加压站智慧水务自动化解决方案仅供参考.docx
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加压站智慧水务自动化解决方案仅供参考
自来水公司加压站整体技术方案
一智慧水务自动化解决方案
1.1概述
自来水公司智慧水务工程项目的建设综合使用计算机技术、自动控制技术、信息技术等,构建集信息采集—信号传输—决策—信息反馈—智能控制为一体的自动化体系。
实现泵站的系统智能化控制、科学运行、科学管理、与其它系统资源和信息交互共享、接受调度中心远程调度,为调度运行决策提供支持。
我们认真阅读标书和图纸的技术要求,公司将制定最优的自动化技术方案应用于此项目,此方案依托自主研发的、拥有知识产权的智慧泵站自动测控预警软件平台。
高效的连接计算机监控平台、数据采集平台、传输平台、数据库平台、信息发布平台。
计算机监控平台配置工程师工作站、操作员工作站。
数据采集平台配置机组LCU屏,公用LCU屏。
传输平台配置RS485通讯模块、以太网交换机、以太网通讯模块,数据库平台配置OPC数据服务器,信息发布平台配置信息发布服务器。
系统的运行首先是数据采集平台将泵站电机的温升、轴承温升、泵站机组的远程启动停止、故障报警、实时运行状态机组及10KV线路的变压器保护、母线保护、河流水位等一系列模拟量开关量信号通过传输平台到数据库平台、计算机监控平台,数据库平台保存采集的数据通过信息发布平台来实现与上一级通讯,计算机监控平台监控整个泵站的运行数据以及实现泵的远程及就地控制,以便实现全自动智慧型泵站的安全运行以及调控。
该系统的信息采集平台使用的进口温度巡检传感器、水位传感器等模块具有高速运行,通讯可靠的优点,使用的各模块都是成熟的、稳定的、代表当前工业自动化技术最先进的产品,通过计算机专用编程软件编写的程序,实现泵机组的信息采集、高低压配电柜信息采集,处理后的信息通过工业交换机将所采集的运行数据包上传至工作站,存储至数据库。
智慧泵站自动测控预警软件平台是我公司研发团队多年积累的经验自主研发的智慧水利后台软件,以人性化友好的界面呈现泵站的运行工况以及数据画面,具有故障报警,实时运行状态,以及历史数据保存,远程控制等功能,设计方案具有合理的软件和硬件结构,足够的冗余能力、存贮容量和丰富的接口,广泛的兼容各种厂家设备。
1.2整套自动化系统运行流程(拓扑系统图)
二计算机监控系统
2.1计算机监控平台
(一)平台设置工程师工作站、操作员工作站。
(二)工程师工作站其功能为负责进行软件开发与运行维护、包括画面的生成与修改、定值更改、数据库变更,报表生成、报警,顺控流程修改等一系列工作。
(三)操作员工作站用于负责全站的控制和管理。
主计算机为高性能、多任务、多用户型工作站;每套配备29″高分辨率彩色液晶显示器一台,作为人机联系的界面。
工作站选用国内工业级计算机。
2.2数据库平台
OPC(OLEforProcessControl)数据服务器是一个信息的集成平台,是将分散、异构的应用和信息资源进行聚合,通过统一的访问入口,实现结构化数据资源、非结构化文档和互联网资源、各种应用系统跨数据库、跨系统平台的无缝接入和集成,提供一个支持信息访问、传递、以及协作的集成化环境,实现个性化业务应用的高效开发、集成、部署与管理;并根据每个用户的特点、喜好和角色的不同,为特定用户提供量身定做的访问关键业务信息的安全通道和个性化应用界面,使不同用户可以浏览到相互关联的数据,进行相关的事务处理。
OPC规范定义了两种组对象:
公共组(或称全局组,public)和局部组(或称局域组、私有组,local)。
公共组由多个客户共有,局域组只隶属于一个OPC客户。
全局组对所有连接在服务器上的应用程序都有效、而局域组只能对建立它的Client有效。
借助泵站监控系统搭建的OPC服务器,获取站内自控系统完整数据,按信息中心需要提供监测所需数据。
