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1  引言

   白沙滩泵站是吉林省白城市引嫩入白供水工程的首端提水泵站，坐落在白城市镇赉县嘎什根乡丹岱村境内，位于吉林、内蒙古和黑龙江三省交界处。白沙滩泵站设计提水流量65立方米/秒，设计扬程9.23米，设计总装机10200千瓦，设计正常运行嫩江水位138.35米。

白沙滩泵站设双10kV进线开关站，双主变供电，一用一备。泵站主泵电压等级6kV，采用-9.2型立式轴流泵机组六台，单机设计Zui大流量13立方米/秒，单机装机1700千瓦。每台泵组出水侧设工作门和事故门2个快速闸门。改造前其自动化监控系统采用许继的8000计算机监控系统。

2  系统概述

2.1改造前系统结构

   白沙滩泵站原自动化监控系统通信方式为有线组网方式，控制级别分为泵站监控层、LCU监控层及现地设备三级。泵站监控层与LCU监控层连接的主干网链路采用以太网（10/100M自适应），各现地LCU至核心交换机传输介质为光纤，能有效减少电磁干扰。泵站中控室设2台操作员工作站，1台工程师站，

    自动化监控系统网络层采用TCP/IP协议，应用层操作员工作站与各LCU柜内设备采用IEC60870-5-104通讯，工程师站与各保护设备采用IEC60870-5-103通讯，两种通讯协议共用同一物理传输介质。由于PLC及现场设备不支持IEC60870-5-104及IEC60870-5-103通讯规约，在现场各智能仪表接口与核心交换机之间，设置MCU801串口管理装置及网关，智能仪表通过MCU801（主控级PLC通过网关）转换为标准的103或104规约，通过以太网与各上位机实现通讯。具体示意如图2所示。

2.2改造后系统结构

   白沙滩泵站改造采用国网电力科学研究院研制的EC2000自动化监控软件。系统上位机采用冗余配置，增强了系统的可靠性，局部故障不会影响现场设备的正常运行。系统通信组网方式、控制级别与原系统相同。结合成本考虑，网络物理传输介质及核心交换机等使用原有设备。泵站上位机配备2台操作员工作站，1台工程师站，另增设2台通讯服务器，用以与白城集控中心实现远程通讯，其系统结构图如图3所示。

   自动化监控系统网络层采用与原系统相同的TCP/IP协议，应用层上位机与各LCU柜内PLC使用Modbus规约通讯，上位机由操作员工作站（主机）采集各种数据或下发控制命令，并通过广播方式与网络上的从机、工程师站、通讯服务器等设备实现数据共享及存储。

   现地LCU柜增加了国网电力科学研究院研制的SJ30通讯管理装置，通过编程，SJ30采集现场各智能仪表数据，将数据集中处理，通过串口方式上送至现地LCU柜内PLC。SJ-30系列通讯管理装置有8或16个独立的标准串行接口，能实现PLC等设备和其它通信设备之间的数据通讯，可以定制不同的通信协议实现高速数据交换，满足不同客户的不同需求。

3  改造技术难点及解决方法

   白沙滩泵站自动化监控系统改造过程中，处于成本考虑，业主要求在尽量少增加硬件设备的条件下，完成整个泵站的自动化监控系统改造，并对改造后系统的可靠性、实时性及功能性提出了很高要求。在对泵站原许继8000监控系统软硬件充分调研后，结合业主改造需求，确定了以国网电力科学研究院研制的SJ-500监控系统为依托的改造方案。Zui终取得较为理想的改造效果。

3.1系统改造的可靠性及实时性分析

原监控系统通讯实时性不强，并且在开机、停机过程中在出现数据丢失或通讯阻塞情况，经现场分析确定原因如下：

   （1）原系统中上位机2个操作员工作站及1个工程师站分别对现场设备进行数据采集及存储，可能造成在同一时刻每台上位机对同一数据存储不一致，且对于同一个下位机通讯设而言，在同一时间有可能接收到来自3台上位机不同的读写帧，增加了设备丢失通讯报文的可能性，或导致设备的信息处理负荷增大，从而一定程度上降低监控系统可靠性和实时性。 

   （2）原系统中所有下位机通信设备是通过网关或通讯管理装置进行规约转换进而实现上下位机通讯，每个网关及通讯管理装置须分配一个独立的IP地址。由于网关及通讯管理装置数量较多（每台机组LCU柜设置2个网关，1个通信管理装置）这样的结构增加了上位机数据采集时网络访问次数，在一定程度上可能影响监控系统实时性。

   （3）原系统中上位机同时使用104及103规约采集现场数据，同一时间，不同规约的数据流在同一物理网络传输，增加了网络的数据流量。系统在处理较复杂的监控数据时，由于通讯量较大，可能造成网络阻塞。

针对原系统的不足，改造后的监控系统大大增强了监控系统的可靠性和实时性，其特点如下：

   （1）改造后的系统中上位机减少了数据采集存储节点。在同一时刻2台操作员工作站中有一台为主机，一台为从机，仅主机与下位机进行数据采集，并通过广播方式与从机、工程师站、通讯服务器等实现数据共享及存储，当主机网络中断或故障时，从机自动切换成为主机。这样的结构保证了数据采集唯一性，同时减轻了设备的通信负荷，降低了设备通信报文丢失率，大大提高了监控系统的可靠性和实时性。

   （2）改造过程中，在现地LCU柜增加SJ30通讯管理装置，实现与所有现场通信设备（除主控级PLC外）通讯，并将采集的数据通过串口送至主控级PLC。上位机操作员工作站主机通过访问各LCU柜内主控级PLC，即可完成对所有数据采集。上位机与各主控级PLC使用统一的Modbus协议，取消原系统中的网关及通信管理装置，减少了上位机网络访问次数及数据处理中间环节，保证了数据采集的实时性和通讯的可靠性。

3.2系统改造的功能性分析

   在泵站自动化监控系统改造过程中，除了实现对开关站断路器合、分闸，及泵组开机、停机的自动化监控外，业主要求在新系统中增加模拟开机功能。模拟开机流程要求如下：

    （1）主控级PLC维持原系统的GE90-30系列硬件不变，实现模拟开机功能。

   （2）模拟开机前，泵组机端断路器手车须在试验位，事故闸须门全部落下；实际开机前，泵组机端断路器手车须在工作位，事故闸须门全部提起。

   （3）模拟开机流程较实际开机流程除断路器手车及事故门位置不同外，其他控制流程完全一致，即可以在泵组不带负载情况下真实模拟泵站设备电气及机械运转状况。

原系统使用的GE90-30系列PLC的CPU型号较老，内存较小。由于受硬件设备所限，在完成基本的开停机控制流程编程后，已无足够内存完成模拟开机流程编写。在改造过程中，尝试将模拟开机流程与实际开机流程合并编写，Zui终解决了硬件与功能的冲突，成功实现泵组模拟开机功能。