太浦河泵站计算机监控系统
摘要 介绍太浦河泵站计算机监控系统的设计原则、运行控制方式、系统的硬件和软件配置，并阐述系统功能和特点。系统采用全计算机监控方式，是一个开放式全分布的信息统一的监控系统。其功能完善、控制对象全面、实时性强、可靠性高、人机界面友好，较好地满足了泵站运行管理智能化、远程化的需要。
关键词监控 通讯 PLC 软件 特点
1 监控系统配置的基本原则
太浦河泵站采用开放式分层分布结构的全计算机监控方式，取消或简化常规控制手段。系统的配置和设备选型符合计算机技术发展迅速的特点，充分利用计算机领域的先进技术，并结合泵站自动化程度要求高的特点，使泵站运行管理智能化，并能方便地完成与其他管理信息计算机系统的连接。系统软硬件均采用模块化、结构化设计，具有高度的可靠性、安全性、实时性、实用性、灵活性和便于扩充。监控系统保证与泵站同步投运。
计算机监控系统利用世行贷款，国际招标，由中国水利电力物资有限公司中标，由上海东屋电器有限公司生产制造。
2 泵站运行控制方式
泵站设有三个等级的运行控制方式
在操作员工作站设有“吴江供电局”、“水务局”和“中控室”软选择开关，供运行人员确定控制方式，缺省选择为中控室控制。在泵组各现地控制单元，设有“就地/远方” 软选择开关，缺省选择为就地控制。紧急停机等的操作不受控制权设定的制约。
3系统的硬件结构和配置
3.1 网络系统
本系统采用开放式全分布结构，分主控级和现地控制单元级。网络采用100Mb/s快速交换式以太网光纤环网结构，采用TCP/IP协议。主干网采用4台RS2系列499NOS07100施耐德工业交换机，每台交换机有5个端口。根据设备的布置情况，其中2台交换机设置在计算机室，主控级的各计算机和变电站LCU通过RJ45端口电缆与其联接；2台交换机设置在现地，1~6号泵组LCU和公用设备LCU通过PLC以太网模块、RJ45端口电缆直接与其联接。
选择一个合理的网络拓扑结构，对提高网络通讯的可靠性和实时性非常重要。经过比选，系统采用以工业交换机为基础的光纤以太环网结构，具有以下优点
（1）采用对等网工作方式，网上各节点设备（如PLC站、主控计算机）以对等（平等）方式交换信息，某一节点设备出故障不会影响其他设备和整个网络的正常工作。而如果采用以服务器为网络数据中心的主从网工作方式，则网络上节点设备均通过服务器数据库交换信息，服务器的工作负荷相对较重，其运行的可靠性和数据处理速度直接影响到整个系统的可靠性和通讯速率，一旦服务器发生故障将会导致整个网络的瘫痪。因此采用对等网的工作方式，系统的可靠性明显提高。
（2）采用环网结构，所有网络节点设备均挂接在一根首尾相接的环形线上。它具有故障冗余功能，当环上某一点出现断线时，环网结构500ms内自动转换为总线结构运行，断点两边的节点设备仍可通过总线进行通讯，可确保系统实现无扰动运行。而如果采用总线结构，所有网络节点设备均挂接在一根总线上。当总线上某一点出现断线故障时，断点两边的节点设备之间就无法进行通讯，从而影响系统的正常工作。
（3）采用工业级快速光纤交换机进一步提高了系统的可靠性和实时性。工业交换机在设计、制造上具有一些不同于商业交换机的特点
下面是采用工业交换机的PLC系统网络的部分技术指标
网络传输速率100Mbps
网络拓扑结构总线型，星型，光纤环网
网络传输介质光纤，双绞线
网络传输距离光纤：3100米，双绞线：100米
网络通讯协议以太网TCP/IP
下表概括列出工业交换机与商业交换机的主要区别
功能
施耐德工业交换机
3COM3300交换机
元器件和设计
工业级
商业级
工作电压
24VDC
220VAC
电源冗余
双电源
一般没有
安装方式
DIN导轨安装
桌面，机架
工作温度
0~55℃
0~50℃
工作湿度
10~95%
10~95%
冷却方式
无需风扇
需要风扇
电磁兼容性标准
EN50081-2（EMC，工业）
EN50081-1（EMC，办公室）
冗余环网故障切换时间
＜500ms
无法组成100M光纤环网
MTBF值
17万小时
6105小时
要求备品备件供货时间
10年
3~5年
以上参数分别摘自施耐德公司工业交换机和3COM商业交换机产品技术资料。
图1太浦河泵站计算机监控系统结构图
2.2 主控级
主控级包括
3.2 主控级
主控级包括
3.3 现地控制单元
现地控制单元级包括1~6号泵组现地控制单元（1~6LCU）、公用设备现地控制单元（7LCU）、变电站现地控制单元（8LCU）。每个现地控制单元均以Modicon-quantum系列PLC为控制核心，采用10.4”彩色触摸屏作为人机界面。PLC为模块化结构，具有以太网模块，可直接连接100Mbps以太网，具有双电源热冗余，可靠性高。
