自动化监控系统改造方案(doc27页)

自动化监控系统改造方案一、工程概大套第二抽水站位于盐城市滨海县大套乡境内，通榆河与套坎河的交界处，是通榆河枢纽的重点工程之一，包括四座配套水工建筑物。该站可供滨海、响水地区及沿海垦区生活用水及农业生产用水。大套二站选用半调立式轴流泵，单机流量 10m3/s，配套 710kW 立式同步电机 6 台，设计扬程 3.7m。辅机系统包括一台压力滤油机,主机通风轴流风机，水力测量系统及供排水系统。枢纽变电所为通榆河枢纽工程配套专用，设35/6.3kV、6300kVA 主变一台，35/0.4kV、315kVA 站变两台。配套建筑包括四孔回转式格栅清污机、两孔站上送水闸、一孔灌溉东闸和一孔排涝涵洞。中国论文联盟 LWLM 编辑二、工作环水文气象：本工程位于亚热带北缘，具有典型的海洋气候特征，年均降水 1000mm 左右，多集中在 69 月，710 月份台风，风暴雨频发。年平均气温 14，极端最高气温39.6，极端最低气温17，夏季多偏南风，天热而且潮湿，冬季多偏北风，天晴而寒冷电磁环境：现场 50 米范围内有 35kV 变电所、35kV 架空线，应确保监控系统在此环境下安全运行，其相关设备的电磁屏蔽特性应保证监控系统能正常工作，且不影响其它设备的正常工作三、监控系统的实施标1 设计原系统设计遵循可靠性第一、其次为先进性的原则，且保证系统的可维护性、操作的方便性和未来的可扩展能力大套二站综合自动化系统应具备如下功能:数据采集与处理、运行监视和事故报警、控制与调节、数据通讯，要求开发出一套性能优异、高可靠性的适用于大套二站的 计算机监控系统软件,实现大套二站 6 台主机、辅机及配套涵闸的自动控制，满足少人值守， 并且有在枢纽管理处接收远传数据，实现远程监控的要求2 系统的可靠（1） 系统所选用主要硬件为国际知名品牌公司的产品，质量可靠（2） 系统所选用 网络 方案为目前国际通用网络 TCP/IP 以太网，数据通讯可靠（3） 系统底层通讯为国际成熟的总线通讯 MODBUS 规约，数据通讯可靠（4） 系统所选高压保护装置应为集控制、保护、测量、信号远传于一体的综合装置，符合未来自动化技术 发展 的要求3 系统的扩展（1） 硬件扩展灵活（2） 系统数据均在服务器中管理，系统与上一层的联网变得很容易四、大套二站主要监控设备的配置原继电保护系统采用微机综合保护装置选用法国 Alstom 公司产品 MiCOM P127、P241、P632根据继电保护和安全自动装置技术规程，本综合自动化系统方案将对大套二站下列主要电气自动化设备进行保护、监测、控制和信号远传，同时配以视频监视系统，用于监视泵站运行概况，使得监控更直观1 高压电气部分1) 35kV 进线回路 1 回，实现对其的各种保护，测量电流、电压、功率、频率， 检测开关状态及动作次数等主要参数，通过控制室计算机可直接控制回路的分合闸；记录管理动作事件2) 35kV/6kV 主变压器 1 台，实现对其的各种保护，测量高压侧电流、电压、功率、主变温度，检测主变上侧开关动作情况及次数等主要参数，通过控制室计算机可直接控制高压侧主回路的分合闸；记录管理动作事件3) 35kV 出线至废黄河地涵回路 1 回，实现对其的各种保护，测量电流、电压、功率、频率，检测开关状态及动作次数等主要参数，通过控制室计算机可直接控制回路的分合闸；记录管理动作事件4) 高压开关室 6kV 进线回路 1 回，实现对其的各种保护，测量电流、电压、功率、频率、检测开关状态及动作次数等主要参数，通过控制室计算机可直接控制回路的分合闸；记录管理动作事件5) 6kV 高压电机 6 台，实现对其的各种保护，测量电流、电压、功率、温度， 检测开关状态及动作次数等主要参数，通过控制室计算机可直接控制电机的分合闸；记录管理动作事件6) 上述各回路中，应包括开关位置状态、地刀位置状态、断路器小车位置状态、弹簧未储能状态的监测2 低压电气部分1) 380V 