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1、水利工程泵站计算机监控系统 设计要点,2009.11.18,上海勘测设计研究院近年来设计泵站介绍,近年来，我院先后在上海和江苏等地区承接了二十多个泵站工程设计项目，包括上海太浦河泵站（6台泵，每台流量为50m3/s，设计总流量为300m3/s，配套电机1600kW）、上海清草沙水库引水泵站（ 6台立式同步电动机，每台额定功率为3150kW、设计总流量为200m3/s）和南水北调东线工程泗阳泵站（ 6台电压等级为10kV的3150kW同步电动机，总流量为198m3/s），江苏连云港市临洪东泵站（装机12台，总功率24000 kW，单机流量30m3/s，）,上海勘测设计研究院近年来设计泵站介绍,苏
2、州市城市中心区防洪工程十一座控制建筑物中八个枢纽，即：青龙桥、东风新、元和塘、澹台湖、外塘河、胥江、上塘河、娄江水利枢纽；以及无锡市仙蠡桥、江尖、利民桥、北兴塘等水利枢纽； 常州市横塘河北枢纽; 镇江市引航道水利枢纽工程.,上海勘测设计研究院近年来设计泵站介绍,太浦河泵站工程位于江苏省吴江市境内的太浦闸南侧，距东太湖2km，与已建太浦河节制闸并列布置。工程于2000年12月28日开工建设。工程由抽水泵站、拦污栅闸、公路桥、上下游进出水渠、变电站等组成。太浦河泵站共装6台泵，每台泵流量为50m3/s，设计总流量为300m3/s，配套1600kW电机6台。在2004年实现了在泵站现地和上海市区远方
3、自动开停机。,太浦河泵站工程,上海勘测设计研究院近年来设计泵站介绍,太浦河泵站： 2005年水利部优质工程奖。 2005年上海市优秀工程勘察设计奖一等奖 2006年国家优质工程奖银质奖 2006年中国电力优质工程奖 2006年第六届詹天佑土木工程奖大奖，,泵站计算机监控系统设计要点,在上海院，本人先后参加并主持了以上这些项目的电气设计工作，目前这些项目绝大部分均已经顺利投入运行。下面我想就本人参加这些泵站设计工作的一些体会和总结，向各位领导和同行进行汇报，若有不当之处，敬请原谅。,一、水利工程泵站计算机监控系统控制对象,水利工程泵站计算机监控对象主要包括： 主水泵、变速箱及主水泵出水口闸门启闭
4、设备 同步电动机及励磁设备、异步电动机、软起动器或者变频器 技术供水泵（冷却供水泵、循环供水泵） 节制闸及船闸闸门启闭设备、船闸通航信号设备包括LED显示屏 消防供水泵、渗漏排水泵、检修排水泵、部分泵站还有冲淤泵 清污设备（清污机、皮带输送机）,一、水利工程泵站计算机监控系统控制对象,7、 35KV及10KV电源进线保护及测控设备 8、 高压开关柜及保护设备、主变压器、站用变、电容器补 偿设备、0.4kV开关柜等 9、 备用柴油发电机 10、蓄电池及直流系统设备 11、UPS电源设备 12、工业电视及视频监视系统,二、 监控系统的设计原则,2.1 网络结构 计算机监控系统均采用分层分布式结构，
5、由调度中心远方控制级、控制室主控级和现地控制单元组成。 主控级设备和现地控制单元通过光纤以太网连接在一起，既实现了设备集中管理、分散控制的功能，又避免了集中控制系统危险度集中、不易扩展和控制电缆用量大等缺点，可以实现信息、控制、管理上的集中，功能及控制风险上的分散。,2.1 网络结构,除一些规模比较小，设备布置相对比较集中泵站推荐采用总线网外，一般泵站计算机监控系统网络结构我们均选用冗余光纤以太环网结构，枢纽内监控主机、通信计算机、数据库服务器等上位机设备以及各现地控制单元PLC均挂在以太网上，PLC通过现场总线同直流系统、高低压柜内保护装置、软启动器及现场各种智能电力仪表、自动化设备进行数据
