俞誠哲，俞新雄

（1. 浙江禹貢信息科技有限公司，浙江 杭州 310052；2.蕭山區(qū)錢塘江灌區(qū)管理中心，浙江 杭州 310018）

1 引言

蕭山區(qū)蜀山片外排工程-大治河排澇閘站位于杭州市蕭山區(qū)，下沙大橋下游右岸約530 m處，大治河和錢塘江交匯口處，老大治河排澇閘站原址下游30 m。工程為在老大治河閘站拆除后新建。大治河排澇閘站改建工程為閘泵結(jié)合的綜合樞紐。由三孔排澇閘門及5臺單向排水泵組成，單機(jī)排澇流量為20 m3/s，總排澇設(shè)計(jì)流量為100 m3/s，單機(jī)功率1 400 kW，總裝機(jī)功率7 000 kW。為了實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，提升管理安全和管理效率，建設(shè)自動化控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)共包含10大部分：網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)、PLC現(xiàn)場控制系統(tǒng)（5臺泵機(jī)LCU柜、公用LCU柜、開關(guān)柜LCU柜、上下游節(jié)制閘LCU柜）、上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)（包含操作站、組態(tài)軟件、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)等）、圖像監(jiān)視系統(tǒng)（包含前端攝像機(jī)、存儲、圖像操作站、拼接大屏系統(tǒng)）、儀表系統(tǒng)（包含液位計(jì)、流速儀、流量計(jì)、示流器等）、直流系統(tǒng)、交直流供電系統(tǒng)、UPS系統(tǒng)及配套的饋線柜、低壓防雷系統(tǒng)（各電源柜、LCU柜、儀表、視頻、網(wǎng)絡(luò)）、勵磁系統(tǒng)、閘門就地控制系統(tǒng)（檢修閘門、工作閘門等）、安全監(jiān)測系統(tǒng)（包含滲壓計(jì)、位錯計(jì)及上位機(jī)檢測展示軟件）。

2 PLC控制系統(tǒng)

PLC控制系統(tǒng)由中央處理器（CPU）、I/O模塊（DIDOAINET485）和PLC下位機(jī)軟件及網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、其他附件等構(gòu)成。下位機(jī)（PLC系統(tǒng)）通過采集儀表系統(tǒng)的測量參數(shù)、各工藝設(shè)備的狀態(tài)參數(shù)和接受觸摸屏及上位機(jī)的控制命令，根據(jù)編制的泵機(jī)、閘門啟閉機(jī)控制程序，來實(shí)現(xiàn)對各工藝設(shè)備的自動控制和遠(yuǎn)程遙控，并將各信號上傳至監(jiān)控中心的工況監(jiān)控計(jì)算機(jī)上。其中閘站監(jiān)控系統(tǒng)中的排澇泵組啟動流程具體如圖1所示，排澇泵組停機(jī)流程具體如圖2所示。泵組的啟動過程采用一鍵啟動和單項(xiàng)控制方式，日常運(yùn)行采用一鍵控制，即運(yùn)行人員收到調(diào)度開機(jī)指令后，巡檢確認(rèn)啟動條件滿足，只需要在上位機(jī)上點(diǎn)擊一個按鈕，即可完成整個泵組的啟動全過程。如發(fā)生部分設(shè)備故障或啟動條件不滿足需要強(qiáng)行啟動，則采用單項(xiàng)控制方式，按啟動流程逐步進(jìn)行。泵組的停機(jī)過程采用一鍵停機(jī)和單項(xiàng)控制方式，日常運(yùn)行采用一鍵控制，即運(yùn)行人員收到調(diào)度停機(jī)指令后，只需要在上位機(jī)上點(diǎn)擊一個停機(jī)按鈕，即可完成整個泵組的停機(jī)全過程。如發(fā)生部分設(shè)備故障或順序停機(jī)條件不滿足，則采用單項(xiàng)控制方式，按停機(jī)流程逐步進(jìn)行。發(fā)生故障或緊急情況時(shí)，則采用緊急停機(jī)流程。

圖1 泵組啟動流程圖

圖2 泵組停機(jī)流程圖

3 上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)

