自动化系统介绍

自动化系统介绍第一节计算机测控系统的技术参数及软件设计资料1系统概述本方案是针对大沙河河口水闸工程的计算机监控系统而提出的。在本项目中，水闸工程的计算机监控系统采用分层式分布式系统结构，分现地控制层（LCU）和中控室中心控制层以及防洪管理处远方监控层二层结构。控制权限从高到低依次为常规电气控制系统、大沙河河口水闸现地控制层和防洪管理处远方监控层（总控制中心）。现地层LCU控制柜在与集控层通讯中断的情况下，可对现场独立进行控制。现地监控层监控现地各分散的设备，按控制对象和分布位置设置了一套现地控制单元（LCU）。远方监控层位于防洪管理处，采用100Mbps快速以太网技术，TCP/IP网络协议，组成开放的计算机网络系统。已有设备包括主操作站（主机），网络交换机，网络激光汉字打印机，1套UPS电源和语音报警系统。由多台监控计算机组成。采用100Mbps快速以太网络技术，TCP/IP网络协议。2设计思路、依据、内容及原则2.1设计思路本系统将按“无人值班、少人值守的目标进行总体设计，本着安全、可靠、经济、先进、实用的原则。按国际先进水平进行设计、建设，计划采用全分层分布式计算机监控系统结构(CSCS)，分为现地控制层、中控层和远程监控层。现地控制层由LCU构成，LCU以高性能的PLC(可编程控制器)或过程控制器为核心；中控层位于布置在大沙河河口水闸的中控室，采用多微机结构；调度层指布置在防洪管理处远方监控层。计算机监控系统符合ISO／IECIEEE802／wG57国际开放系统标准的开放式环境，以保证系统中选用不同计算机设备时的互操作性，系统扩展和设备更新时的可移植性。开放式环境包括应用开发环境，用户接口环境和系统互连环境，涵盖了系统硬件和软件配置。系统采用集成了视／音频数字压缩和TCP／IP网络传输的嵌入式前端设备，采用目前最先进的嵌入式操作系统和图像处理芯片，在单台设备上进行模拟到数字信号的转换、视／音频编码压缩和网络传输。由于采用嵌入式操作系统，系统的稳定性得到保证。通过内置的TCP／IP网络协议，能够实现远程浏览、镜头控制、参数配置等诸多功能，再配合强大的系列软件，构建成一个功能完善、操作简便、性能优异的网络视频监控系统。通过以图形化的电子地图实现对系统中摄像机和其他设备的操作，能够方便的实现对摄像机的检索，同时他还实现了对矩阵和监视器的统一的操作和方便的控制。将传统的键盘操作的方式改为通过计算机鼠标进行控制，在方便性和易用性方面提高很多。2.2设计依据本方案在系统设计上主要依据以下规范要求：《水力发电厂计算机监控系统设计规定》DL/T5065—1996《水电厂计算机监控系统基本技术条件》DL/T578—95《计算机接地技术要求》GB2887《电子设备雷击保护导则》GB7450《电气装置安装工程施工及验收规范》在上述标准中，优先采用中华人民共和国标准及原水电部标准，若有国内标准缺项或不完善时，可选用相应的国际标准。本合同采用的标准不限于上述所列，还包括相关的各种标准规范。除此以外，系统还满足下列国际标准：IEC-国际电工委员会IEEE-电气和电子工程两协会2.3设计内容系统按无人值班、少人值守进行总体设计。设计原则为安全、可靠、经济、先进、实用。监控系统全面采用计算机控制，仅设置简单的紧急停机、安全闭锁和事故动作的直接硬逻辑回路。监控系统的结构配置和功能满足不同层次的控制和管理要求，充分体现安全可靠和技术先进。系统安全可靠。采用的软、硬件设备都满足相应的最新性能标准和技术条件；系统有自检、自诊断功能，局部的故障不会造成系统误动；对系统主机、通信通道等关键部位进行冗余配置，互为备用；有关控制采取多重的软硬件安全闭锁措施。系统配置和设备选型需适应计算机发展迅速的特点，充分利用计算机领域的先进技术、软硬件产品、网络技术、实时工业控制产品等，使系统达到国内先进水平。采用全分层、分布式开放系统网络，既便于功能和硬件的扩充，又能充分保护用户的投资。