自动化系统介绍.docx

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ISOIEC IEEE 802wG57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TCPIP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TCPIP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：Ø 水力发电厂计算机监控系统设计规定DL/T 5065 1996Ø 水电厂计算机监控系统基本技术条件DL/T 57895Ø 计算机接地技术要求GB2887Ø 电子设备雷击保护导则GB7450Ø 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：Ø IEC-国际电工委员会Ø 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l 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）。l 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4.1 PLC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InTouch 10.0 HMI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， InTouch 10.0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。InTouch 10.0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：Ø 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 Ø 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 Ø 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 Ø 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。InTouch 10.0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 Ø 利用Wonderware Development Studio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 Ø 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 Ø 预构建的令人瞠目的图形符号和面板的综合图库 Ø 关于数据质量的一致处理和可视化的内建特征 Ø 完全兼容现有InTouch软件应用 Ø 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（SQL Server 2000）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：Ø 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。Ø 实现对系统所有设备的远程操作（根据权限）。Ø 实时报警和历史报警查询。Ø 水闸水位等数据的报表。Ø 工艺参数变化趋势图查询。Ø 事件顺序记录查询。Ø 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SQL Server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：l 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：Ø 水闸计算机监控系统结构配置图Ø 系统网络状态图Ø 闸门供水和排水系统图Ø 状态和报警的各类详细信息画面Ø 各类报表Ø 设备操作次数和各中事件、报警统计表Ø 事件顺序记录显示Ø 事故追忆显示Ø 重要参数趋势分析曲线Ø 水闸横剖面图，显示水位及水位差，水闸运行工况l 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。Ø 累计各主要设备运行时间、动作次数Ø 水闸主要设备的各种运行参数的采集和统计Ø 其他运行管理数据的积累l 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。l 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。l 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：Ø 报警事件：有定值越限报警触发的事件、设备故障事件Ø 操作事件：监控主机对保护测控装置进行的整定、遥控操作、参数修改等操作Ø 一般事件：保护动作、通信故障等l 开列各类操作票监控系统能够根据用户要求，开列各种操作票。操作票的操作记录能够存储与打印。l 工艺参数修改随着现场信号的调整、现场运行的需要、以及对闸门长期运行效果的分析，可在线对相应的工艺参数进行修改（如：测点名称、越限限值、保护定值、工程量变换关系等）。l 在线维护功能Ø 各类画面、报表的在线编辑功能Ø 数据库部分内容的在线修改Ø 运行参数及限制值的在线设置，状态修改l 系统可扩展性系统设计遵循IEC61131-3标准：PLC系统中的I/O点至少有20%的预留；PLC容量和机架可扩展；程序设计结构化、模块化、可读性强，方便系统后期扩展。后期进行系统扩展时，保持原有监控计算机上的监控界面不变，只需增加相应的硬件，增加新的监控界面和监控计算机站点即可实现系统的扩展。