上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)是整個大治河排澇閘站監(jiān)控系統(tǒng)中的核心部分，可以對整個閘站進(jìn)行監(jiān)測和控制，它具有一定的開放性、靈活性和多樣性。它的功能非常多可以進(jìn)行動態(tài)畫面顯示和遠(yuǎn)程遙控，強(qiáng)大的人機(jī)交互能力可實(shí)時(shí)采集閘站的局部信息, 包括整個閘門的開閉操作、泵機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)、液位狀況等信息。它有報(bào)警功能、報(bào)表輸出功能、數(shù)據(jù)采集處理功能、遠(yuǎn)程操縱功能和歷史數(shù)據(jù)儲存功能等。在大治河排澇閘站監(jiān)控系統(tǒng)中，上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)采用艾默生（原美國通用GE）公司的SCADA軟件IFIX5.8來完成，主要用來采集和處理來自PLC的數(shù)據(jù)、發(fā)出人機(jī)交互指令給PLC控制器、設(shè)置參數(shù)、畫面顯示、報(bào)警輸出、報(bào)表曲線輸出等；

具體數(shù)據(jù)有：電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)（高配、低配的電壓、電流、功率、電能量、直流系統(tǒng)）；網(wǎng)絡(luò)通信數(shù)據(jù)（網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、IP地址、通信速率）；河道環(huán)境數(shù)據(jù)（水位、流速、流量等）；閘門運(yùn)行數(shù)據(jù)（開度、運(yùn)行狀況、載荷等）；泵機(jī)組運(yùn)行數(shù)據(jù)（電流、電壓、功率、勵磁、轉(zhuǎn)速、）；機(jī)組工藝數(shù)據(jù)（工藝水流量、壓力、溫度、泵組軸承溫度、電機(jī)線圈溫度）；其他輔機(jī)數(shù)據(jù)（滲漏排水相關(guān)、檢修排水相關(guān)、檢修閘門相關(guān)、通風(fēng)機(jī)組相關(guān)、備用發(fā)電相關(guān)、環(huán)境照明相關(guān)）；整個監(jiān)控軟件界面主要由以下幾個畫面構(gòu)成：閘站主界面、網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架、泵組控制界面、泵房設(shè)備界面、閘站電氣界面、閘站實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)（報(bào)表、曲線）、參數(shù)及報(bào)警設(shè)置界面、報(bào)警管理界面、系統(tǒng)管理界面等組成。

采用閘站俯視簡化示意的方式展示閘站的全貌，通過全貌可以很直觀地了解整個閘站的泵組和節(jié)制閘的布置方式，以及全站當(dāng)前設(shè)備運(yùn)行狀況、水系狀況。畫面中心為5臺排澇泵組，每臺泵組設(shè)置1個進(jìn)口閘門、1個出口閘門、1個出口檢修閘門，通過設(shè)備顏色可區(qū)別運(yùn)行、故障、停止?fàn)顟B(tài)；5臺泵組下方為3組排澇節(jié)制閘，每組節(jié)制閘均設(shè)置1個進(jìn)口閘門、1個出口閘門、1個出口檢修閘門通過設(shè)備顏色可區(qū)別運(yùn)行、故障、停止?fàn)顟B(tài)。泵組左側(cè)為外江水位、右側(cè)為內(nèi)河水位以及各流道的流量數(shù)據(jù)。主畫面下方為泵機(jī)運(yùn)行主要參數(shù)，包括定子電流、勵磁電流、勵磁電壓、3個閘門的開度狀況。

整個閘站采用1 000 M速率的工業(yè)以太網(wǎng)組網(wǎng)。高速核心交換設(shè)備連接各PLC控制柜和工作站、工程師站、圖像工作站，并采用GPS時(shí)鐘統(tǒng)一授時(shí)。泵組的啟動過程采用一鍵啟動和單項(xiàng)控制方式，日常運(yùn)行采用一鍵控制，即運(yùn)行人員收到調(diào)度開機(jī)指令后，巡檢確認(rèn)啟動條件滿足，只需要在上位機(jī)上點(diǎn)擊一個按鈕，即可完成整個泵組的啟動全過程。如發(fā)生部分設(shè)備故障或啟動條件不滿足需要強(qiáng)行啟動，則采用單項(xiàng)控制方式，按啟動流程逐步進(jìn)行。

