基于LK冗余PLC的新滩口泵站计算机监控系统

作者简介           石连东(1984-) 男 工学硕士 PLC产品技术支持工程师  多个PLC控制系统的硬件成套、软件编程及现场调试工程经验  目前从事基于PLC的自动控制系统方案设计

1      概述

新滩口泵站位于洪湖市内荆河出口处的新滩口镇，地处四湖流域排水系统最末端，通过内荆河与洪湖相连，距洪湖市70km，属四湖流域内一级排水系统中的一级泵站，是四湖流域中下区一座排田与排湖相结合的大型泵站。

新滩口泵站始建于1983年10月，1986年竣工，设计提排能力为220m3/s，装机容量为10*1600KW，泵站自1986年受益到2004年底，共运行102860.32台时，累计排水83.89亿m3，为四湖流域的农业生产和经济发展作出了极大的贡献。但泵站已经运行超过21年，部分机电设备老化、淘汰，不能满足泵站安全运行要求；其中无办公管理设备、微机自动化水平不高、无网络通信设施、无远程视频系统等问题，亟待解决。

针对新滩口泵站的运行中的一些缺陷，在泵站改造中利用PLC应用技术、计算机技术、现代通信技术，将包括控制、测量、保护、自动装置及远动装置等泵站的二次设备，经过功能组合和优化设计，完成对泵站的自动监视、测量、控制和协调。运用计算机对泵站主机、变电所、辅机设备等进行自动监控，实现泵站安全、时效、经济运行的目标，并带来显著的经济效益和社会效益。

2      计算机监控系统结构

新滩口泵站计算机监控系统采用冗余配置的LK系列大型PLC对全站泵组、电气系统、公用油、水、气系统、闸门控制系统、励磁系统及直流系统进行有效监视和控制，全站共10套泵组，每个机组设置一套现地控制单元（LCU），全站设置一套公用现地控制单元（LCU）。对系统过程的工艺参数、电气参数和设备运行状态进行监测、控制、联锁和报警以及报表打印，通过使用一系列通讯链，完成整个工艺流程所必需的数据采集，数据通讯，顺序控制，时间控制，回路调节及上位监视和管理作用。

3      系统功能

泵站计算机监控系统主要包括对泵站主、辅机设备的监控，数据采集及处理，事故分析处理，数据显示，数据通信等功能。

泵站控制中心的主控级兼操作员工作站，主要完成泵站的运行自动化及其管理。通过人机接口实现设备运行的实时监测与控制；通过以太网络与各现地控制单元(LCU)进行通信，实时采集现地控制单元的各类数据并直接在LCD显示屏上显示刷新，对各类数据进行归类，存档，生成报表或曲线，并可定时或随机打印。

4      系统特点

?  冗余控制

由于泵站计算机监控系统对安全性的要求比较高，本系统采用LK单机架冗余方案。采用单机架冗余方案中，每套PLC选用一个冗余的机架，两个支持冗余系统的LK210CPU，冗余背板有两个CPU插槽。两个CPU互为热备，当一个CPU出现故障，或与上位组态软件通讯故障时，系统切换到热备的CPU上，CPU切换的时间最短为50ms，保证控制系统的不中断。

除了CPU冗余，基于LK的冗余解决方案还包括了电源冗余、网络冗余以及总线冗余。控制系统为PLC系统提供了冗余的电源系统，一路由交流电源经直流开关电源后为PLC系统供电，一路由直流电源直接供电；控制系统支持网络冗余功能，每个CPU配置了双网卡，具有两个IP段地址，一个IP地址热备防止系统网络故障；同时，LK系统与IO模块的通讯标准配置为冗余的PROFIBUS-DP总线通讯，具体有两种冗余方式：一种配置LK231模块，其中一路正常运行，另一路热备；一种配置LK232总线重复器模块，两路总线同时收发数据，LK232从输入两路中选择一路信号稳定的进行向上或向下发送，实现信号的稳定传输。

基于LK的PLC控制系统，提供了从下到上的完善的冗余解决方案

?  OPC通讯方式

OPC (用于过程控制的OLE)是一个工业标准，管理这个标准国际组织是OPC基金会，OPC基金会现有会员已超过220家。遍布全球，包括世界上所有主要的自动化控制系统、仪器仪表及过程控制系统的公司。

基于微软的OLE (现在的Active X)、COM(部件对象模型)和DCOM(分布式部件对象模型)技术。OPC包括一整套接口、属性和方法的标准集，用于过程控制和制造业自动化系统。

LK支持OPC通讯方式，LK OPCServer通过专有协议与LK进行通讯，通过gateway实现对LK中的数据的读写。与控制系统通常采用的modbus协议相比，通道数较多，通讯数据量的增多对LK OPCServer与LK CPU之间的通讯速率的影响很小。由于很多组态软件不支持变IP地址的冗余系统的切换。采用OPC通讯方式，组态软件作为客户端从LK OPCServer读写数据，冗余系统的切换由OPCServer完成，为用户提供了更多的组态软件的选择。

?  串口通讯

泵站控制系统中有大量的数据是PLC通过串口方式实现与现场智能仪表进行通讯。而大多数的触摸屏也是通过串口与PLC进行通讯的。LK提供了串口通讯模块，支持modbus主从站协议，可以方便的实现与现场仪表及触摸屏的通讯。

?  站间通讯

泵站计算机监控系统中各机组现地控制站间以及与公用机组现地控制单元PLC间实现数据通讯，以实现对全泵站机组的协调控制。LK提供了站间通讯功能，通过站间引用通讯数据功能块方便实现各站之间数据的交换。

5      结束语

泵站计算机监控系统对控制系统的安全性要求非常高，通讯量大，通讯结构复杂。采用和利时LK系列大型PLC冗余系统进行自动控制，大大提高了系统的安全性。由于支持多种通讯协议，能够方便的实现与第三方的设备的通讯，提高工作效率。