遠程泵站智能控制系統(tǒng)

2017-02-17 10:16:03

一般的泵站智能控制系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)

泵站自動智能控制系統(tǒng)面向新建、擴建或改建的大、中、小型灌溉、排水及工業(yè)、城鎮(zhèn)供水泵站的自動化智能控制，實現(xiàn)泵站的無人值班、遠程智能控制、優(yōu)化調(diào)度及經(jīng)濟運行。

泵站自動智能控制系統(tǒng)對全站泵組、電氣系統(tǒng)、公用油、水、氣系統(tǒng)、閘門控制系統(tǒng)、勵磁系統(tǒng)及直流系統(tǒng)進行有效監(jiān)視和控制，保證泵站更加安全、可靠、經(jīng)濟的運行，實現(xiàn)泵站無人值班（無人值守）的目標(biāo)。

1、1泵站智能控制系統(tǒng)由以下組成：

上位機

泵站自動智能控制系統(tǒng)的上位機智能控制軟件可選用力控、(i)FIX、WinCC、InTouch、組態(tài)王等組態(tài)軟件。

現(xiàn)地控制單元LCU

現(xiàn)地控制單元可選用可編程控制器（PLC）為主并配以各種專用功能裝置，國內(nèi)采用較為流行的PLC主要有Siemens公司的S7系列，GE公司的90-30系列、90-70系列，MODICON公司的TSX QuantuPowerSafe、PremiuPowerSafe，以及AB公司的SLC500系列和ABB公司的MODECELL系列。

1、2系統(tǒng)典型配置

系統(tǒng)由主機、工控機、UPS、打印機、PLC、配電柜、傳感器以及相應(yīng)的應(yīng)用軟件和系統(tǒng)軟件等組成。主機（操作員站）可采用PC機或服務(wù)器，通訊機采用PC機，當(dāng)?shù)毓た貦C采用一體化PC工控機。

系統(tǒng)中PLC負責(zé)控制泵組的啟停、閘門的啟閉和開度、變電站和泵用電開關(guān)的分合、輔助設(shè)備油、氣、水的自動控制。監(jiān)視電機、電路故障；監(jiān)視水位、水質(zhì)、電量、溫度及壓力等是否有越限，并隨時將這些信息報告給工控機。工控機對接收的數(shù)據(jù)和格式進行合理性校驗，按數(shù)據(jù)類別進行分類、格式化，對水文數(shù)據(jù)進行時段處理，建立數(shù)據(jù)庫，并用圖形、圖表及文字等形式將這些信息顯示在顯示器上。

系統(tǒng)通過各類傳感器、智能儀表采集水位、流量、壓力、溫度、電量等模擬量、開關(guān)量、脈沖量和溫度量

系統(tǒng)的配置和設(shè)備選型符合計算機技術(shù)發(fā)展迅速的特點，充分利用計算機領(lǐng)域的先進技術(shù)，并結(jié)合泵站自動化程度要求高的特點，使泵站運行管理智能化，并能方便地完成與其他管理信息計算機系統(tǒng)的連接。系統(tǒng)軟硬件均采用模塊化、結(jié)構(gòu)化設(shè)計，具有高度的可靠性、安全性、實時性、實用性、靈活性和便于擴充。智能控制系統(tǒng)保證與泵站同步投運。

但是從以上的描述可以看出，除了泵站智能控制系統(tǒng)的PLC、LCU等設(shè)備以外，泵站的電力仍然需要配備完善的微機繼電保護單元、智能配電儀表。并且在泵站的運行中占據(jù)了很重要的地位。

泵站智能控制中的LCU的組成

在泵站智能控制系統(tǒng)中，LCU（現(xiàn)地控制單元）典型的功能如下：

變電站LCU通過Modbus 網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)與EP2013E繼保單元、QP550,QP450測量單元、多功能電度表、micrologic5.0p低壓400V智能測控單元、220V直流電源裝置的通訊。主變、站變、35kV和6kV母線PT等設(shè)備的部分信號通過硬布線接入變電站LCU的I/O模塊，以滿足供電部門的要求和事件順序記錄（SOE）分辨率的需要，便于故障的分析和處理。