泵組的停機(jī)過程采用一鍵停機(jī)和單項(xiàng)控制方式，日常運(yùn)行采用一鍵控制，即運(yùn)行人員收到調(diào)度停機(jī)指令后，只需要在上位機(jī)上點(diǎn)擊一個停機(jī)按鈕，即可完成整個泵組的停機(jī)全過程。如發(fā)生部分設(shè)備故障或順序停機(jī)條件不滿足，則采用單項(xiàng)控制方式，按停機(jī)流程逐步進(jìn)行。

發(fā)生故障或緊急情況時(shí)，則采用緊急停機(jī)流程。泵房設(shè)備主要是工藝水系統(tǒng)，包括過濾器、循環(huán)水箱、熱交換器、循環(huán)水泵等等，設(shè)備參與自動啟停流程控制

電氣設(shè)備主要是雙路進(jìn)線、10 kVI段、10 kV Ⅱ段、母分聯(lián)絡(luò)、1號、2號站變、5臺高壓控制柜等等，電氣設(shè)備參與自動啟停流程控制。

數(shù)據(jù)報(bào)表和曲線功能方便查詢實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)，可以按年月日分別查詢，也可按參數(shù)名稱分別查詢，可以多曲線同列比對查詢，具有較完善的數(shù)據(jù)查詢分析功能。

綜上所述，上位機(jī)SCADA軟件系統(tǒng)具有數(shù)據(jù)采集與處理功能、運(yùn)行監(jiān)視和事件報(bào)警功能、控制與調(diào)節(jié)功能、畫面顯示功能、語音提示功能、系統(tǒng)自檢和自動重啟動、數(shù)據(jù)通信功能等，可完成閘站的全自動、半自動、手動操作過程。

4 閘站安全檢測系統(tǒng)

大治河閘站設(shè)計(jì)預(yù)埋了多個在線式振弦式滲壓計(jì)、位移計(jì)、地下水位計(jì)，用于實(shí)時(shí)檢測閘站的建筑物狀況，并使用獨(dú)立的數(shù)據(jù)采集設(shè)備、數(shù)據(jù)分析軟件，對滲壓計(jì)、位移計(jì)等數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、分析、顯示、保存。整個安全檢測系統(tǒng)采用在線方式，可不間斷對建筑物進(jìn)行安全檢測，對日常管理提供了極大的幫助。

5 閘站視頻監(jiān)控系統(tǒng)

大治河閘站設(shè)計(jì)安裝了多路高清視頻監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)了每個重要設(shè)備的單點(diǎn)監(jiān)控、全站無死角安防監(jiān)控，全部采用?？低暤那岸水a(chǎn)品和視頻監(jiān)控軟件，并提供長時(shí)間的錄像存檔，對日常管理提供了極大的幫助。

6 大屏展示系統(tǒng)

大治河閘站設(shè)計(jì)安裝了大屏幕展示系統(tǒng)，并通過高速網(wǎng)絡(luò)交換系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)、視頻、安全檢測等的系統(tǒng)融合，并展示到中控室的大屏幕上，用于日常運(yùn)行管理。

7 結(jié)束語

針對大治河閘站自動化建設(shè)，設(shè)計(jì)了PLC控制系統(tǒng)；并利用SCADA組態(tài)軟件設(shè)計(jì)了閘站的監(jiān)控的各種界面，并通過實(shí)時(shí)曲線監(jiān)視重要數(shù)據(jù)，利用報(bào)表記錄重要數(shù)據(jù)且可以提供查詢功能，利用了腳本語言實(shí)現(xiàn)了豐富的動畫展示，使得系統(tǒng)更加形象逼真；配置了在線安全檢測系統(tǒng)用于建筑物的安全管理；配置了全站視頻監(jiān)控系統(tǒng)、中控室大屏系統(tǒng)用于日常運(yùn)行管理，本大治河排澇閘站自動化自完工驗(yàn)收以來，取得了較好的運(yùn)行管理效果。