1~6LCU各1面柜，布置在机旁，用于泵组的数据采集、处理和开停机控制。泵组LCU通过232/485转换接口采用Modbus通讯协议完成与泵组6kV开关柜的微机保护单元、测量单元的通讯。稀油站PLC控制装置通过Modbus Plus网络实现与泵组LCU通讯。水泵、电机及齿轮箱的各种自动化元件如压力变送器、温度传感器、电磁阀、示流信号器等经现地端子箱转接后引入LCU的I/O模块。
设置独立于PLC，硬布线的紧急停机按钮、手动开机按钮、开/关电磁阀按钮作为备用，以便在紧急情况和调试期手动开机时使用。
7LCU共1面柜，布置在现地5LCU旁，用于全站公用设备的监控。
公用设备LCU通过Modbus Plus网络实现与技术供水泵PLC、渗漏排水泵PLC、消防供水泵PLC、清污机集中控制PLC、液压油泵站PLC以及亭子港闸桥PLC的通讯。各系统只将少量的信号以硬接点方式送至公用设备LCU，其它监控信号均通过通讯方式实现。少量的信号包括PLC装置本身故障和电源故障，这样即使网络通讯故障，上位机和LCU也能采集到该信号，确保可靠性。
8LCU共1面柜，布置在变电站继保室，用于变电站设备的监控。
变电站LCU通过Modbus 网络实现与Sepam继保单元、PM500测量单元、多功能电度表、micrologic5.0p低压400V智能测控单元、220V直流电源装置的通讯。主变、站变、35kV和6kV母线PT等设备的部分信号通过硬布线接入变电站LCU的I/O模块，以满足供电部门的要求和事件顺序记录（SOE）分辨率的需要，便于故障的分析和处理。
4 系统软件
系统软件配置操作系统软件Window 2000；工业监控软件：intouch7.11；数据库软件：insql；系统编程软件：concept。
Intouch采用通信技术的现有标准，并与微软的未来技术相结合，为应用开发人员提供了一个更加开放和易用的开发环境。Intouch支持所有最新的工具，包括Activex、OPC、Wonderware的SuiteLink以及标准的DDE。
Intouch提供多达数百种的32位I/O Sever,使之可以非常方便地与世界上几乎所有PLC产品（如AB、西门子、Modicon、SguareD、三菱、欧姆龙、GE……等）和绝大多数DCS系统及智能仪表实现网络连接和数据通讯。
Intouch提供方便易用的图形处理和动态显示工具以及丰富的图形库。
Intouch可以处理最多达60000个标志的I/O信息，对这些信息实施动态监测和控制，从而满足各种大型自控系统和信息管理系统的需要。
2)系统采用施耐德Modicon PLC作为基本控制单元，采用基于Windows界面的调试编程软件Concept，可提供5种编程手段，既可用梯形图又可用高级语言编写应用程序并且提供大量功能块，使编程更加灵活方便。
5系统主要功能
5.1主控级功能
主控级设备在中控室和计算机室。主要功能
5.2现地控制单元功能
各现地控制单元LCU不因主控级发生故障而影响LCU各自的监控功能，即可接入网络协同工作，实现系统指定的功能。当与系统脱离时又可独立工作，实现LCU的现地监控功能。主要功能
6 系统性能指标
6.1主控级的响应能力
1) 数据采集响应时间
非电量、电量等模拟量和全部数字量每1秒钟一次采集存储到实时数据库或等效实时存储区中。
2) 人机通信响应时间
3) 主控制级控制响应时间时间不超过2S。。
4) 主控级对调度系统数据采集和控制的响应时间，能满足调度系统远动规约的要求。
6.2 单元控制级的响应能力
1) 数据采集时间
3)控制响应时间
6.3 系统的可靠性:系统的平均故障间隔时间MTBF大于10000h，现地控制单元MTBF大于16000h。
6.4系统的可利用率:整个系统的年可利用率不低于99.95％。
7 系统特点
8 结束语
计算机监控是一个系统工程，它需要系统中各个部分如硬件、软件、网络结构、自动化执行元件等有机组合，综合考虑，它要充分利用计算机技术、网络技术、通讯技术、冗余技术、抗干扰技术等等。太浦河泵站计算机监控系统经过一段时间的试运行，运行情况良好，性能稳定，很好地满足泵站的运行要求，为今后类似泵站的设计提供很好借鉴。
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