张家口发电厂水源地井群无线集中监控系统

张家口发电厂水源地井群无线集中监控系统 北京大唐张家口发电厂 （河北张家口 075133） 摘要 本文以张家口电厂的水源地两次远控改造为例，阐述SCADA在此领域的应用和发展状况。 Based on the twice waterhead reconstruct of Zhangjiakou power plant ,this paper introduces the application and development of SCADA in this area. 关键词 SCADA APN RTU DTU

一、概述

张家口发电厂为北京最主力供电厂，全厂8台300MW机组。其水源地一、二期工程共26口井，分别于1989年、2000年投入运行，提供8台机组发电用水及消防、生产和全厂职工生活等用水。水源地供水系统设备能否正常运转是直接关系到全厂安全发供电以及全厂职工生活保障的大问题。能够进行可靠的启停控制及各种参数的及时准确反馈是确保供水设备安全稳定运行的重要保证。水源地井位启停控制及电流反馈设备均是80年代初技术及产品，部分为电缆控制，系统结构很多环节都存在着很多问题。再加上设备本身质量差、绝缘强度低，所以导致多次发生电气事故，存在的主要问题如下： (一)水源地各井位具有地理上分散、空间远距离，现有20口井位控制系统采用长距离架空电缆远方控制，最长的控制电缆约5.05公里，由于电缆距离长加上风吹日晒，控制电缆的老化状况极为严重。由于电缆绝缘老化，以至于启一台泵，多台水泵联启，停一台泵多台水泵联掉。由于二次电缆线路沿途经过的地面情况复杂，经常遭受雷击损坏，导致深井泵控制失灵。 (二)目前由于控制电缆绝缘损坏严重，已经没有备用通道，重新敷设控制电缆费用较高。而且现还有6口井不能实现远方控制，需运行人员到就地进行启停操作，故障时经常造成越级跳闸，严重影响机组安全运行。 (三)掉泵及泵电机运行出故障不知道，改造后提高了对此的响应速度。 (四)现对井位的各种运行参数除电流外其他都无法监视，设备改造后，将对井位电机电流、电压、温度、压力以及流量等运行情况进行监视。 (五)中心泵房处机电设备（10KV段，380V段，各升压泵出口电动阀）尚无监控，改造后此部分一起并入总的监控系统。 (六)厂区对水源地处设备运行状况了解方式传统落后（通过电话询问方式），改造后厂区联网计算机均可查询水源地处设备运行状况。 二、改造方案

(一)简介 水源地井群监控系统采用北京大唐兴业国际控制技术有限公司的DT-MCS远程测控系统，该系统为集传感技术、自动化控制技术、无线通信技术、网络技术为一体的高科技远程测控系统。该系统能够成功的解决人工远程启动停止水源井水泵的不便与危险，同时大大地提高了测量精度，使运行人员在中心泵房通过计算机可随时直观地监视和控制水源地各井位泵运行状况。从根本上解决了运行人员工作多年的问题——掉泵不知道，变压器被盗无报警；另外，通过水源地到生产厂区的光纤电缆的铺设，可将水源地各井位运行参数传输到厂区网控中心，网控人员视情况，通过权限的设置，可对水源地各井位进行控制，提高水源井整个系统的自动化运行管理水平。 (二)系统结构、工作原理及实现功能 1. 系统结构

水源地中心泵房为本系统的控制中心，由工控机、系统监控软件、网络接入设备共同构成中心主站，水源地各井位泵房为分站，中心泵房统领各分站，通过中国移动的无线数据传输设备，实现点到多点的通讯，从而最终实现对各井位泵的远程集中监视和控制。 结构示意图： 2. 系统工作原理 在水源地各个井位安装一台远方遥控箱，控制箱内核心设备为RTU(Remote Terminal Unit)、DTU(Data Transmit Unit),RTU采集现场设备信息， DTU将此信息从控制箱经移动公网及互联网，最终传至泵房监控服务器，服务器将获得的信息进行存储，分析，转发，输出等动作。正常的系统操作在泵房的客户端和网控的客户端。 3.系统的数据中心网络接入方式 数据中心部分的网络接入方式的选取在整个无线超远程测控系统的实施过程中占尤为重要的一环，选好则将事半功倍。 1） 一期的网络接入方式（一期仅上了3个泵站） 针对一期无光缆接入计划，而泵房又无直拨外线（接入直拨外线要由网通拉几公里的电话线），经协商我们采用了中国移动 GPRS APN 业务。如下图