进线及相关供电回路，测量站变低压侧的三相电流、电压、功率等，测量开关状态，通过控制室计算机可直接控制回路开关的分合闸2) 辅机控制回路，测量各回路开关的状态，通过控制室计算机可直接控制各回路开关的分合闸；1#、2#供水泵和排水泵以及冷却风机、清污机桥等的运行监控2 闸门部分1) 泵站出口闸门 12 扇，通过监控系统控制闸门开启、关闭，利用原先门高开度仪的通讯口接入监控系统来监测闸位，控制室计算机可根据闸位信号和闸门限位信号控制每一扇闸门的启闭2) 出水闸门 2 扇、灌溉闸 1 扇、排涝涵洞 1 扇，对应增加 4 套自收缆闸位计对现有 4 扇闸门进行监测，并能够进行闸门升降控制3 传感器部分1) 泵站上、下游水位、闸上水位监测共计 4 个2) 排水廊道水位监测 13) 供水母管压力监测 2 个、供水母管滤水器压差 2 个、每台机组地示流信号器共 6 只4 视频系在控制室、进水池清污机桥、主厂房、出水池等处共设 12 台摄像头，其中两路云台可控，视频信号引入控制室的视频多媒体管理子机，实现重要场所的视频监控5 励磁测量部现有励磁为晶体管保护，不能实现微机控制。可以采用两种方案方案一是更换为微机励磁装置，可以通过计算机监控系统对其进行直接监视和调节方案二是在 6 台励磁柜内对应装入 6 台变送器将励磁电压、电流送入微机，从而实现励磁的微机监测功能五、大套二站自动化监控系统功1 保护装置的功（1） 馈线微机保护装具备速断保护、三相过电流保护、零序过电压保护、低电压过电压保护、断路器失灵保护等。测量包括：A3、V3、Hz、W、Var、VA、Wh、Varh、故障录波。具备足够的开关量输入，具备 RS485 通讯和 TCP/IP 通讯能力（2） 变压器微机保护装具备比例式差动保护、速断保护、过电流保护、频率保护等。测量包括：A3、V3、Hz、W、Var、VA、Wh、Varh、128 周波录波、变压器油温，可有载调压，具备足够的开关量输入，具备 RS485 通讯能力（3） 电动机保护装具备三相过负荷保护、速断保护、过低电压保护（20-100V）、温度保护等。测量包括 A3、V3、W、Var、Wh、Varh、V、Hz、Cos 及 10 点 RTD 温度。具备 RS485 通讯能力2 主机测控单元功u与中央站（操作站和服务器）通讯，接收开停机、工况调节等命令u巡测机组电流、电压、有功、无功、功率因数及各设备状态（开关状态u根据上级控制命令，实施机组自动开、停调节等操作u数据采集、处理和系统诊断，并向中央站发送实时运行信息u人工键入指令，实施自动开停、调节等操作，并显示机组运行状态各类参数u实现机组启停时相关设备地互锁联动u具有自检功能现场控制单元是站内控制机组运行的最高一级自动控制单元，能独立于系统其它设备进行工作3 辅助控制单（1） 变电所的测量、控制和微机保护装置的管理（2） 泵站供水泵、排水泵等辅机设备的运行监视和控制（3） 泵站水文数据、排水廊道水位的采集4 控制室监控站的功（1） 联网功与上一级处机关局域网进行联网，可以通过网络接收带密码的处级调度、控制指令并向上一级局域网发送本站实时运行信息（2） 数据采集与处理功系统可巡测泵站各种实时数据与状态信号，进行必要的数据预处理并建立当地实时数据库和 历史 数据库数据采集包括l 模拟量：电气模拟量，非电气模拟量及温度量l 开关量：状态信号，事故信号l 其他量：压力量，闸位，保护事件等（3） 参数越复限报警、记录、统计算机监控系统可以自动对当班、当月、当年的参数越复限情况进行统计，并记录下来（4） 设备运行时间统目的是作为其使用情况和寿命以及运行安全性可靠性判别的依据。参数在线修改，系统工程师可在线对运行状态判别条件，预置参数和计算公式进行在线修改（5） 控制与调节功系统设人工操作自动控制与优化调度自动运行方式选择功能手动操作和自动控制。操作员利用鼠标或键盘，根据泵站当前的运行情况和控制命 令，对泵站的运行进行控制。控制的内容包括机组的开、停机操作、断路器操作等（包括各公用设备）。