大涌水厂计算机控制管理系统北泵房子站监控软件编制

丘学荣 吴彦辉
深圳市自来水(集团)有限公司

一　概况

　　涌水厂是深圳市经济特区西部最大的净水厂，始建于85年，于87年10月投产，其供水量为12万吨／日。91年11月，作为“东深三期供水配套工程”的一个子项，大涌水厂扩建工程动工，并于94年7月竣工投产，供水规模增至35万吨／日。新厂扩建同期，确定了“大涌水厂计算机控制管理系统”项目由深圳市自来水(集团)有限公司负责设计、施工，并于95年10月通过了建设部的鉴定。1997年9月实现全厂车间无人值守的集中监控方式，同年该项目获深圳市“科技进步奖”二等奖。
　　北泵房是大涌水厂扩建工程(新厂)的送水车间，为“大涌水厂计算机控制管理系统”中的一个子站，最大供水量达23万吨／日。主要设备有：5台单级双吸离心式28SA—10A型送水泵，其中：1#一4#送水泵为调速泵，配用YR630—8／1180型电机，另外还配KJF03—600／410—AF型晶闸管串级调速装置和ZCF—22型测速电机，5#送水泵为定速泵，配用Y630—8/l180型电机。每台送水泵配一台出水电动阀、一个吊水电磁阀；五台送水泵合用两台YTll2M—4型冷却风机；2台立式潜水泵(排水用)；2台真空泵(送水泵真空吊水用)。此外，设备还有28面高压开关柜、9面低压配电柜、2台315kVA变压器、1套GZKC220十20／220型直流屏装置，3台电磁流量计、1台PH计、1台余氯分析仪、6台压力式水位计、2台压力计等。

二 原工艺特征

　　离心式送水泵在清水池水位有效水深2.3米以上时，为自灌式；2．3米以下需进行真空吊水。水泵开停台数，根据配水管网对服务压力和流量的要求，由厂调度确定并电话通知本车间；排水泵根据集水坑水位、真空泵根据真空吊水要求由本车间操作人员自行确定开停泵。所有开停泵操作均为机侧手动单机操作。在电气回路中，仅有风机和水泵设有联锁。高、低压开关柜倒闸均为人工操作，电量和仪表读数需值班人员定时抄表记录。

三 现本站实现监控功能

　　本站具有独立计控系统配置，运行本站监控软件。通过设备就地操作箱转换开关可选择设备工作方式(计控或手动)；通过键盘可控制设备动作、修改控制参数、选择不同计控方式(自动、联控或单步);通过显示器可监视设备实时工况、运行参数和故障报警。如其他子站一样，通过通信网络厂站可以对本站进行监测和控制，在厂站显示器上可显示本站全部监控画面和重要报警信息。本站定时(每30分钟)向厂站报送一批历史数据，提供给MIS系统使用。
　　1、控制功能
　　在计控工作方式下，设备控制又分自动、联控和单步三种方式，它们是向下兼容。目前，送水泵因条件未成熟，尚缺自动方式，只有联动和单步二种控制方式，其他泵均具有三种控制方式。具有自动控制方式的泵，在转换开关处于计控位置时，便立即进入自动控制状态。如排水泵根据集水坑水位、真空泵根据真空吊水要求自动进行开停控制。送水泵开停控制则需从键盘进行激活。另外，对两路高压进线可通过键盘进行倒闸控制操作。
　　2、监测功能
　　不论设备处于哪种工作方式下，即使在手动方式下，系统具有对设备的状态和参数实时监测功能。监测信号的设置是根据设备控制流程需要、保护设备安全需要、生产管理需要和提供设备故障查询而选定的。
　　在本站中，监测信号包含有：
　　(1)开关量信号
　　设备状态——如：泵开／停状态，开关柜台／分闸；
　　控制条件——如：二次回路电源，计控／手动位置；
　　到位情况——如：阀全关到位，泵顶满水；
　　故障报警——如：高压过线短地，变压器瓦斯报警。
　　(2)模拟量信号
　　设备参数——如：泵电流，泵有功;
　　生产参数——如：出厂水压力，出厂水流量;
　　控制参数——如：真空度，清水池水位；
　　配电参数——如：进线电压，进线电流；
　　用电计量——如：提升泵房有功，家属楼有功。
　　3、通信功能
　　作为一个节点机，本站通过以太网同厂站实现通信，通信采用422—485串行通信方式，波特率为9.6K，站内数据刷新时间为1秒。
　　本站368个I／O信号(近800根导线)在完成接线后，经检验全部连接正确。187个开关信号的逻辑正确，与现场设备状态完全相符。98个模拟量信号，用标准信号检测，
　　其精度优于0．1％。电脑显示读数与数字式二次仪表读数比较，误差优于0．5％；与指针式二次仪表读数比较，误差优于1％。