LCU實現(xiàn)了PLC的控制功能，通過與微機繼電保護通訊實現(xiàn)了對電力的保護，通過與智能配電儀表的實現(xiàn)了對電力的智能控制。但是，這樣的實現(xiàn)方案有以下的缺點：

可靠性低：由于組成的部件多，連接線多，出錯的可能性大。

安裝困難，占空間大，成本高，調(diào)試復(fù)雜，時間長，費用大：多個不同的產(chǎn)品互聯(lián)，很難調(diào)試。

PowerSafe智能全可編程保護管理單元

隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，微機繼電保護發(fā)展到了一個嶄新的高度，新一代的可編程保護管理單元能夠涵蓋繼電保護、PLC、電力智能控制的全部功能。

以美國電氣控制公司（ELECON）系列可編程保護管理單元為例：

PowerSafe是ELECON研發(fā)的成套新一代可編程保護管理單元。產(chǎn)品采用大容量、資源冗余設(shè)計，適用于110KV及以下電壓等級電網(wǎng)的保護、控制、測量和監(jiān)視。

可編程保護管理單元具備PLC的邏輯可編程功能

POWERSAFE提供支持IEC-61131-3圖形可編程標(biāo)準(zhǔn)的PLC邏輯可編程功能。通過配套的SafeLogic軟件包就可以在Windows®環(huán)境下用邏輯圖形符號對保護元件、輸入信號、繼電器出口、指示燈、故障錄波觸發(fā)等資源進行簡單的編程，形象直觀。PLC功能使泵站監(jiān)控系統(tǒng)所需要的自動化功能和順序邏輯控制功能集成到一個裝置中。

可編程保護管理單元具備多總線通信

POWERSAFE支持RS485總線、光纖、CAN現(xiàn)場總線或以太網(wǎng)通信網(wǎng)絡(luò)形態(tài)，以滿足不同用戶、不同工業(yè)現(xiàn)場、不同網(wǎng)絡(luò)環(huán)境、不同規(guī)模的系統(tǒng)對通信和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的要求。支持雙網(wǎng)模式，并行或以熱備用方式工作。從而進一步提高了通信的可靠性?？梢允褂肐EC60870-5-103規(guī)約 或者Modbus RTU規(guī)約實現(xiàn)與上層設(shè)備的通信。

可編程保護管理單元具備豐富的接口資源

POWERSAFE提供的接口資源包括：8個交流電流、4個交流電壓輸入；3個4-20mA/0-5V RTD輸入信號；16路或32路開關(guān)量輸入（交直流兩用）、11路或16路開關(guān)量輸出；通信接口有1個RS485，1對光纖，1個RS232調(diào)試口，1個CAN，以及2個以太網(wǎng)。

高可靠性設(shè)計

POWERSAFE本著穩(wěn)定可靠、經(jīng)久耐用的設(shè)計原則，全部采用工業(yè)級元器件、所有與外界的連接均做到了充分的電氣隔離，并內(nèi)置抗雷擊保護電路和電源濾波器。專業(yè)的EMC設(shè)計。對裝置輸入電源、模擬和數(shù)字電源進行實時監(jiān)測，配合完善的在線自檢測試程序，從根本上保證了其運行的可靠性。對輸入電源的監(jiān)視使得POWERSAFE在停電之前將重要數(shù)據(jù)及時保存。

全面的事故分析記錄

POWERSAFE能為用戶提供的用于事故分析診斷的信息有8次故障錄波和100條SOE。其中，每次故障錄波的長度為故障前4后24共28個周波，每周波32點采樣，實時記錄包括9個交流量、32個開入、16個開出量、所有保護模塊的狀態(tài)；SOE除了記錄各種保護動作信息外，還記錄經(jīng)過濾波的開入變位，以及其它有助于事故分析的信息，包括裝置上電、裝置掉電、裝置復(fù)位、信號復(fù)歸、遙控操作、就地操作、修改保護定值、裝置自檢錯誤、裝置超溫等信息。借助于SafeLogic軟件包可以對故障錄波進行詳盡直觀的分析。