采用数据库及软件模块化、结构化的设计，均符合开放要求，使系统更能适应功能的增加和规模的扩充。系统实时性好，抗干扰能力强。人机界面采用中文、功能强、操作方便，便于二次开发。3现地控制单元（LCU）3.1概况说明在本项目中，共设置一套机组LCU屏，主要由PLC和现地显示操作终端、开关、按钮、指示灯、硬布线跳闸继电器、报警装置等构成。现地显示操作终端采用12”彩色液晶触摸屏。机组LCU通过中控室以太网交换机与上位机连接，实现与上位机的数据信息交换。机组LCU与保护系统、辅机设备控制装置等监控对象的接口将采用数字式通信为主，结合采用远程I/O设备和辅助硬布线连接，数字通信采用开放性好的现场总线技术，总线通信介质采用光纤或双绞线。主要监控内容液压闸门液压闸门及远程监控是本工程的核心，其控制方案直接影响设备正常运行与远程调度的自动化水平，本方案在与液压启闭机厂家不断沟通、并对其工艺运行机理深入理解的情况下，提出了对两套液压系统模块完全隔离的设计方式，即每套液压系统DI和DO点均分布在不同的模块中，如有个别模块更换，则必有一套正常运行。系统共设两套液压闸门，而每套液压闸门又分别以2台闸门、2台液压泵和1套液压系统组成。控制内容如下：系统实时检测液压系统状态、液压泵（包括软启动器）的运行与故障状态、液压门的开、关及故障状态等，并根据其状态和闸门前后液位状态、能够远程自动或手动控制其运行（具体根据液压闸门厂家提供的控制逻辑运行）。公共部分变配电部分的设备有进线柜、变压器柜、轴流风机、低压柜及超声波液位等。测量控制的内容主要有：通过ModBus通讯协议与低压柜电量测量仪的通讯，检测与控制的低压进线柜、低压出线柜的分、合闸状态，并获取低压进线柜电压、电流信号、有功功率、无功功率、功率因数、频率、相序旋转、无功功率和有功功率等信号。系统实时检测高压进线柜合、分闸状态，并能够远程控制其合、分闸。系统实时检测轴流风机的运行状态，并控制器运行或停止（三台风机同时动作）。实时检测闸前、闸后液位。4应用程序设计4.1PLC控制程序的编写在本项目中，我们将分别编写PLC控制程序。实现对大沙河河口水闸内所有设备状态实时采集和远程控制，采集水闸的水位、闸门电流等模拟量，根据测量结果和设备运行工况控制设备的自动运行，实现无人生产监控。我方采用监控组态软件Intouch10.0版本软件。Wonderware公司的InTouch10.0HMI软件是一种适于企业范围的可视化和HMI的解决方案。经过我方年的工程实施实际用，认为InTouch系统软件是值得推荐的HMI产品。InTouch软件是一个开放且可扩展的HMI，拥有尖端的绘图功能性，从而为应用设计提供了无与伦比的动力和灵活性。InTouch软件提供了与工业自动化设备的最广泛的连通性。功能强大、尖端并且易于使用作为世界上最受欢迎的HMI，InTouch10.0软件已经在全球超过三分之一的工厂内使用，实际上已经遍布每个国家和每个行业。InTouch10.0软件具备许多特点和性能，因此提升了卓越性的水平，这些特点和性能包括：色彩鲜明、分辨率无关的ArchestrA®图形功能，可满足真实性、清晰度和关注度的要求通用且界面友好的多用户开发与编辑环境适用于工程协同，提高生产力强大且独立完整的ArchestrA图形符号具有集成脚本和连通性，通过可重用性和标准化节省工程量无与伦比的动力和灵活性，拥有全面的脚本与图形动画功能。InTouch10.0软件使软件工程师、非程序设计人员和新手能够快速地定制应用功能利用WonderwareDevelopmentStudio进行完全控制，从而提供了单一且一致的环境用于HMI应用的集中管理和远程、随处部署，这还包括新的Wonderware紧凑型面板利用Wonderware系统平台实现无与伦比的可升级性，可从简单的单节点HMI扩展到企业范围的监控解决方案预构建的令人瞠目的图形符号和面板的综合图库关于数据质量的一致处理和可视化的内建特征完全兼容现有InTouch软件应用运行特征包含了清晰、准确且引人注目的可视化，同时大大增加了可用信息量Wonderware的InTouch软件使工程师在构建诱人、直观、安全、可靠且可维护的HMI、SCADA和MES应用时具备更高的生产力和创造力，同时可降低应用开发成本。