞       LK PLC；排澇泵站計算機監控系統；冗余系統。

 

 

排澇泵站是我國水利的重要組成部分。為了合理開發、利用、節約和保護水資源，防治水澇災害，實現水資源可持續利用，實現傳統水利向現代水利轉變，排澇泵站及泵站計算機監控系統的建設至關重要。

排澇泵站工程的排澇效益以平原湖區最為顯著。如湖北的江漢平原、廣東的珠江三角洲、東北的三江平原、浙江的杭嘉湖地區以及洞庭湖、鄱陽湖、太湖、巢湖的周邊地區。

在農業排澇方面，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，無法實現遠程監控功能。

 

 

2.1        排澇泵站計算機監控系統組成

整個系統由1套上位監控系統和3個現地控制單元組成，如圖1所示。在中央控制室配置兩套監控計算機，每套計算機配置一套監控組態軟件，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，全廠公用系統設置一套PLC和一套觸摸屏。現地控制單元的PLC選用和利時的LK冗余系統，每套PLC由電源模塊，冗余的CPU，數字量輸入、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，用于在現地對現場設備的監控。

圖1     排澇泵站計算機監控系統組成

 

2.2        排澇泵站計算機監控系統網絡結構及通訊方式

整個系統主干傳輸網采用100Mbps工業以太網，支持IEEE802.3規約和標準的TCP/IP協議；也可采用工業級專用控制局域網，該控制網具備確定性和可重復性及I/O共享，實現數據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對機組的現地控制。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        排澇泵站計算機監控系統功能

泵站計算機監控系統采用冗余配置的LK系列大型PLC對全站泵組、電氣系統進行有效監視和控制。對系統過程的工藝參數、電氣參數和設備運行狀態進行監測、控制、聯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據采集、數據通訊、順序控制、時間控制、回路調節及上位監視和管理作用。

在機組現地控制單元，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、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。

在公用設備現地控制單元，主要是對斷路器的狀態、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。

 

 

3.1        排澇泵站計算機監控系統PLC程序實現

在機組現地控制單元，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，機組現地控制單元PLC主要實現水泵的啟停控制。

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

序號	信號點名	信號類型	信號含義	信號狀態說明
				0	1
1	SA1	DI	遠程/就地切換	遠程	就地
2	SA2	DI	投入/禁止切換	禁止	投入
3	DJ1_YX	DI	1#電動機運行信號	停止	運行
4	QF1_H	DI	1#電機斷路器合閘位置	分閘位置	合閘位置
5	MID0	COM	遙控啟動1#軟啟動器	啟動無效	啟動
6	MID1	COM	遙控合1#電機斷路器	合閘無效	合閘輸入
7	MID2	COM	遙控分1#電機斷路器	分閘無效	分閘輸出
8	MCD1	COM	1#電動機軟啟啟動成功	無效	啟動成功
9	MID21	COM	遙控停1#電動機軟啟	停止無效	停止輸出
10	KO0	DO	1#電機軟起啟動	關閉輸出	啟動輸出
11	KO1	DO	1#電動機斷路器合閘出口	合閘無效	合閘輸出
12	KO2	DO	1#電動機斷路器分閘出口	分閘無效	分閘輸出

 

在公用現地控制單元，主要監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

序號	信號點名	信號類型	信號含義	信號狀態說明
				0	1
1	SA1	DI	遠程/就地切換	遠程	就地
2	SA2	DI	投入/禁止切換	禁止	投入
3	MID0	COM	遙控合1#主變高壓側開關	合閘無效	合閘輸入
4	MID1	COM	遙控分1#主變高壓側開關	分閘無效	分閘輸入
5	KO0	DO	1#主變高壓側開關合閘出口	合閘無效	合閘輸出
6	KO1	DO	1#主變高壓側開關分閘出口	分閘無效	分閘輸出

 

3.2        排澇泵站計算機監控系統PLC程序實現

觸摸屏實現的主要功能：遠程監視各斷路器的合分閘狀態、遠程監視各機組的運行狀態、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     機組運行開關量監視觸摸屏界面

圖6     斷路器控制觸摸屏界面

 

 

在現在常用的泵站常用配置中，計算機監控系統配置趨于豪華，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地控制單元，每套現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，又使的系統在組網、通訊、數據采集和工程調試變得復雜。并且與系統安全性能要求和實際情況并不匹配。

本系統采用簡化的冗余系統配置，14套泵組配置兩套冗余PLC控制，即提高了控制系統的安全性能，簡化了系統配置。在機組運行過程中，能夠通過程序實現系統的經濟運行，為泵站的節能減排做出貢獻。

采用和利時LK系列大型PLC冗余系統進行的泵站計算機監控系統，大大提高了系統的安全性，簡化了系統配置，使機組經濟運行，實現無人值守，提高了工作效率。

參考文獻

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[ 2 ]               欒鴻儒. 水泵及水泵站[M], 中國水利水電出版社. 2009.

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[ 4 ]               王定一. 水電廠計算機監視與控制[M]. 北京: 中國電力出版社. 2001

[ 5 ]               和利時公司. LK大型可編程控制器指令手冊，2008

[ 6 ]               尹剛. 全國泵站現狀存在問題及發展[J], 水電站、泵站自動化技術咨詢網. 2010

 

第一作者簡介

石連東(1984-)，男，工學碩士，PLC行業技術經理，具有豐富的PLC控制系統的硬件成套和軟件編程及現場調試工程經驗。目前從事PLC在水利水電行業的應用研究。