OPC服务器的构建使用OPCXML-DA规范,采用基于Microsoft的COM/DCOM的C/S模型,采用以太网异步通讯方式,高效率的获取传输数据。
服务器为高性能、多任务、多用户型机架式计算机,布置在中控室网络设备机柜中。
2.3信息发布平台
数据支撑平台不是一个封闭的自控系统,也为调度应用系统提供数据接口。
数据支撑平台的信息共享技术必须遵循标准化路线,以便最大程度的获得扩展平台性和可扩展能力。
面向服务的架构(SOA)是信息系统开放共享的标准化架构,Web服务(WebService)是该架构下的主要支持平台。
查询系统的信息共享发布采用统一的Web服务技术能够全面提供数据共享接口,为调度应用系统的集成提供技术保证。
2.4数据采集平台
平台设置机组LCU,每面机组LCU屏用于每台机组及其辅助设备的监控,通过接受来自现地设备的信号反馈和操作员工作站下达的指令,完成水泵机组及其辅助设备的控制。
包括启动、停机,并将有关维护、状态、故障、事故等开关量信号、模拟量信号、综合量信号和相关的运行参数上传工作站,在监控系统的故障的状态下,能独立维持机组的正常运行,并可在现地触摸屏在现地操作指令下,完成相应的控制。
每面机组LCU屏设置一套人机界面,用于现地控制水泵机组的运行。
现地控制与远方控制相互闭锁并在现地切换。
现地控制时,可将控制信号、运行状态灯信号上传操作员工作站。
每面机组LCU配备一套可编程控制器(PLC),PLC是机组LCU屏的核心,完成对机组的自动控制,每套PLC配以太网通讯接口与上位机进行数据互通。
平台设置设公用LCU屏1面。
公用LCU屏设置一套人机界面,主要用于泵站公用设备、配电设备、直流系统、开关站设备的监控。
并将有关位置、状态、故障灯开关量信号、模拟量信号、综合量信号上传工作站,在监控系统故障状态下,能独立维持设备的正常运行,并通过现地控制开关,在现地完成相应的控制程序,公用LCU屏配一套可编程控制器(PLC),并将有关位置、状态、故障灯开关量信号、模拟量信号、综合量信号上传工作站,PLC是公用LCU屏的核心完成对公用设备的自动控制,每套PLC配以太网通讯接口与上位机进行数据互通。
三管理自动化系统
3.1智慧泵站自动测控预警软件平台设计
(1)调度级操作
远程调度层由专门的部门进行设计,泵站留有相应接口;控制中心调度控制人员可以通过调度计算机系统在远程查看全部工程工况,并与现场的计算机系统通信,实现遥测、遥信、遥控,传输下达控制指令,同时通过泵站LCU柜对泵站的运行状态、参数以及视频图像等上传给远控级。
(2)泵站监控系统集中操作
泵站主控级实现对泵站设备的监视控制,具备以下两种方式:
(a)泵站自动控制:
泵站主控级计算机按预先给定的流量要求和其他限制条件,完成对泵站各机组的启停控制。
(b)操作人员控制台控制:
控制台是操作人员实现对泵站设备控制的主要设备,在控制台上操作人员通过显示器、键盘、鼠标等设备进行操作,实现全部过程自动执行方式或采用分步按顺序组执行的方式,才能进行下一步或下一顺序组的操作。
(3)现地控制
在泵站运行初期或主控级出现故障及根据需要,操作人员可通过LCU控制柜上按钮等设备,实现对泵站设备的控制、调节。
在现地LCU控制柜上进行现地控制时,LCU控制柜上的远方/现地开关应置于“现地”位置,此时主控级命令被闭锁,但不影响LCU柜、计算机监控系统朝上一级传输信息。
人机接口功能强,操作方便,全汉化界面,具有语音报警功能,系统主要硬件设备应采用国内著名品牌产品。
本系统保证计算机监控系统安全可靠地与泵、闸同步投入运行。
3.2智慧泵站自动测控预警软件平台界面设计参考
智慧泵站自动测控预警软件平台通过对LCU机组屏、LCU公共屏的数据采集处理来实现对泵站的远程起停控制。
平台界面设计表示泵站状态的按钮,比如开启、关闭、断电、故障;并且显示水位、电压、电流、泵机功率、时间、温度等参数。
平台具有对各种文件的处理能力。
