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湯浦水庫自動化信息網(wǎng)建設的設計方案

湯浦水庫及配套輸水工程是紹興市小舜江供水工程的重要組成部分,承擔紹興市區(qū)及紹興縣平原地區(qū)大部分鄉(xiāng)鎮(zhèn)供水的水源、輸水任務。水庫樞紐建筑物由東西主壩、副壩、泄洪閘等組成,輸水工程由提水泵站、達郭調(diào)蓄水庫及全長13.6km的輸水隧洞組成。湯浦水庫為大(II)型水庫,同時作為供水專用水庫;水庫的工程安全,以及防洪、供水、發(fā)電是水庫正常運行的關鍵。
  湯浦水庫于2000年4月封孔蓄水。目前,已建成水情自動測報系統(tǒng),泵站、電站、溢洪閘計算機監(jiān)控系統(tǒng)及工業(yè)電視監(jiān)控系統(tǒng),但都是分散獨立控制;大壩觀測、水質(zhì)檢測還是采用人工定時觀測,工作量大、效率低。為提高運行管理自動化水平及生產(chǎn)效率,提出了由大壩安全監(jiān)測、水情自動測報、水質(zhì)自動檢測和泵站、電站、泄洪閘的遠程調(diào)度控制等子系統(tǒng)組成的采用集中控制方式的水庫自動化信息網(wǎng)的設計方案。
  1 總網(wǎng)絡圖
  整個系統(tǒng)對泵站、電站、泄洪閘按無人值班(少人值守)進行設計和系統(tǒng)配置,對庫區(qū)的水情、雨情,水庫的水質(zhì)及大壩工程等有關信息實行在線自動采集、分析。系統(tǒng)采用分層分布式結(jié)構(gòu),在管理局設立控制中心,在泵站、電站、泄洪閘設現(xiàn)地控制站??刂浦行牟捎每焖僖蕴W(wǎng)結(jié)構(gòu),控制中心與各現(xiàn)地控制站由光纖連接,達郭水庫大壩監(jiān)測、水質(zhì)監(jiān)測通過電話線接入(圖1)。


  控制中心設互為冗余的主機2臺,操作控制均由操作員工作站完成,并通過CRT對各設備的運行狀態(tài)進行實時監(jiān)控。由工程師站對系統(tǒng)進行維護、修改,語音報警、報表打印由通信服務站1完成,通信工作站2完成向電力局調(diào)度、氣象云圖接收及與上級有關部門的通信調(diào)度。在局長辦公室設立圖形終端,可對運行狀況進行實時監(jiān)視。整個系統(tǒng)用GPS進行時鐘校對,事故順序記錄(S0E)分辨率不低于5ms。在泵站、電站、泄洪閘等現(xiàn)場同時設立工業(yè)電視監(jiān)控。
  2 系統(tǒng)組成
  其中水情測報站包括1個水文站、2個水位站、7個雨量遙測站。系統(tǒng)采用超短波傳輸,遙測站采用定時入增量自報方式向中心站發(fā)送數(shù)據(jù)。中心站設互為熱備用PC機2臺,以完成對數(shù)據(jù)的處理、分析及打印輸出,同時設語音電話1門。中心站具有與其它各測站的對話功能。該系統(tǒng)可實時自動監(jiān)測湯浦水庫流域范圍內(nèi)各站點的雨量、水位數(shù)據(jù)。
  2.2 水質(zhì)自動監(jiān)測系統(tǒng)
  水質(zhì)在線自動監(jiān)測系統(tǒng)(On-line water quality monitoringsystem),在湯浦水庫取水口、達郭調(diào)蓄水庫設立2個采樣監(jiān)測點,實現(xiàn)對NH4-N、C0D、電導、PH、濁度等常規(guī)量的監(jiān)測。系統(tǒng)由主系統(tǒng)和輸助系統(tǒng)2部分組成,主系統(tǒng)配套包括水樣采集單元、水樣預處理單元、分析單元、數(shù)據(jù)處理及數(shù)據(jù)采集單元(包括信號遠傳)、PLC控制單元。輔助系統(tǒng)有壓縮空氣單元、冷卻水及純水單元、配電及UPS單元、清洗單元。系統(tǒng)同時具有水質(zhì)參數(shù)變化趨勢預警(圖2)。


  2.3 輸水泵站監(jiān)控系統(tǒng)
  輸水泵站設2×3500kW水泵電動機組,其電源經(jīng)110kV降壓站供給。泵站計算機監(jiān)控系統(tǒng)按無人值班、少人值守進行設計和系統(tǒng)配置,具體結(jié)構(gòu)(圖3)。系統(tǒng)設互為冗余的主機兼操作員工作站2臺,工作站采用ICS工控機,采用SJ-500及SIEMENSS7系列PLC等作為現(xiàn)地控制單元(LCU)。按被控對象性質(zhì)設泵組LCU2臺,降壓站及公用設備LCU1臺。LCU有當?shù)乇O(jiān)控功能,可脫離上位機系統(tǒng)獨立運行。主控機與LCU之間采用單總線網(wǎng)絡連接。


  2.4 電站、泄洪閘監(jiān)控系統(tǒng)
  電站裝機2×1600kW,經(jīng)10kv線路輸出。監(jiān)控系統(tǒng)采用分布式結(jié)構(gòu),系統(tǒng)設1臺主機,按控制對象設機組LCU2臺,公用LCU1臺,主機與LCU之間采用以太網(wǎng)通訊。系統(tǒng)采用bbbbbbs NT操作系統(tǒng),LCU采用MITSUB1SHUAns系列PLC,SJ-12C微機自動準同期裝置,DAE EPM—420交流電參數(shù)測量儀,同時每臺機組各配1臺TDS-1600溫度巡檢儀。整個系統(tǒng)可實現(xiàn)電站經(jīng)濟運行管理、自動發(fā)電控制(AGC)、自動電壓控制(AVC),滿足無人值班、少人值守要求(圖4)。


  泄洪閘監(jiān)控系統(tǒng)采用GE—30系統(tǒng)PLC,設1臺主機,結(jié)合現(xiàn)場工業(yè)電視監(jiān)視,可完成遠程控制閘門的開啟、關閉及實時運行監(jiān)控。
  2.5 大壩監(jiān)測數(shù)據(jù)采集自動化系統(tǒng)
  大壩監(jiān)測包括湯浦水庫東、西主壩、副壩及達郭調(diào)節(jié)水庫大壩。該系統(tǒng)采用分布式結(jié)構(gòu),如圖5。它的底層為各類遙測傳感器,中層為測控單元(Monitor and Control Unit,MCU),上層為控制機。整個系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)聚集系統(tǒng)、觀測數(shù)據(jù)在線分析系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)、資料分析系統(tǒng)。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要是實現(xiàn)監(jiān)測數(shù)據(jù)的現(xiàn)場自動化采集。


  注:MCUC-電容儀器測控裝置;MCUU-各種通用測控裝置;ICB—智能轉(zhuǎn)換箱。
  3 結(jié) 語
  整個系統(tǒng)實現(xiàn)了對湯浦水庫水情、雨情、工情、水質(zhì)信息的實時在線采集、分析,系統(tǒng)由控制中心完成對泵站、電站、泄洪閘以及防汛的實時值班工作。該系統(tǒng)實施后,將提高湯浦水庫及配套輸水工程的綜合自動化水平,同時可減少近一半運行值班人員,大大提高運行人員的效率,實現(xiàn)企業(yè)“減人增效”的目的。

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