在本项目中用Intouch编写水闸的现场人机界面程序，以实现现场监控。程序包括工艺流程图、实时数据显示、设备状态显示、实时报警及处理、历史报警查询、事件顺序记录查询、历史趋势图和工艺参数设定等。4.2人机界面程序的修改通过修改总控制中心上位机人机界面程序，增加大沙河河口水闸的相关信息，使总控制中心完成对大沙河河口水闸运行的监视、控制、调节、设置数据、调整、显示，数据打印，对系统运行的各种数据采用数据库（SQLServer2000）系统进行收集、统计，并自动生成图表、参数变趋势曲线，提供运行和维护指导。用Intouch编写现场人机界面程序，实现如下主要功能：用工艺流程图的形式展现系统概况，包括生产过程、实时数据和设备状态的显示。实现对系统所有设备的远程操作（根据权限）。实时报警和历史报警查询。水闸水位等数据的报表。工艺参数变化趋势图查询。事件顺序记录查询。对水闸自动运行后时的工艺参数设定（根据权限）。4.3信息的远程调用为方便管理人员和上级领导通过广域网或因特网远程实时了解大沙河河口水闸的运行状况。我们通过使用Intouch组件SuiteVoyanger2.0门户网站让客户通过Internet以可视化方式查看大沙河河口水闸运行过程的实时信息与历史信息。展示来自InTouch的图形画面和SQLServer的历史数据。极大的实现信息的远程调用功能。4.4总控中心程序的修改根据招标文件要求，目前，总控制中心已在自动化监控系统部分配置了多台服务器机。通过修改总控制中心的监控程序，使其通过快速以太网从大沙河河口水闸的控制系统采集数据和发出控制命令，完成对大沙河河口水闸控制系统所有设备的监控、所有数据的采集、各种报表的生成和打印、各种数据的查询等功能。总控中心程序的修改主要目标和可实现的功能描述如下：动态图形界面友好丰富，人机接口方便快捷，可靠性和实时性强主要显示的画面有：水闸计算机监控系统结构配置图系统网络状态图闸门供水和排水系统图状态和报警的各类详细信息画面各类报表设备操作次数和各中事件、报警统计表事件顺序记录显示事故追忆显示重要参数趋势分析曲线水闸横剖面图，显示水位及水位差，水闸运行工况数据采集与处理对所有的模拟量、开关量、脉冲量进行实时和定时数据采集，定时数据可根据设定的时间间隔自动转存于硬盘，并可以定期刻录光盘，作为历史记录存档。对模拟量进行合理性校验、上下限比较；对开关量进行实时扫描；对模拟量超限或开关位作时间记录输出并告警；对重要历史数据进行累计或统计处理，为生产运行和系统维护提供指导意见。累计各主要设备运行时间、动作次数水闸主要设备的各种运行参数的采集和统计其他运行管理数据的积累实时报警记录和历史报警查询当出现开关事故变位，模拟量超越设定权限、保护动作和其他报警信号时，系统能发出音响提示，并自动推出报警画面。报警需经操作员确认后方能手动复位。报警事件描述、发生时间、在岗操作人员等信息记录入监控系统数据库，以方便事后查询。生成趋势图对重要的参数提供两种趋势显示对象：“实时趋势”和“历史趋势”，通过对两种趋势对象进行配置，可以显示特定时间内标记名的图形表象，一个实时趋势允许最多可以显示四个数据值，历史趋势最多可以显示八个数据值，并且可以指定时间间隔、值的范围、网格的分辨率、时间标签位置、颜色属性等。通过分析趋势图，我们可以看到特定数据在某段时间内的变化曲线图，以便于更好的控制和分析数据。事件顺序记录当某些事件产生时，启动相关的事故追忆记录，追忆数据的测点和周期可定义。记录应包括日期及时间、事件内容、越限值、在岗操作人员等。记录可按时间、分类进行查询、显示。事件记录包括：报警事件：有定值