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太浦河泵站计算机监控系统
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、mic 4 系统软件 系统软件配置如下：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。主要功能如下：
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。主要功能如下：
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。