实际的物理链路简化为右图 APN(Access Point Name)，即“接入点名称”，是用来标识GPRS的业务种类。本系统中每个无线设备均内插一张APN无线上网卡，这样每套含卡的设备在移动公网内均有一固定IP地址。因具有相同接入点名称的卡其IP在同一网段下，由此，数据中心对各下位站点便可实现点到多点的串口透明访问了。 采用此方式后系统解决了数据中心有线网络接不入的问题，使水源地系统在中国移动公网内自成一个小型局域网，内网自身出不去，外网进不来，保证了系统的内外隔绝，保证了数据的安全与系统的稳定。 2） 二期网络接入方式 我厂水源地二期改造网络接入方式为光缆接入。

RTURTURTU

串口RS232RS232RS232

现场参量现场参量现场参量 中心泵房监控服务器

现场控制箱中国移动无线公网GPRSGPRSGPRS计算中心

交换机远方操作站

固定IP操作员站交换机光缆

单模两芯光缆

厂 区水源地现场

中心泵房说明：1.图中箭头为数据方向

2.软件为B/S结构

双绞线双绞线485/232 泵房控制柜泵房机电参数（各段电流电压 开关状态 电动阀开关状态等）防火墙,端口映射各泵房机电参数

B/S

光缆加固定IP保证了数据中心的带宽，因加了硬件防火墙且屏蔽了无用端口，同样保证了系统数据的安全与稳定。 4.现场硬件部分 本系统现场分为两类：远方各井位和中心泵房处 1) 远方各井位 远方每口井位都放一远程控制箱,结合系统功能，其内核心设备为RTU和DTU. 现场控制器RTU 现场控制器RTU是系统最核心的硬件，它的优劣直接决定着系统品质的高低。本系统所采用的RTU北京大唐控制产的DT-M104，它是一微机监控、保护单元，是针对高低压电力监控保护、配网监控保护、用电监控保护；化工、油田集转油站、水源井、扬水泵站远程控制等存在众多三相用电的场合而专门开发的一种专门适用于三相交流电监控、保护的测控、保护单元。 DT-M104功能特点  三表法测量准确测量三相交流电压、电流、有功、无功、频率、功率因数、零序电流、零序电压等电参量，快速数据刷新速度100次/S。测量数据刷新25次/S,也可以接成两表法使用，两表法下无法进行负序保护 。  具有4路独立的开关量输出，可以作为遥控、跳闸或者告警。  6路开关量输入，也可以作为脉冲量输入。  4路隔离直流采样,可以接各种变送器；  2路RS232/RS485通信接口，支持MODBUS规约。  FFT算法，可计算1－7次谐波。  三相异步电动机的过电流保护、不平衡（负序过流）保护、接地（零序过流）保护、启动时间过长保护、堵转保护、反时限过负荷（热过载）保护、欠电压保护、过电压保护、故障范围判别等。  线路三段过流速断保护，反时限速断保护，自动重合闸可以通过正序和负序电流的计算，了解当前电动机是正转还是反转，防止电网事故导致相序错误而导致的电动机烧毁。 2) 数据通信设备GPRS DTU 系统DTU选择为北京计算中心的MD600G,它是一款超高性能、超稳定、适用于在气候条件恶劣的地区使用、配备完善本地和远程调试功能的GPRS DTU产品。提供单独的RS232配置/本地调试串口及标准RS232/485数据接口，与用户设备即插即用；硬件设计符合电工电子产品低温GB/T2423.1、高温GB/T2423.2的要求，MD600G可以快速连接RTU、PLC、工控机等设备，实现串口到Internet远程数据透明传输。 DTU具体的配置工作如下： a.配置接入点名称(APN方式) b.配置数据中心 c.配置数据中心端口 d.配置传输协议 e.配置串口相关信息（波特率，起始停止位数，校验位，流控等） 3）井位硬件回路配合 泵主回路示意图

2)泵控制回路快速熔断器SMC 软启动器M

380V ACABC 现场控制器RTU数字输出端子接井位就地控制柜内控制回路（继电器常开点并联在就地控制柜内启动按钮上，继电器常闭点串联在就地控制柜内停止按钮上——保证原系统功能不受影响），控制器模拟输入接三相电压、三相电流，泵温度、等相关信号参量，由无线收发设备通过中国移动无线公网将采集井位信息传至中心泵房控制中心主站. 5.中心泵房处机电设备监控 中心泵房处有10KV段，380V段，蓄水池2个，升压泵6台，电动门，联络门若干，监控参量包括电压，电流，流量，压力，液位，设备的启停，故障等。 设备选型 结合本部分的功能需求，系统最终选择了北京易控微网的不同侧重的RTU(均有232口和485口),具体如下： STC101：8DI,8DO,8AI STC101：16DI STC102：16DO STC103：16AI STC201：3U,3AI,3DO,6DI

380V段电压电流及开关状态的接入： STC201， STC102， STC103 10KV电压及开关量的接入： STC201(3U,3I,3DO,6DI) 电动门，联络门： STC101， STC102 压力流量液位等4——20mA接入： STC-1