6、通信。,2.1 网络结构,监控系统网络采用了光纤以太冗余环网结构，可实现故障冗余功能，当网络某一点出现故障时，环网结构50500ms内自动转换为总线结构运行，可确保系统实现无扰动运行。实践证明，使用效果非常好。,无锡利民桥计算机监控系统结构图,上海清草沙水库引水泵站计算机监控系统结构图,三、监控系统主控级配置,泵站设集中控制室，在控制室布置监控系统主控级设备。主控级设备包括操作员工作站、数据库服务器、通信计算机、视频服务器、工业以太网交换机、打印机及UPS电源、部分泵站设有大屏幕投影仪等设备。,三、监控系统主控级配置,一般我们在控制室设置2台监控主机和一台通信计算机，2台监控主计算机，1主1从
7、，形成冗余热备。对一些规模较小泵站，也有只采用一台监控主机和一台通信计算机。有些泵站，由于要求在副厂房控制室及管理楼控制室均能对枢纽主要设备进行远程控制，因此在上述两处都配置了监控计算机，但管理楼监控计算机控制优先级高于副厂房监控计算机。,四、监控系统主控级功能,监控系统主控级功能包括：与上级部门联网（通过通信计算机实现）、数据采集与处理、实时控制和调节、优化经济运行、数据通信、时钟同步、历史数据库与运行管理功能、系统自诊断与自恢复、人机联系、培训仿真、系统维护及软件开发等,上海勘测设计研究院近年来设计一些泵站设备配置,上海勘测设计研究院近年来设计一些泵站设备配置,I/O点 统计,上述6个城市
8、防洪水利枢纽工程各个PLC控制柜总的I/O点汇总表，包括开关量输入、开关量输出、温度采集模块，但没有包括各个智能自动装置通过通信口数据总线向监控系统发送的状态信息等信息量,五、UPS电源设备选择,水利工程泵站我们一般配置一套220V阀控式免维护直流电源系统，容量不小于80AH。用于控制、保护、信号和UPS电源，这时UPS不自带蓄电池。 如果需要进行远方操作控制，建议在泵站进水口和出水口配置带云台控制和夜视功能的摄像机。在闸门启闭机旁，配固定式一体化摄像机，对启闭机操作进行远方监视。,无锡北兴塘泵站集中控制室,六、集中监控系统的上位机配置遵循以下原则,按“无人值班”（少人值守）的原则设计； 采用
9、全计算机监控和应急的手动控制相结合（在控制室和现地均应设置紧急停机按钮）； 控制优先权顺序为现地级、主控级、远方控制中心。 系统应高度可靠，可以将局部故障对整个系统正常运行的影响降低到最低限度； 采用分层分布式开放系统结构，便于系统软、硬件的扩充。 系统应该采取有效的防雷措施。,七、集中监控系统的上位机软件,在计算机监控系统中，软件是系统的灵魂，为构建一个高效的计算机监控系统，必须选择合适的软件。 软件主要包括操作系统软件、数据库软件、通信软件和控制应用软件等。目前常用于监控系统的操作系统主要有Unix和Windows两种类型。 Unix是一种多人多任务的作业系统，它的好处是，一台电脑可以同时
10、服务许多使用者，而每一个使用者也可在同一时间执行多个工作。,七、集中监控系统的上位机软件,一般来言，一部主机的CPU大部分的时间都是在等候使用者的所下达的指令而已，真正在工作的时间其实不多；所以使用者只要使用终端机联机到一部Unix主机，该部主机即可让所有的使用者共享资源，而不需再在每个、划算的做法。一般使用Unix作业系统主要是在大型水电站、政府机构、学校或是研究机构等。 Unix系统虽然具有强大的网络功能，病毒少，系统稳定，速度快，但并不是最好用的系统。一则Unix系统安装麻烦、操作复杂，二则熟悉Unix的人也不是很多。对于只有一般计算机水平的操作员来说很难入门。在水利工程项目当中，由于监
11、控系统相对而言不是很复杂，所以Unix应用较少。,七、集中监控系统的上位机软件,目前为大家所熟悉的操作系统是Microsoft公司Windows家族操作系统。Windows操作系统中文界面友好，帮助功能很强，软件开发很多，很容易普及，的确是一个很好用的系统。Windows操作系统，安装容易，维护、管理、开发都很方便，但也有一些缺点，如系统稳定性和网络功能都比Unix要稍逊一筹，而且基于Windows平台的病毒很多。 从水利工程的实际情况出发，Windows操作系统是一款比较适合的操作系统。Windows家族成员众多，主要有Windows 2000、Windows 2003、Windows XP
