淺談自動化監(jiān)控系統(tǒng)在水利泵站的應(yīng)用

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     【摘要】泵站是水利樞紐工程的主要設(shè)施,泵站設(shè)施為城市防洪排澇和農(nóng)村引水排灌起到關(guān)鍵作用。隨著我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)和科技水平的大力提高,對水利設(shè)施和水環(huán)境提出了更高的要求。而城市排水泵站也需要進(jìn)一步提升自動化設(shè)施水平,實現(xiàn)泵站自動化監(jiān)控和集中調(diào)度管理。文章主要對泵站的自動化監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行分析探討！

　　【關(guān)鍵詞】泵站；自動化監(jiān)控系統(tǒng) 　　 　　水利行業(yè)是一個歷史十分悠久的行業(yè)，也是信息十分密集的行業(yè)。而采用新技術(shù)、新設(shè)備對水利工程項目的設(shè)備與管理進(jìn)行現(xiàn)代化改造和智能化建設(shè)是歷史發(fā)展的必然趨勢，對社會主義建設(shè)和水利行業(yè)的發(fā)展前景有著深遠(yuǎn)的意義。水利泵站作為水利系統(tǒng)最基層的工程之一在防洪、保護(hù)工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人民生命財產(chǎn)安全以及環(huán)境保護(hù)等諸多方面都發(fā)揮了巨大的積極作用。為了進(jìn)一步發(fā)揮水利泵站的綜合利用效益 ,盡可能減少洪澇災(zāi)害的損失，提高調(diào)度管理的決策水平，建設(shè)水利泵站綜合自動化監(jiān)控信息系統(tǒng)是必不可少的。 　　1.系統(tǒng)構(gòu)成 　　監(jiān)控系統(tǒng)包括計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)、微機(jī)保護(hù)系統(tǒng)和圖像監(jiān)視控制系統(tǒng)三個部分。 　　計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)采用分層分布式的開放型結(jié)構(gòu)。監(jiān)控系統(tǒng)分兩層，即集中監(jiān)控層和現(xiàn)地監(jiān)控層。LCU控制柜分機(jī)組LCU控制柜和公用LCU控制柜， LCU與集中監(jiān)控層（控制臺）的網(wǎng)絡(luò)連接采用雙絞線連接。 　　計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)各主要設(shè)備配置及描述如下： 　　1.1集中監(jiān)控層 　　1.1.1操作員工作站（計算機(jī)主機(jī)） 　　兩臺主機(jī)既是系統(tǒng)服務(wù)器，又是操作員工作站。工作方式互為熱備用，即兩臺主機(jī)的系統(tǒng)同時工作。當(dāng)主用機(jī)發(fā)生故障時，備用機(jī)的數(shù)據(jù)庫具有對故障系統(tǒng)相同的內(nèi)容且繼續(xù)對過程作數(shù)據(jù)登錄，并且對以前登錄的數(shù)據(jù)具有完全的訪問權(quán)限，一旦主用機(jī)恢復(fù)正常，就可以自動地進(jìn)行數(shù)據(jù)同步，切換過程無擾動。 　　主機(jī)功能包括對整個工程計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫管理，在線或離線計算功能，各種圖表、曲線的生成，事故、故障信號分析處理。運(yùn)行值守人員通過LED的圖形化畫面，進(jìn)行整個工程運(yùn)行監(jiān)視、控制和數(shù)據(jù)庫報表管理。 　　1.1.2網(wǎng)絡(luò)設(shè)備 　　集中監(jiān)控層網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)采用進(jìn)口快速以太網(wǎng)交換機(jī)，網(wǎng)絡(luò)交換速度高達(dá)100Mbps，保證數(shù)據(jù)、圖形和語音信息的高速傳輸。集中監(jiān)控層與現(xiàn)地級監(jiān)控層LCU采用雙絞線連接，保證信號的可靠傳輸。 　　網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)預(yù)留有與上一級信息中心和水利閘（站）群監(jiān)控中心的聯(lián)網(wǎng)接口，接口速度100Mbps,接口協(xié)議為TCP/IP。 　　