操作员可在界面上点击所控设备图形（控键），界面上自动弹出控制模拟键和操作流程图，操作员要点击所需控键后，计算机自动实施操作流程，并能在流程图上观察每一步的执行情况和流程受阻情况的部分及原因，进行开环运行指导、闭环自动控制操作和调度开操作票。对泵站常用的重要操作如开、停机操作，系统可根据现场操作规程自动生成运行操作票，提供编辑、闭锁、确认、打印等各种功能（6） 设备运行统计记录及生产管计算机监控系统将能对各设备的运行情况进行统计记录,某些信息还将自动提示给操作值守人员.统计的类型包括设备运行时间、各主设备及各主要辅助设备的状态进行变位及变位时间的统计，必要时产生报警。另外，计算机监控系统还将对参数越限及定值变更等情况作出统计记录,并可以自动生成各类报表、日志、自动生成和打印操作等。所有功能分为以下几类n泵站运行记录。记录的内容包括当班、当月、当年的泵组运行时间。其初值及时间性区段的设置可通过调度或由运行值班人员通过人机对话方式实现n主要电气设备动作及运行记录。计算机监控系统对各主要电气设备的动作次数和运行时数自动加以统计和记录，其内容有：n 机组。开、停次数；本次开机运行时间，累计开机运行时数，泵组停机小时数，泵组检修退出时数n开关。断路器合闸次数，正常跳闸次数，事故跳闸次数n 操作记录。计算机监控系统将对各种操作进行统计和记录，其中包括手动方式开、停机、断路器的手动合、跳闸等n 事故及故障统计记录。计算机监控系统对当班、当日、当月、当年的各类事故及故障的内容和次数进行统计，作为资料保存n 参数越复限统计记录。计算机监控系统可以自动对当班、当日、当月、当年的参数越复限情况进行统计，并把它们记录下来n 运行日志及报表打印。系统将按照运行操作人员的管理和要求打印运行日志和报表。打印内容以及打印格式可以事先设定。打印方式有定时自动打印、随机召唤打印等形式（7） 画面显画面显示是计算机监控系统的主要功能。画面调用将允许自动及召唤方式实现。自动方式是指当有事故发生时或进行某些操作时有关画面的自动推出，召唤方式由操作员直接操作某些功能键或以菜单方式调用所需画面。画面种类包括各单线图、曲线、报警画面、运行指导、表格等n系统图类。主要有：主接线图、直流系统图、泵剖面图、液压油系统图、供排水系统图、 综合保护器测量组合显示画面（动态测量）、低压回路测量显示画面（动态测量n 曲线图类。通过数据库调用，系统提供电机负荷曲线以及各类运行图，机组启动及停机时电流、电压、有功功率、转速、泵站进出水压力变化过程曲线，计算机监控系统将按照操作运行人员的要求，自动地组织有关数据及其相应时间区间，并显示在屏幕上n 棒图类。通过数据调用，系统提供了各类运行参数的棒图，包括主要运行参数；油压力及主变温度等极度限值与实际值、设定值对比等有关运行指标的显示n 报警画面类。系统具有模拟量的越限报警、复限提示以及有关参数的趋势报警，事故、故障顺序记录及监控系统自诊报警等功能，一旦报警发生，在各界面上均弹出报警提示和简要报警说明，同时可在报警菜单内查询详细资料。在监视屏上通过颜色变化显示报警内容n 表格类。包括参数及参数给定值、特性表、定值变更统计表，各类报警信息统计表、操作统计表、各类运行报表、运行日志、操作票等n 运行指导类。系统内安装“帮助”栏，给出详尽的运行指导，包括开、停机操作指导，主系统操作指导，站用电系统操作指导画面、各类提示信息等。以上几类画面可按值守人员要求组合在一起显示，也可以单独显示（8） 语音报警功当需要对重要操作进行提示，以及泵站发生事故或故障时，本功能可以用准确、清晰的普通话向有关人员发出报警。在主菜单中设有命令检索和报警功能，并能提供用户最近500 条命令和 500 条报警记录。全站设有一套语言报警装置, 语言采用普通话女声。对事故和故障采用不同频率的音响。在出现故障情况时, 语言报警装置自动发出语言报警，并在任何画面上均可显示出故障或事故的位置。