12、、Windows Vista等等，对于我们监控系统来说主要还是稳定、可靠。Windows 2000是水利工程常用的操作系统，该版本的操作系统以稳定和实时著称。,七、集中监控系统的上位机软件,但随着时间的流逝，Microsoft公司不断推出新产品，目前对Windows 2000已经不再提供技术支持。 Windows2003/XP/Vista是我们的新选择，由于还有很多厂商未提供Vista的技术支持，故目前在水利工程中可选择Windows Server 2003作为操作系统。 Windows Server 2003 作为微软有史以来最强大的操作系统平台，于2003年5月23日在中国正式发布。Win
13、dows Server 2003是一个全面的、完整的和可靠的服务器操作系统，他减少了成本，增加了计算操作的效率，帮助IT人员事半功倍。,七、集中监控系统的上位机软件,Windows Server 2003拥有更高的执行效率。不少系统集成上和IDC技术人员都表示:Windows Server 2003比Windows 2000 advanced Server拥有更高的执行效率，通过测试，发现： 两台主要配件相同的服务器，一台装WIN 2000高级服务器，一台装WIN 2003服务器企业版，结果采用同样方式测试出来的各项成绩均出现或多或少的差异，某些测试中的差距甚至达到接近20%的水平，而如果要从
14、硬件设施方面去提高系统20%的性能，其开销是非常之大的。,七、集中监控系统的上位机软件,通过对比多项测试的成绩，大致得出以下结论：在比较简单的应用中，Windows Server 2003和Windows 2000 advanced Server差距不大，不过，对一些复杂的应用，Server 2003的效率会高出一些，特别是在WEB应用中优势更加明显，平均算下来，大概会有5%8%的差距。,七、集中监控系统的上位机软件,控制应用软件是一个综合性软件，商业化程度也很高，目前主流产品主要包括：Wonderware公司的InTouch、研华公司的WebAccess、ARC informatique公司
15、的PcVue、施耐德的Vijeo Citect和GE Fanuc 公司的iFIX，这几家产品虽各有特点，但均属于专业功能软件的范畴。,七、集中监控系统的上位机软件,七、集中监控系统的上位机软件,七、集中监控系统的上位机软件,随着国内系统集成商以市场需求为导向的不断发展和研发能力的大大提高，已经可以初步实现在统一网络构架、统一硬件平台上进行统一数据库管理、专业功能与综合功能相协调的真正的“集控及信息管理系统”的软件方案；该软件下设各功能入口：如设备控制，图像监视，水情测报、安全监测、文档管理与共享，行政管理等，该软件还有诸如信息地图检索、关键词检索工具，权限管理工具等，可使本系统不同的客户根据自
16、己的需求和权限享受不同的服务，只要鼠标点击其功能入口，即可进入各自想查看的内容；还可以一个基于web页面的网站的形式开发，允许经广域网被客户访问。,七、集中监控系统的上位机软件,在苏州城市防洪工程中，监控系统的软件平台我们实现了统一，均采用WEB ACCESS组态软件。该软件是完全基于浏览器的组态软件，它对所有工程的建立、设置、绘图及节点管理（下载、启动和重新起动远程接点）都可以在标准的浏览器中完成。通过使用标准的IE浏览器,用户可以通过因特网在任何地方用软件的客户端对枢纽中的设备进行监视和控制,并且还能在IE浏览器中完成整个工程的建立与运行,具有传输算法强、网络实时性高、网络控制安全的特点。
17、该软件在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。,七、集中监控系统的上位机软件,该组态软件支持视频系统与监控系统页面的集成，可将视频主机的现场实时画面通过以太网集成于监控系统的监控界面中，让操作人员在实施操作的同时，可以看到现场的真实反应动作，并且可以在监控系统中实现视频系统的云台控制、变焦等远程操作指令。 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。,
