【摘要】大中型泵站運(yùn)行中，主機(jī)溫度量是運(yùn)行時(shí)的重要參數(shù)。針對(duì)嚴(yán)埭港水利樞紐原溫度采集系統(tǒng)在長(zhǎng)期運(yùn)行中出現(xiàn)采溫和通訊穩(wěn)定性不足的問(wèn)題，提出了升級(jí)改造的方案。

【關(guān)鍵詞】泵站；溫度采集系統(tǒng)；溫度巡檢儀；可編程邏輯控制

一、前言

嚴(yán)埭港水利樞紐是無(wú)錫市城市防洪八大樞紐之一，位于無(wú)錫市北郊嚴(yán)埭港。嚴(yán)埭港水利樞紐由泵站、節(jié)制閘和船閘和上下游連接建筑物等組成。泵站裝機(jī)流量為70m/s，安裝5臺(tái)立式軸流泵，單機(jī)流量為14m3/s，其中2臺(tái)泵28m3/s具備雙向抽排功能，其余3臺(tái)泵為單向排澇，配630W同步電動(dòng)機(jī)，總裝機(jī)容量3150W。節(jié)制閘分2孔，單孔凈寬12m，采用升臥式閘門(mén)。船閘規(guī)模16（20）×135m，上、下閘首型式同節(jié)制閘，采用升臥式閘門(mén)。

二、泵站自動(dòng)化系統(tǒng)簡(jiǎn)介

泵站自動(dòng)化系統(tǒng)監(jiān)控對(duì)象包括5臺(tái)主泵（包括主泵、電機(jī)、勵(lì)磁設(shè)備等）、2臺(tái)節(jié)制閘啟閉設(shè)備、清污設(shè)備（包括10臺(tái)清污機(jī)和一臺(tái)皮帶機(jī)等）、5臺(tái)主泵出水側(cè)工作閘門(mén)啟閉機(jī)、5臺(tái)主泵出水側(cè)事故閘門(mén)啟閉機(jī)、2臺(tái)技術(shù)供水泵（一用一備）、2臺(tái)檢修排水泵（一用一備）、10kV高壓開(kāi)關(guān)柜、2臺(tái)站用變、2臺(tái)0.4kV開(kāi)關(guān)柜進(jìn)線柜和1臺(tái)聯(lián)絡(luò)柜等。整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)成冗余以太網(wǎng)，由上位機(jī)監(jiān)控，并應(yīng)留有接口與控制中心相連。工業(yè)電視系統(tǒng)主要設(shè)備由前端設(shè)備（包括：攝像機(jī)、鏡頭、防護(hù)罩、云臺(tái)、解碼器等）、多媒體工作站、視頻顯示設(shè)備、視頻記錄設(shè)備、大屏幕投影儀、電源輔助設(shè)備等組成，如圖2.1所示，實(shí)現(xiàn)了嚴(yán)埭港水利樞紐的實(shí)時(shí)監(jiān)控和監(jiān)視，系統(tǒng)以“先進(jìn)、可靠、經(jīng)濟(jì)、實(shí)用”為原則，達(dá)到少人值守，現(xiàn)場(chǎng)無(wú)人值班的管理水平。

三、原溫度采集系統(tǒng)介紹

主機(jī)泵組溫度采集系統(tǒng)是主機(jī)泵運(yùn)行和自動(dòng)化運(yùn)行的重要組成部分，對(duì)主機(jī)運(yùn)行中的重要參數(shù)溫度實(shí)時(shí)采集、上傳、評(píng)判，對(duì)安全穩(wěn)定運(yùn)行具有重要意義。原主機(jī)組溫度采集采用NARI南瑞制造的SJ-40C溫度巡檢儀，此巡檢儀專(zhuān)為水、火電廠的溫度量巡檢和溫度保護(hù)而設(shè)計(jì)，也用于其它工業(yè)領(lǐng)域中采用熱電阻測(cè)量溫度的場(chǎng)合。其主要特點(diǎn)是采用16位單片機(jī)，24位δ—Σ型A/D，精密恒流源，可以適應(yīng)不同線制的多種熱電阻，輸入容量48路，可擴(kuò)充至96路，隔離的RS485通信接口，支持Modbus通信協(xié)議，具有自動(dòng)調(diào)教零點(diǎn)及增益，在線自診斷自恢復(fù)功能。通過(guò)熱電阻采集的溫度量，通過(guò)RS485方式通訊至上位機(jī)。系統(tǒng)圖如3.1所示。

對(duì)于溫度輸入， SJ-40C的溫度輸入插座為J2-J4，和J8-J10（J8和J10為擴(kuò)充插座），每個(gè)插座可以接16路溫度量，因此，上述6個(gè)插座最多可以接入16*16=96路溫度量。這些插座分別有50個(gè)端子（實(shí)際使用其中48個(gè)）。這些端子被分成A、B、C三個(gè)部分（對(duì)應(yīng)插座上中下三排），如圖3.2所示。