可对各类数据、文件归档,建立趋势图,可对历史数据进行记录、处理、支持数据的回放分析和趋势分析、统计,包括各种能耗、物耗和出水流量的计量和累计;有制作各类报表、图形打印、文件打印、报表打印等功能。
平台能对各种报警类型进行相应的安全处理,并能在监视画面上有相应的指示灯闪烁和发出报警声响加以提示。
报警对象、内容、时间可列表记录及打印。
平台具有与主控级监控系统和与现场就地控制单元层通讯功能。
平台具有数据采集和处理功能,数据采集功能及技术应具有但不限于以下方面:
a)主控级监控系统从现场就地控制单元层各个LCU采集泵站各主辅设备的实时数据。
b)处理包括关系运算,逻辑运算、算术及函数运算。
测点数值及状态的人工设定。
操作员在操作员站上应能方便准确地设置或修改运行方式,运行参数限值、巡测时间、优先权等。
设定的参数有两大类。
第一类是连续回路控制中的控制值设定;
第二类是报警限的设定。
所有设定的参数需操作员再次确认后才下达。
对错误设定、超范围设定要加以屏蔽和送出"错误"信息,操作员站会声音报警,要求立即改正。
在操作员站上人工设定参数时不会中断系统的正常运行。
数据的采集系统软件应是成熟稳定且可配置的,不依赖于编程环境,能够独立于HMI软件运行,并提供诊断界面及工具。
(1)安全监视及事件报警
主控级监控系统根据现场LCU柜提供的数据,生成整个泵站的生产工艺流程、变配电系统实时动态图,为泵站生产操作人员提供清晰、友善的人机监测界面。
(2)数字量(模拟量)的采集与处理
要求对水泵、电气运行(变配电的低压电气系统)、越限报警等参数进行周期采集。
(3)开关量的采集与处理
对事故信号、开关量信号等,二级平台应能以中断方式迅速响应这些信号并作出一系列必要的反应及自动操作,并实时发送给一级平台进行接收。
对各类故障信号、辅助设备运行状态信号、手动自动方式选择的位置信号等非中断开关量信号,一级平台对这些信号的采集方式为定期扫查。
3.3PLC柜控制设计
采用基于PLC的远程TCP/IP通信,实现泵站的远程控制,采用本地控制、远程控制、自动控制三级控制逻辑,实现泵站的远程控制。
纯硬件的本地控制保护逻辑,当运行于本地控制逻辑时,系统禁止远程控制和自动控制。
控制优先级为本地控制高于远程控制,远程控制高于自动控制逻辑,每级控制,需要相应的上级进行授权,其中本地控制给远程控制,采用硬件授权,远程控制给自动控制采用软件授权。
现地控制包括变频启动和工频启动,变频启动是实现远程控制、自动控制的前提;一旦工作人员切换到工频,无法实现远程控制以及自动控制,因此,工频适合于PLC柜故障抢修时期使用。
3.4系统性能
我方所提供的设备完全能满足实时性、可靠性、可维性、实用性、安全性、可扩性、可变性等性能要求。
3.5响应时间
数据采集周期:
电气量≤1s;
温度量≤30s;
非电量10s,可调(对于事故趋势,系统提供数据的时间段为事故前1秒至事故后75秒);
状态量和报警测点:
1s;
控制响应时间:
接收控制命令到执行控制的响应时间≤1s;
操作员发出调画面命令到画面上全部静、动态数据都显示出来的时间,对于不同画面其响应时间分列如下:
重要画面和报警画面≤1s;
90%常规画面≤2s;
其他画面≤3s;
数据库刷新到画面上实时数据刷新时间≤2s;
操作员发执行命令到应答显示的响应时间≤3s;
从出现报警信号到在画面上显示并发音响报警的响应时间≤2s;
系统时钟精度:
系统的时钟精度为±1ms;
3.6可靠性
所供系统设备在设计、制造、装配上都是高质量、高可靠的,系统中单个元件故障将不会导致系统崩溃。
(1)计算机MTBF(平均无故障间隔时间)>40000h;
(2)现地控制单元MTBF>50000h;
(3)外围设备及人机接口设备MTBF>17200h;
(4)通道平均故障时间<24h/y;
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