故障分预告和事故，并能手动或延时自动复归（9） 人机联操作人员通过 CRT、键盘、鼠标以及打印机实现对全站运行的监视、控制、调节、在线修改定值、画面调度、报表显示和打印等功能（10） 系统自检和自动重启系统具有自检功能，软件任务超时处理及过程通道故障检测。当主工作站故障包括内存、磁盘、I/O 及 CPU 等的故障和软件任务执行异常等）时，将控制权自动权自动切换到备用工作站。软件超时能实现功能软件的故障自启动功能。通道检测包括对 I/O 过程通道在线自动检测，检测的内容有通道数据有效性合理性判断，故障点自动查找及故障自动报警等功能（11） 具有双机热备，故障自动切换功该系统上位机为双机冗余设计，运行值班主机可预先任意选定，双机通过以太网通 信。系统软件根据值班主机的运行状态、通信、硬件、软件等状态，进行跟踪判别。一旦值班主机出现异常，系统可给出切换信号，由备用机代替值班主机，同时给出主机故障提示（12） 控制与调控制与调节对象：主、辅机、高低压电气设备以及闸门控制与调节方式：当控制方式切换到计算机控制为主方式时，中控室值班人员通过主操作站对设备进行监控，完成下列内容n自动完成开、停机组n机组联合运行的投/切n电气设备开关合/分操作n各种辅助设备的操作（供水泵、冷却风机等辅助设备的开、停、自动操作）n各闸门的控制调节n各种整定值和限值的设定n各种信息处理5 视频系统的功n视频画面可 4、9 分割显示n权限设定，操作有口令保护n网络图象传输功能六、系统硬件技术要1 监控计算n工业 级控制计算机；IPC-610PnCPU: P4/2.4G 以上nRAM: 256MnHD: 不小于 80G 以上n显示器: PHILIPS 21”大屏，分辨率为 1280*1024，平面直角n多媒体配置n软件环境：WIN2000/NT4.nPC 网卡 3COM 10/100M、声2 现地控制（1） 高压保护装n具备常规的电流、电压保护功能n具备电流、电压、功率、功率因数、电度等的自动监测功能n具备 RS485 通讯能力，支持 MODBUS 规约，波特率最高速率应到达19200bpsn具备不少于 8 点的开关量输入点和 6 个开关量的输出点n具备故障录波能力n供电电源为交/直流两用（2） 变压器保护装n具备差动保护和常规的电流、电压保护功能n具备电流、电压、功率、功率因数、电度等的自动监测功能n具备 RS485 通讯能力，支持 MODBUS 规约，波特率最高速率应到达19200bpsn具备不少于 8 点的开关量输入点和 6 个开关量的输出点n具备故障录波能力n供电电源为交/直流两用n具备常规的电流、电压保护功能n具备电流、电压、功率、功率因数、电度等的自动监测功能n具备 RS485 通讯能力，支持 MODBUS 规约，波特率最高速率应到达19200bps；中国论文联盟 编辑n具备一定的开关量输入点和开关量的输出点n具备 10 个 RTD 的温度输入接口，可实现电机的温度保护跳闸n供电电源为交/直流两用（4）现场辅助控制单元PLn模拟量输入模块的分辨精度为 12 位半；4-20mA 输入，支持两线制现场仪表n开关量输出模块为继电器输出类型，触点容量不小于 2AnCUP 能力：可支持 4096 个点，程序扫描周期不大于 1.0ms/K，可直接支持TCP/IP 以太 网络n通讯模块具备可编程的能力，便于支持现场智能仪表，不同规约的通讯编程，模块支持 RS485 MODBUS 通讯七、系统技术指1 系统指操作站画面刷新速度2事件状态量采集以及开关操作反馈时间1模拟量采集周期1控制命令的执行时间1系统操作站 计算 机无故障运行时间不小于 15000系统现场控制站无故障运行时间不小于 45000系统接地电阻1 欧2 系统可靠为保证系统的高可靠性，除了选用高可靠性的硬件设备外，还采用下列措施现场监控单元在正常工作状态下处于系统的集中指挥下运行但在紧急情况下或系统故障时，它又可独立运行。