四　监控软件编制

　　1．开发环境
　　北泵房监控软件是在SCADA应用开发环境SADE上开发的，SADE提供类似于逻辑控制图的图形语言作为监控应用软件的开发工具。“功能块”是SADE的最小构成模块，提供了包括信号采集、控制逻辑、数值运算、计时、报警、历史记录等功能块。块中含有反映其执行特性的参数定义。根据应用要求，实现块与块之间的“连接”(某块的输出点连接下一块的输入点)，其执行顺序从上游块到下游块，多个执行某些特定应用功能的”功能块”可组合构成独立运行于一个站的基本单位——“进程”。为了充分发挥SADE支持“集散型”监控结构模式的特点，全厂所有执行监控功能的进程集成为一个软件包(13— 3AUTO)在厂站监控机上定义，同时又分散地将进程分派到有关车间站的计算机上实际执行，以实现功能的分布处理与集中监控。
　　2．本站的进程设置
　　北泵房监控软件由四个进程组成，它们是：6SSB1—2，6SSB3—4，6ZPl2SS5，6GDYPD。
　　进程6SSB1—2主要执行对1—2号送水泵的定速及串级调速运行监控及故障报警；
　　进程6SSB3——4主要执行对3——4号送水泵的定速及串级调速运行监控及故障报警。
　　进程6ZP12SS5主要执行对1—2号真空泵、排水泵、及5号送水泵的监控及故障处理。
　　进程6GDYPD主要执行对两段高压进线倒闸的监控和部分高压配电信号的采集和监测。及超限报警。对低压配电和部分现场数据的采集、监测及累加。
　　2．1 送水泵监控软件编制
　　每台送水泵设有48个信号，其中：
　　数字输入量28个：泵机组就地电源指示
　　　　　　　　　　泵出水阀打开应答指示
　　　　　　　　　　泵出水阀关闭应答指示
　　　　　　　　　　泵出水阀全开到位指示
　　　　　　　　　　泵出水阀全关到位指示
　　　　　　　　　　泵出水阀过力矩指示
　　　　　　　　　　开机继电器(1KT)吸合指示
　　　　　　　　　　停机继电器(ZKT)吸合指示
　　　　　　　　　　控制台转换开关处于计控状态
　　　　　　　　　　串调柜触发回路电源指示
　　　　　　　　　　泵电机启动运行指示
　　　　　　　　　　串调相冷却风机启动运行指示
　　　　　　　　　　串调装置处于故障状态指示
　　　　　　　　　　串调柜交流接触器(1JLC)吸合指示
　　　　　　　　　　串调柜交流接触器(1JLCa)吸合指示
　　　　　　　　　　串调柜交流接触器(2JLC)吸合指示
　　　　　　　　　　串调柜交流接触器(3JLC)吸合指示
　　　　　　　　　　串调柜交流接触器(4JLC)吸合指示
　　　　　　　　　　泵顶吊水到位指示
　　　　　　　　　　泵电机运行高温报警
　　　　　　　　　　电机高压柜高压合闸信号指示
　　　　　　　　　　电机高压柜电流速断信号指示
　　　　　　　　　　电机高压相过负荷信号指示
　　　　　　　　　　电机高压相阀门拒动信号指示
　　　　　　　　　　电机高压相通风机故障信号指示
　　　　　　　　　　逆变高压柜高压合闸信号指示
　　　　　　　　　　逆变高压柜电流速断信号指示
　　　　　　　　　　逆变高压柜过负荷信号指示
　　数字输出量10个：开／关泵项吊水电磁阀
　　　　　　　　　　开泵出水阀
　　　　　　　　　　关泵出水阀
　　　　　　　　　　紧急停泵电机
　　　　　　　　　　逆变合闸控制
　　　　　　　　　　逆变分闸控制
　　　　　　　　　　全速投入控制
　　　　　　　　　　调速投入控制
　　　　　　　　　　开送水泵机组
　　　　　　　　　　停送水泵机组
　　模拟输入量9个： 泵电机高压侧电流
　　　　　　　　　　逆变高压侧电流
　　　　　　　　　　泵电机有功功率
　　　　　　　　　　泵电机无功功率
　　　　　　　　　　逆变有功功率
　　　　　　　　　　逆变无功功率
　　　　　　　　　　串调装置逆变低压侧直流电压
　　　　　　　　　　串调装置逆变低压侧直流电流
　　　　　　　　　　串调装置电机调速运行转速
　　模拟输出量1个： 串调装置调速给定
　　送水泵监控软件逻辑框图见图(1)。