l 自诊断系统具有良好的自诊断与自恢复功能，能在线诊断系统所有软件和硬件的运行工况，单个元件的故障，不会引起整套装置的误动，也不影响其他装置和监控系统的运行，当发现异常及故障时能及时根据故障性质自动判别是否需要闭锁有关功能或设备，并显示和打印报警信息。l 通过www实施程序控制用Intouch组件SuiteVoyager2.0门户网站让客户通过Internet以可视方式实现与现场组态软件相同的功能。展示来自InTouch的图形画面，并实施系统所有操作。操作人员无论处于任何位置，都可以获取闸门运行过程的信息和实施控制，且需用SQL Server2000将实时数据和历史数据写到控制中心数据服务器中。（网络监控须满足70个权限并与防洪处信息化工程的兼容）。l 操作权限和系统安全保护为了使实时系统能够安全稳定地运行，整个系统提供可靠的安全保护措施，所有的系统操作员能够根据权限大小赋予某些特性，这些特性规定了各个操作员对系统及各种活动的使用范围，如用户名、口令字、操作权及操作范围等特性，所有操作内容、时间、结果及操作人员姓名都记录入数据库，以备事后查询。本系统主要有四类用户：系统默认用户、操作人员、工程技术人员、管理人员。每类用户角色的日常工作如下：Ø 系统默认用户：只可以浏览画面，不允许进行任何设备操作Ø 操作人员：系统默认用户功能、设备控制、数据录入和查询Ø 工程技术人员：操作人员功能、工艺参数设定Ø 管理人员：系统默认用户功能、数据查询、用户管理l 远程控制功能系统可通过人机接口，远程控制设备的运行。系统将提供必要的操作步骤和足够的软、硬件校核功能。所有的操作均设置操作级别和密码，有操作过程预演并作操作步骤提示，以确保操作合法性、合理性、安全性和正确性。系统均对操作人、操作时间及操作类型进行记录，自动生成操作记录，并将记录存盘，此记录可随时调用显示、打印，但不能修改。 第二节 各系统之间的连接性、兼容及整个系统的开放性情况（1）各系统之间的连接性大沙河河口水闸工程自动化系统通过新建专用的光纤网络，采用主干为1000M的TCP/IP以太网结构，大沙河河口水闸工程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。整个系统由自动化系统、视频监控系统、光缆敷设工程组成。各系统之间通过光缆连接实现大沙河河口水闸本地监控和防洪管理处的远程控制的连接。在本项目中，光缆及配线为各系统的连接提供路由，是各系统能相互连接的基础。通信网络系统的网络交换机是各系统间数据交换和联系及与防洪管理处的系统数据上传的骨干网络设备。（2）系统的兼容性本工程预留与上级部门连接的网络接口，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。由于各系统设备都是基于100Mbps快速以太网络技术，TCP/IP网络协议，因此兼容性能强。（3）系统的开放性在本项目中，计算机监控系统符合ISOIEC IEEE 802wG57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。开放式环境包括了应用开发环境，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。自动化系统设计遵循IEC61131-3标准：PLC系统中的I/O点至少有20%的预留；PLC容量和机架可扩展；程序设计结构化、模块化、可读性强，方便系统后期扩展。后期进行系统扩展时，保持原有监控计算机上的监控界面不变，只需增加相应的硬件，增加新的监控界面和监控计算机站点即可实现系统的扩展。视频监控系统采用模拟图像监控与数字图像监控系统相结合的模式，结合模拟监控系统与数字图像监控系统各自的优点，充分发挥了模拟监控系统清晰度高，图像传输无延时的优点，同时也发挥了数字图像监控系统的数字化的图像便于处理、能够压缩、方便存储、方便远程传输、便于检索、方便管理等优点。系统通过内置的TCPIP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。第三节 系统运行管理的方便性、稳定性情况由于大沙河河口水闸工程自动化系统涉及到现地控制和远程控制，视频监控系统涉及到本地监控、控制和远程图像的浏览；因此，针对设备运行管理方便性方面采取如下措施：1 网络管理使用统一网络管理协议及方法对整个网络的通信和设备进行监控和管理，为实现对网络各种故障报警、历史故障查询、每个交换机的各端口状态、通信流量、交换机设置、系统的安全维护等带来强大的可靠性和易操作性。为实现对网络的全面监视，并实现综合的负载和故障分析，网络管理软件具备如下功能：1）支持VLAN配置。2）监视结果可利用E-Mail、SMS或参考视窗来显示或传送。3）使用端口管理器对任意联接进行简单设置即可提供全面的负载和故障分析。4）方便查询网络设备的状态，并具有故障陷阱处理功能，可对整个网络或单一设备的故障陷阱历史进行精确跟踪。5）自动发现并显示所有支持SNMP的设备，支持SNMP、RMON网络管理功能，自动识别所有的网络产品，显示网络的逻辑结构和IP地址与MAC地址之间的关系。6）集成OPC支持，可按OPC服务器的方式将设备状态信息和TRAP（故障陷阱）报警直接传至SCADA软件中去。7）带全面安全功能，可以控制访问级别，并具有故障定位。2 数据采集和处理控制中心自动周期性地收集大沙河河口闸门的电气和非电气量，包括模拟量、数字量、报警量和脉冲量。此外，收集外部系统的交换数据。安全监控中心对收集的数据和信息进行分析、处理，误码分析和数据传输差错控制，形成网络各种监控、管理、分析和指导所需的数据，作用于控制调节，并更新实时数据库，修改显示画面的前景数据和画面的设备状态，并对数据予以记录和保存，形成历史数据库。采样周期满足系统性能参数要求，保证实时性。报警信号随机优先传递。数据采集分为周期式和随机式两种方式。3 通过远程程序控制在本项目中，我们采用Intouch组件SuiteVoyager2.0门户网站让客户通过Internet以可视化方式实现与现场组态软件相同的功能。展示来自InTouch的图形画面，并实施系统所有操作。操作人员无论处于任何位置，都可以获取闸门运行过程的信息和实施控制，且需用SQL Server2000将实时数据和历史数据写到控制中心数据服务器中。实现对本系统管理的方便性及系统运行的稳定性。