个别的现场监控单元故障，不会对系统或其他单元构成影响系统软件、硬件设置监控定时器（看门狗）功能对控制指令的发布规定操作权限，命令传送须经过巡回认证，数据采集经过合理性判别和处理，以防误操作因系统处于强电环境下运行，现场监控单元对系统的输入信号均采用光隔技术采用浮空接地技术，输出信号采用光隔加中间继电器隔离等保护措施， 以防 工业 干扰和雷电的影响，减少数据出错和元件的损坏在监控系统与网络之间设置软件防火墙，对外部指令进行鉴别和过滤确保系统安全八、系统的结构及配根据要求，整个系统分为微机监控系统和视频系统两大部分微机监控系统由三部分组成：中央操作单元、网络管理单元和现场保护与测控单元视频系统由四部分组成：前端设备、传输设备、控制设备及显示设备整个工程系统采用分布式结构8.1 自动化监控系统结微机监控系统主要由下列部分组成l站监控工作站，二套(互为热备份)lWEB 服务器，一套l主要设备保护单元，十套l泵站主机的测量、控制和保护管理由两台 PLC 组成。变电所的测量、控制和保护管理及辅机设备、水位数据等测控系统由一台 PLC 完成l灌溉闸、送水闸、排涝闸、清污机的测量和控制分别由一台微型 PLC 实现l传感器，若干l以太网交换机一台。将现场的 7 台 PLC、监控操作站和 Web 服务器连接起来系统结构见“大套第二抽水站自动化监控系统框图”系统的主要设计思路是分散数据采集、控制、保护，集中操作、管理。这样的结构配置形式使得系统重要的测量、控制和保护功能分布在位于现场的各台智能测控装置上，速度快，且实现了局部自治。各现场测控设备又通过通信网络连接起来，形成相互协作的整体，便于集中监视、操作管理和进行必要的统计。系统还方便地与水情网络或者 Internet 连接，向上级管理部分提供泵站地实时运行数据、运行统计数据和管理信息8.1.1 监控操作站监控操作站是整个系统的中枢系统。监控操作站接受操作员的指令并通过网络管理单元向现场控制单元直接下达操作员的控制指令，收集处理现场控制单元发送的所有数据和信息，并进行分析、处理、分类并予以动态显示监控操作站主要由两台 台湾 研华工业控制计算机构成，配备两台 21”纯平监视器。为了保证系统的正常运行，两台监控操作站互为热备用，当主操作站出现故障时，备用操作站将自动接管主操作站的所有工作，实现主操作站所有功能。操作系统为 WINDOWS NT /WINDOWS 2000 并配有 SQL Server 8.0 数据库软件。上位机平台软件为美国柏元网控公司的 WEB ACCESS 平台软件Web Access 软件是基于流览器的客户端既可监视又可控制,通过使用标准的浏览器,用户可以通过它对工业现场/工厂制造/过程控制及楼宇中的自动化设备进行监视和控制.设备数据将实时的显示在动态动画图画中.并且还能通过使用标准的浏览来完成整个工程的建立与运行,即对所有工程的建立/设置/绘图都可以在标准的浏览器中完成.这也是 Web Access 网际组态软件具有的独一无二的特点WebAccess 的技术优势(1) 先进的网络实时技由于 WebAccess 网际组态软件是目前国际软件市场中唯一一家基于网络技术和设计的自动化监控软件。WebAccess 网际组态软件具有传输算法更强、网络实时性更高、网络控制更安全的特点，在 512K 的 INTERNET 上可以实现现场实时数据 2 秒内刷新，画面切换 5 秒内刷新，是同类软件中远程 实时性最强的(2) 网络管理层无限扩展（即客户端免费无限WebAccess 开放了网络管理层的扩展空间，使工程中管理层的管理人员同时监控数无限扩展，并且软件部分没有任何费用及授权的限制。工程可以根据未来网络的需要随时增加网络管理层的监控数量，为工程的未来的增值需求提供广阔空间(3) 易操作的绘图模WebAccess 采用类似于 AutoCAD 绘图的使用方法，而且可以直接导入 AutoCAD 生成的DXF 图档，导入的图档可以进行二次修改。