　　2．2 排水泵监控软件编制
　　每台排水泵设有8个信号，其中：
　　数字输入量6个： 泵电机电源指示
　　　　　　　　　　泵电机运行指示
　　　　　　　　　　泵计控指示
　　　　　　　　　　集水坑高水位
　　　　　　　　　　集水坑中水位
　　　　　　　　　　集水坑低水位
　　数字输出量1个：开／停泵电机
　　模拟输人量1个：泵电机电流
　　排水泵监控软件逻辑框图见图(2)。

　　2.3 真空泵监控软件编制
　　每台真空泵设有7个信号，其中：
　　数字输入量3个： 泵电机电源指示
　　　　　　　　　　泵电机运行指示
　　　　　　　　　　泵计控指示
　　数字输出量2个： 开／停泵电机
　　　　　　　　　　开／关泵灌水电磁阀
　　模拟输入量2个： 泵电机电流
　　　　　　　　　　真空罐真空度
　　真空泵监控软件逻辑框图见图(3)。

　　3．监控显示画面
　　在SADE环境中，经组态定义的监控显示画面，是人一机交互的界面。它们通过各自画面上的图符、值域等与监控进程中功能快的输入一输出点的连接，向值班人员直观展现了应用软件的监测、控制、通信和故障报警处理功能。
　　本站组态定义了监控显示画面22幅，定义中，注意了图符、色彩的合理使用、动画效果的点缀与主体词汉化等，增加了人机界面的友好性。本站在操作画面上设计了中文主菜单选择画面，通过该中文画面可直接进入各操作画面，操作起来直接、明了。
　　4．故障报警及处理
　　北泵房站监控软件在应用开发根据采集的数据及监控过程可能产生的故障安排了42种报警，报警监视点多达106个。报警对象主要分为：
　　1)重大设备的运行故障：如送水泵电机运行电流超限；调速过程故障报警；各高压线段电流、电压超限及出厂水指标超限等。
　　2)一般设备的运行故障：如真空泵、排水泵运行电流超限及各低压线段电流超限等。按故障紧急程度与影响面等因素，将上述对象分成两类。一类为“一般报警”(级别在80以下)，如2)；一类为“紧急报警”(级别在80以上，含80)，如1)。
　　 “一般报警”的手段有：画面上相应图符的闪烁或变色；画面右下方出现报警信息行并伴有鸣响。后者是SADE内部机制产生的英文信息行，不太直观，但由于信息行中8位代号可由我们介入编制，使之具有一定的规律性，值班人员对照“清单”中相应的含义，经过一段时间实践，可以逐步熟悉。实现车间无人值守时，这两种手段同样可在厂站监控机上实现。“紧急报警”除了具有上述两种手段外，再加上向厂站专门的中文报警机发送报警信息，伴有灯光闪烁和较强的鸣响，以获得厂调度员的快速响应。
　　对于监控中发生的报警处理方式大致分为两类：一是应用软件自身能做出处理的，如送水泵电机运行电流超限时的自动停泵电机保护；集水坑水位达高水位时启动两台排水泵等；二是，目前还只能通过报警提示，由人工介入进行键控操作(例如：出水压力超高报警，则由调度根据生产情况决定是否要停送水泵)。 　　5．功能测试
　　完成全部软件设计后，对所有被控设备的控制功能进行了准确性与可靠性测试，最后全部设备的控制功能测试通过。
　　6．与MIS分系统的信息交接
　　本站的监控应用软件，在运行期间采集了大量的模拟量和开关量数据，按应用要求的记录频率，加上记录时的日期、时间，数据代号，数据值等，形成一笔笔信息记录，记载在本站的界面文件上(共有三个模拟量界面文件和一个事件／报警界面文件)，由MIS分系统中的“信息交接软件”扫描存入其相应的数据库，以支持MIS分系统中各类统计、处理、相关性分析等应用功能，提高全厂的生产管理水平。
　　本站提供的模拟量信息主要有：备送水泵有功功率瞬时值及每半小时累计量；各高、低压线段有功功率瞬时值及每半小时累计量；出水流量瞬时值及每半小时累加量；各高、低压线段电流、电压：各送水泵、电流、清水池水位及出厂水压力等。
　　同时，报警一旦发生，相应的信息记录也记载在事件／报警界面文件中，提交给MIS分系统，以支持其相应的应用功能。