基于LK的泵站计算机监控系统设计

[center]基于LK的泵站计算机监控系统设计
石连东 吴云峰
（北京和利时自动化驱动技术有限公司，100176）[/center]
1 引言
泵站通常担负着灌溉、排涝、航运补水、城市供水、发电等多方面任务，泵站安全、经济地运行是管理目标。应用计算机对泵站进行实时地监测、控制，可以提高泵站运行的安全性、可靠性，充分发挥泵站的效益,促进泵站管理工作的现代化。
泵站计算机监控系统是集监视、测量、控制、保护、管理等于一体的计算机综合自动化系统，主要对全站泵组、电气系统、公用油、水、气系统、闸门控制系统、励磁系统及直流系统进行有效监视和控制，保证泵站更加安全、可靠、经济地运行，实现泵站“无人职守、少人值班”的目标，并能通过计算机网络实现将泵站运行数据和状态实时上传至上级主管部门。
2 计算机监控系统设计
泵站监控系统采用冗余配置的LK系列大型PLC完成全站泵组、电气系统、公用油、水、气系统、闸门控制系统、励磁系统及直流系统进行有效监视和控制，全站共10套泵组，每个机组设置一套PLC以及一套公用机组。对系统过程的工艺参数、电气参数和设备运行状态进行监测、控制、联锁和报警以及报表打印，通过使用一系列通讯链，完成整个工艺流程所必需的数据采集，数据通讯，顺序控制，时间控制，回路调节及上位监视和管理作用。
整个系统主干传输网采用100Mbps环形光纤工业以太网，支持IEEE802.3规约和标准的TCP/IP协议；也可采用工业级专用控制局域网，该控制网具备确定性和可重复性及I/O共享，实现数据的高速传输和实时控制。
整个系统由1个中央控制室、11个现场PLC控制站组成。现场PLC控制站由冗余的LK系列可编程序控制器（PLC）系统及检测仪表组成，对各泵组的启停过程进行分散控制；再由中央控制室上位机实行集中监控管理。中央控制室上位机与PLC控制站之间的数据通讯采用高速的、实时的工业以太网，通讯速率为100Mbps，传输介质为光纤。
由于系统可靠性要求特别高，即保证在任何可能发生的紧急情况下，都能准确无误地使机组停机，所以泵站计算机监控系统采用和利时公司高性价比的LK系列PLC，并设置为双PLC运行方式，每套PLC均包括包括电源模块、两个互为热备的CPU模块、IO模块等。同时，和利时LK单机架冗余系统还支持电源冗余、以太网冗余及DP冗余。
在泵站的现地控制单元的核心PLC，我们选用和利时的LK系列大型PLC。LK通过串口与触摸屏进行通讯，通过触摸屏可以实现对机组的现地控制。LK背板上集成了DP通讯接口，并且配备有LK239串口通讯模块，使得与第三方设备进行通讯非常方便。LK与微机保护装置、调速器以及励磁调节器通过串口RS485总线实现通信，可以实现对单台机组的有功、无功功率的调节，也可以通过中控室实现对多台机组的自动发电以及自动电压控制。通过硬接线的方式采集机组辅助设备、发电机运行状态、水位、温度、电压电流等信号。控制信号主要是对电机的启停进行控制。
在开关站公用设备现地控制单元，主要是对断路器的状态、变压器的油位、油温、以及电站的上下游水位和一些设备的故障、超限超量程信号进行采集，并对断路器、信号灯以及同期投入进行控制。
3 系统特点
 冗余控制
由于泵站计算机监控系统对安全性的要求比较高，本系统采用LK单机架冗余方案。采用单机架冗余方案中，每套PLC选用一个冗余的机架，两个支持冗余系统的LK210CPU，冗余背板有两个CPU插槽。两个CPU互为热备，当一个CPU出现故障，或与上位组态软件通讯故障时，系统切换到热备的CPU上，CPU切换的时间最短为50ms，保证控制系统的不中断。
 OPC通讯方式
OPC (用于过程控制的OLE)是一个工业标准，管理这个标准国际组织是OPC基金会，OPC基金会现有会员已超过220家。遍布全球，包括世界上所有主要的自动化控制系统、仪器仪表及过程控制系统的公司。
基于微软的OLE (现在的Active X)、COM(部件对象模型)和DCOM(分布式部件对象模型)技术。OPC包括一整套接口、属性和方法的标准集，用于过程控制和制造业自动化系统。
LK支持OPC通讯方式，LK OPCServer通过专有协议与LK进行通讯，通过gateway实现对LK中的数据的读写。与控制系统通常采用的modbus协议相比，通道数较多，通讯数据量的增多对LK OPCServer与LK CPU之间的通讯速率的影响很小。由于很多组态软件不支持变IP地址的冗余系统的切换。采用OPC通讯方式，组态软件有作为客户端从LK OPCServer读写数据，冗余系统的切换由OPCServer完成，为用户提供了更多的组态软件的选择。
 串口通讯
泵站控制系统中有大量的数据是PLC通过串口方式实现与现场智能仪表进行通讯。而大多数的触摸屏也是通过串口与PLC进行通讯的。LK提供了串口通讯模块，支持modbus主从站协议，可以方便的实现与现场仪表及触摸屏的通讯。
 站间通讯
泵站计算机监控系统中各机组控制站需要与公用机组进行站间通讯，这些通讯数据主要包括：公用油、水、气系统数据。LK提供了站间通讯功能，通过站间引用通讯数据模块方便实现各站之间数据的交换。
4 结束语
泵站计算机监控系统对控制系统的安全性要求非常高，通讯量大，通讯结构复杂。采用和利时LK系列大型PLC冗余系统进行自动控制，大大提高了系统的安全性。由于支持多种通讯协议，能够方便的实现与第三方的设备的通讯，提高工作效率。