为工程维护人员在对工程跌监控界面进行二次修改时提供强有力的工具，节省工作时间，提高工作效率中央控制单元还包含 HP 网络打印机，处理日常报表打印工作整个泵站监控均可以通过鼠标或键盘操作来实现，通过 CRT 可以对全站的设备进行实时监控。操作站软件界面友好，全汉化，在线操作指南可帮助用户操作7.1.2 网络管理单网络管理单元的主要配置如下nWeb、数据库/服务器一台，选用 DELL PW 2800，X2.8G*2，1M/1G， 36G*2，1000M，21 寸，PHILIPS 直角平面显示器，为双 CPU，双硬盘n交换机 1 台，选用的是 Cisco WS-C1924-EN 24 口以太网交换机7.1.3 设备保护与现场测控单现场保护与测控单元负责全站的高压馈电回路、高压电机、低压电动机以及低压辅机部分的现场有关数据采集，并对所采数据进行加工处理后通过网络上传给中央操作单元，接收中央操作单元发来的各项指令，执行相应的测量和控制功能。当现场保护与测控单元与中央操作单元通讯出现故障时，现场保护与测控单元可以独立运行工作根据要求，设备保护与现场测控单元要求如下表所示序号 保护与测控单元名称 监控内容 所选仪表 数量 备注 1 馈线保护继电器 35kV 进线1 条、35kV 出线 1 条、6kV 进线 1 条 P127 3 套 法国 ALSTOM 产品 2 主变压器保护继电器35kV/6kV 主变压器 P632 1 套 法国 ALSTOM 产品 3 高压主机保护继电器 泵主机 6 台P241 6 套 法国 ALSTOM 产品 4 主机设备测控 PLC 设置 2 套 PLC，分别负责 13机组和 46机组的测量、控制和保护管理 PLC90-30 2 套 美国 GE 产品公共设备测控 PLC 变电所的测量、控制和保护管理及辅机设备、水位数据等测控 PLC90-30 1 套 美国 GE 产品 5 灌溉闸、送水闸、排涝闸、清污机单元 灌溉闸、送水闸、排涝闸、清污机的测量和控制模块 Micro PLC 4 套 美国 GE 产品馈线保护继电器、主变压器保护选用法国 ALSTOM 产品，其具备 RS485 通讯能力，具备自检功能；系统中，它们通过 RS485 口与 1PLC 连接高压电动机保护继电器选用法国 ALSTOM 产品，具备 RS485 通讯能力。由于这些设备将与一些低压辅机设备进行联锁控制，所以，系统将他们通过 RS485 口与 2、3PLC 连接现场主机设备测控 PLC 和公共设备测控 PLC 选用的是美国通用公司生产的 90-30 系列PLC，90-30 系列 PLC 模块具备自检功能，可自动诊断系统故障或模块故障，并报警输出。在本项目配置中选用了该系列 PLC 自带 TCP/IP 的 CPU 模块，实现与网络管理单元相连； 同时配置了该系列中的专用 RS485 通讯模块，该模块支持 MODBUS RTU 规约灌溉闸、送水闸、排涝闸、清污机的测量和控制 PLC 选用的是美国通用公司生产的Micro PLC，体积小，价格低，通过网络可以直接连接到监控操作站上去屏柜选用德国威图公司（RITTAL）生产的标准控制屏柜，柜内元器件均选用中外合资的知名厂家的产品7.1.4 现场传感器部根据要求，系统将配置下列传感器l泵站上下游水位和闸上下水位监测 4 只，选用中美合资的麦克水位传感器l集水井水位监测 1 只, 选用中美合资的麦克水位传感器l供水母管压力监测 2 个，选用中美合资的麦克压力传感器l供水泵滤水器压差变送器 2 只，选用中美合资的麦克压力传感器l每台机组冷却水示流信号器 6 只，选用鲍尔自控公司引进美国组件制造的一种水流信号发讯装置l闸门开度仪 4 个，选用带钢丝绳自收紧器的广泛使用的 WDC-31 闸门开度仪l励磁电压、励磁电流、站变出线电量测量选用维博的 WB 电量变送器7.2 视频系本项目视频监视系统是由前端的 10 台固定式摄像机、2 台可控摄像机和、1 台集矩阵、画面分割器、视频服务器的视频服务器。将视频系统连入 TCP/IP 以太网络中，可以远程对视频图像进行监视