硬件上，SJ-40C的基本輸入為48路，軟件上根據(jù)實(shí)際需要確定真正的輸入路數(shù)maxTI，其中maxTI的大小會(huì)影響到裝置的采樣速度。裝置的溫度采集速度為16點(diǎn)/秒，第一次采集32點(diǎn)，耗時(shí)2秒，第一秒采集與保護(hù)有關(guān)的溫度點(diǎn)，（最多允許16路），第二秒按常規(guī)依次采集其他的溫度點(diǎn)， 采完全部96點(diǎn)需耗時(shí)12秒，當(dāng)這些保護(hù)點(diǎn)小于16時(shí)，節(jié)省的時(shí)間將用來(lái)采集其他的溫度點(diǎn)，這樣，會(huì)加快裝置的總體采集速度。嚴(yán)埭港樞紐每臺(tái)主機(jī)采集定子、上下導(dǎo)、推力、上下油缸等共14個(gè)溫度量。

四、實(shí)際運(yùn)行時(shí)存在的問(wèn)題。

原溫度巡檢儀經(jīng)過(guò)多年的運(yùn)行，會(huì)出現(xiàn)運(yùn)行中溫度無(wú)顯示，實(shí)時(shí)溫度不更新，上位機(jī)無(wú)法讀取測(cè)溫這三種情況，經(jīng)過(guò)對(duì)該裝置的進(jìn)一步分析，有如下原因造成，1、裝置投電時(shí)如有短線或短路，而后恢復(fù)正常時(shí)，顯示值雖有（在本應(yīng)顯示溫度的位置顯示“*”），仍不參與保護(hù)（除非重新投電）。2、無(wú)論原來(lái)的溫度測(cè)值是否正常，只要有連續(xù)5點(diǎn)溫度測(cè)值發(fā)生同樣規(guī)律的變化，且變化量大于5度，則認(rèn)為裝置內(nèi)部采集故障，此時(shí)需重新投電才能正常工作（比如將溫度輸入插頭拔下再插上）。3、地址與數(shù)據(jù)編碼時(shí)，不能經(jīng)常對(duì)溫度參數(shù)進(jìn)行加載，且溫度參數(shù)和maxTI這兩部分必須加載正確，否則SJ-40C拒絕執(zhí)行或或不能正確執(zhí)行溫度巡檢/保護(hù)功能。

基于上述原因，在主機(jī)泵運(yùn)行中溫度檢測(cè)量經(jīng)常顯示“*”或溫度沒(méi)有實(shí)時(shí)更新，經(jīng)常需要重啟巡檢儀才能正常工作，另外，由于溫度巡檢儀只有一個(gè)RS485通訊接口，需要再經(jīng)過(guò)一次轉(zhuǎn)化才能接入以太網(wǎng)交換機(jī)上傳至上位機(jī)電腦，通訊上節(jié)點(diǎn)冗多也經(jīng)常造成故障率上升，導(dǎo)致上位機(jī)無(wú)法讀取溫度量，對(duì)泵站的安全運(yùn)行帶來(lái)不穩(wěn)定因素。由于實(shí)時(shí)溫度量是主機(jī)泵組運(yùn)行中的重要參數(shù)量，也是關(guān)系到輔機(jī)系統(tǒng)和供水系統(tǒng)是否正常工作的重要參考，基于嚴(yán)埭港水利樞紐對(duì)于無(wú)錫運(yùn)動(dòng)片大包圍的重要性不可替代，所以有必要對(duì)溫度采集系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)改造。

五、改造方案

摒棄原通過(guò)溫度巡檢儀采集溫度和單一通訊的模式，采用更加穩(wěn)定可靠，抗干擾能力更強(qiáng)且使用方便的PLC模塊，在主機(jī)PLC上加裝集成的施耐德TM2DOCKN和TM218模塊來(lái)進(jìn)行溫度量采集和處理，其中TM218具備RS485和以太網(wǎng)同時(shí)輸出，簡(jiǎn)化了采集裝置，優(yōu)化了數(shù)據(jù)通道。

TM218是施耐德電氣推出的超高性能、超強(qiáng)擴(kuò)展能力的新一代PLC，具有接口功能豐富、集成度較高和組態(tài)可擴(kuò)展等特點(diǎn)，采用交流220 V供電，配備24路DI、16路D0、4通道高速計(jì)數(shù)、2PT0、2路模擬量輸入和2路模擬量輸出；同時(shí)可通過(guò)MBS接口對(duì)外進(jìn)行通信。上述特性不僅完全滿足了本系統(tǒng)中開(kāi)關(guān)量輸入/輸出、模擬量輸入和與上位機(jī)通信的基本要求，同時(shí)為后期系統(tǒng)功能的升級(jí)與優(yōu)化留出了較大空間，所有監(jiān)測(cè)開(kāi)關(guān)量送入PLC令用模入轉(zhuǎn)換模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。