高精度測量

POWERSAFE的測量功能包括對IA、IB、IC、I0、UA、UB、UC、UAB（UAB1）、UBC（UBC1）、UCA（UCA1）、U0、UAB2、UBC2、UCA2、P、Q、f、fs、PF的精準(zhǔn)測量，以及對正向kWh、反向kWh、正向kVarh、反向kVarh的計量。其中電壓、電流和功率因數(shù)的測量精度達到了0.2級，功率、電度的精度達到了0.5級，測頻偏差最大±0.01Hz。采用頻率跟蹤技術(shù)，實時監(jiān)視系統(tǒng)頻率的變化，實時調(diào)整數(shù)據(jù)采樣的時間間隔，可以徹底消除基頻波動引起的計算誤差，能保證在基頻偏離工頻50Hz很大的情況下準(zhǔn)確計算出當(dāng)時系統(tǒng)的基頻分量、諧波分量和序分量。并且，POWERSAFE的測頻通道可以自動切換，只要有交流電輸入，就有頻率值。

精準(zhǔn)的校時

POWERSAFE的校時有三種：人工裝置面板校時，通信校時和IRIG-B碼校時。其中，人工裝置面板校時為粗校時，無精度可言，一般用于調(diào)試；通信校時的精度小于±100ms；而IRIG-B碼校時的精度小于或等于±1ms。精準(zhǔn)的校時保證了故障錄波和SOE信息的可信度，提升了它們在事故分析中的價值。尤其，即使POWERSAFE發(fā)生復(fù)位或短暫掉電，也不影響它的時鐘精度。

功能齊全、使用方便的面板

POWERSAFE的面板設(shè)計美觀、簡潔，使用方便、簡單。大液晶顯示屏上可以顯示主接線圖，開關(guān)和隔刀、地刀的實時位置，也可以同時顯示測量實時值。使用4個用于設(shè)備控制的按鍵（對象選擇、分、合、就地控制）就可以對主接線圖中的設(shè)備進行分或合操作。POWERSAFE的面板顯示有兩個由用戶定義的主畫面（包括泵的運行狀態(tài)畫面），用戶可根據(jù)需要，在SafeLogic上將常用的信息定義在兩個主畫面上，查看起來極其方便。此外，POWERSAFE的面板還包括8個可以編程的3色LED指示燈，1個用于就地/遠方控制切換的按鍵和對應(yīng)的3個位置指示燈，1個信號復(fù)歸按鍵和一套由上、下、左、右4個按鍵、1個退出、1個確認按鍵組成的人機交互鍵。人機界面有兩個用戶級別，瀏覽級和控制級。瀏覽級用于日常的測量和監(jiān)視，而控制級可用于設(shè)定參數(shù)和保護定值、就地操作。

POWERSAFE的人機交互有充分的提示信息，易學(xué)易會。

智能可編程保護管理單元在泵站智能控制中的應(yīng)用

由于智能可編程保護管理單元具備PLC、LCU、繼電保護、電力儀表等全部的功能，完全可以應(yīng)用在泵站智能控制中。

每個PowerSafe可編程保護管理單元具備以下設(shè)備的功能：

1、完善的繼電保護功能;

2、全面的電力測量功能，完全取代智能配電儀表

3、模擬輸入，可接入溫度變送器，取代溫度巡檢儀。

4、最多可擴展32DI,16DO的可編程節(jié)點，取代PLC

5、可以組態(tài)的大屏幕液晶顯示，取代顯示面板。

6、多總線通信，不需要其他的通訊輔助設(shè)備。

結(jié)論

采用全新的泵站智能智能控制系統(tǒng)可以達到簡潔、安全、可靠和經(jīng)濟的目的。