施工方案是拆除原溫度巡檢儀，原測(cè)溫系統(tǒng)的熱電阻保留，熱電阻接到加裝的TM2DOCKN模擬量采集模塊上面。主機(jī)組在運(yùn)行時(shí)，測(cè)溫?zé)犭娮柙诠ぷ鲿r(shí)輸出的電壓信號(hào)屬于模擬信號(hào)，根據(jù)在任何情況下被測(cè)溫度都不可能發(fā)生突跳的特性，所以測(cè)得的電壓信號(hào)無(wú)論在時(shí)間上還是在數(shù)量上都是連續(xù)的，這個(gè)電壓信號(hào)在連續(xù)變化過(guò)程中的任何一個(gè)取值都是具體的物理意義，即表示一個(gè)相應(yīng)的溫度，因此采集熱電阻的電壓信號(hào)經(jīng)換算即為主機(jī)的實(shí)時(shí)溫度信息。

在現(xiàn)場(chǎng)主機(jī)PLC控制柜中加裝施耐德TM218小型編程控制器，對(duì)采集模塊TM2DOCKN傳輸過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，通過(guò)RS485信號(hào)傳輸?shù)街鳈C(jī)泵PLC處理器，再通過(guò)RS485信號(hào)傳送到現(xiàn)場(chǎng)的施耐德XBTGT5330觸摸顯示屏，供現(xiàn)地運(yùn)行人員巡檢查看，同時(shí)TM218通過(guò)以太網(wǎng)關(guān)把信號(hào)傳輸?shù)缴衔粰C(jī)，供自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)使用，如圖5.1所示。

上位機(jī)溫度通訊重新改造后，界面重新進(jìn)行了優(yōu)化調(diào)整，主機(jī)泵運(yùn)行界面可以直接監(jiān)控每臺(tái)主機(jī)運(yùn)行的重要電氣參數(shù)和溫度參數(shù)，如圖5.2所示。同時(shí)對(duì)各溫度量的報(bào)警信號(hào)和跳閘信號(hào)做出了相應(yīng)的PLC程序設(shè)置，當(dāng)溫度量超過(guò)設(shè)定報(bào)警溫度值時(shí)，上位機(jī)會(huì)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，提醒運(yùn)行人員及時(shí)進(jìn)行檢查并采取措施。當(dāng)溫度超過(guò)設(shè)定跳閘溫度時(shí)，上位機(jī)會(huì)發(fā)出指令到高壓室真空開(kāi)關(guān)，自動(dòng)跳閘，主機(jī)泵停機(jī)。

此次測(cè)溫系統(tǒng)升級(jí)改造也提升了樞紐的自動(dòng)化運(yùn)行管理水平，通過(guò)中控室上位機(jī)的有效檢測(cè)和控制，實(shí)現(xiàn)少人值守，現(xiàn)場(chǎng)無(wú)人值班的管理水平。

六、改造后的測(cè)溫系統(tǒng)使用情況

測(cè)溫系統(tǒng)改造后，經(jīng)過(guò)泵站一年多的開(kāi)機(jī)運(yùn)行，特別是2016年厄爾尼諾現(xiàn)象帶來(lái)的無(wú)錫地區(qū)降水量劇增，泵站開(kāi)機(jī)運(yùn)行時(shí)間比往年更多更密集，該套溫度采集系統(tǒng)沒(méi)有出現(xiàn)溫度采集不到或不更新需要重啟的故障，溫度采集量精準(zhǔn)，更新及時(shí)，與現(xiàn)場(chǎng)觸摸顯示屏以及中控室上位機(jī)通訊穩(wěn)定，非常符合現(xiàn)代大中型泵站長(zhǎng)期運(yùn)行的要求。

七、結(jié)論

由于采用了 M218等模塊化元器件設(shè)計(jì)取代了原有的溫度巡檢儀，不僅精簡(jiǎn)了設(shè)備，減少了故障點(diǎn)，同時(shí)還提高了溫度采集與通訊的可靠性，該控制系統(tǒng)具有安全可靠、運(yùn)行穩(wěn)定、使用簡(jiǎn)便，便于后期維護(hù)等特點(diǎn)，為大中型水利樞紐泵站的安全運(yùn)行提供了強(qiáng)有力的保障。

參考文獻(xiàn)：

[1]涂麗琴. PLC M218 在水電站油壓裝置控制系統(tǒng)中的應(yīng)用.長(zhǎng)江科學(xué)院院報(bào)，2013.

[2]閆坤.電氣與可編程程序控制器應(yīng)用技術(shù).北京.清華大學(xué)出版社，2007.

[3]于慶廣.可編程控制器原理及系統(tǒng)設(shè)計(jì).北京.清華大學(xué)出版社，2004.

作者簡(jiǎn)介：張繼來(lái)（1981.11-），男（漢族），江蘇無(wú)錫市，碩士研究生，無(wú)錫市城市防洪工程管理處，工程師，研究方向?yàn)榇笮捅谜炯夹g(shù)管理。