1.1.3網(wǎng)絡(luò)打印機(jī) 　　網(wǎng)絡(luò)打印機(jī)選用 A3黑白激光打印機(jī)，支持寬幅（A3）高速打印。通過網(wǎng)絡(luò)共享器實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)高速共享；打印報警、事故和歷史數(shù)據(jù)操作信息等報表。 　　1.1.4UPS電源設(shè)備 　　計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)、LCU和集中監(jiān)控層設(shè)備的采用集中供電，在中央控制室配置一套6KVA在線式UPS電源裝置，電源裝置采用進(jìn)口電池，電池容量按滿足30Min備用工作時間配置。 　　1.2現(xiàn)地控制層 　　1.2.1機(jī)組LCU控制柜 　　機(jī)組LCU現(xiàn)地監(jiān)控層分別對同步電動機(jī)及水泵、勵磁裝置、防洪閘、清污機(jī)、冷卻水（供水）系統(tǒng)等的數(shù)據(jù)采集和控制?？刂乒裰饕蒔LC數(shù)據(jù)采集控制單元組成。機(jī)組的溫度檢測和電量測量由相應(yīng)的機(jī)組微機(jī)保護(hù)裝置中的RTD溫度檢測模塊和電量測量模塊來完成。機(jī)組LCU的PLC與機(jī)組微機(jī)保護(hù)裝置及勵磁裝置采用Modbus-RTU通訊。 　　現(xiàn)地監(jiān)控層機(jī)組LCU的數(shù)據(jù)采集和控制采用進(jìn)口名牌高檔型的PLC，要求PLC為模塊化結(jié)構(gòu)，支持熱插拔，通信和擴(kuò)充性能好。PLC具有以太網(wǎng)（RJ45）接口能通過雙絞線直接連接至網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)。 　　1.2.2公用LCU控制柜 　　公用設(shè)備LCU主要由公用PLC數(shù)據(jù)采集控制單元組成。公用溫度檢測由泵站溫度巡檢裝置測量，電量測量由10KV進(jìn)線(母線)和站用及勵磁用變壓器的微機(jī)保護(hù)裝置中的電量測量模塊測量，其它由智能電表測量。LCU與微機(jī)保護(hù)裝置及智能電表采用Modbus-RTU通訊。 　　公用LCU現(xiàn)地監(jiān)控層分別對10KV進(jìn)線（母線）、站用變和勵磁變、以及低壓進(jìn)線、排水系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集和控制。公用LCU現(xiàn)地監(jiān)控層PLC數(shù)據(jù)采集和控制采用的PLC與機(jī)組相同。 　　2.系統(tǒng)功能 　　系統(tǒng)的主要目標(biāo)：接受調(diào)度指令，實現(xiàn)整個水利泵站的自動監(jiān)控。提高水利泵站安全運(yùn)行和管理水平，改善管理人員的工作條件。 　　2.1集中監(jiān)控層功能 　　2.1.1運(yùn)行監(jiān)視和事件報警 　　定時從LCU采集全站機(jī)組、公用設(shè)備、線路開關(guān)、母線、閘門等生產(chǎn)設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)和運(yùn)行狀態(tài)，更新實時數(shù)據(jù)庫。在LED上顯示運(yùn)行監(jiān)視圖、操作結(jié)線圖等各種畫面，以及趨勢曲線，各種一覽表、測點索引等，定時刷新畫面上的設(shè)備狀況和運(yùn)行數(shù)據(jù)，使運(yùn)行人員可清晰地監(jiān)視全站的運(yùn)行狀態(tài)、操作狀態(tài)過程和報警信息。 　　響應(yīng)LCU確認(rèn)后上送的模擬量越/復(fù)限、開關(guān)量狀變和監(jiān)控系統(tǒng)自診斷故障等各種事件，根據(jù)預(yù)置要求進(jìn)行語音、音響、簡報、事件一覽表登錄，自動推出相應(yīng)畫面和事故處理提示、畫面閃光和變色、打印事故追憶記錄等。 　　2.1.2控制和調(diào)節(jié) 　　（1）運(yùn)行人員在控制臺通過LED向LCU發(fā)出各種控制調(diào)節(jié)命令，監(jiān)視操作全過程，并可在必要時干預(yù)控制操作的執(zhí)行。操作命令可以包括以下幾種：機(jī)組啟、停；斷路器的合、分；輔助設(shè)備的啟、停等。 　?。?）在操作執(zhí)行過程中，LED將顯示操作各主要階段進(jìn)行的過程，命令菜單上當(dāng)前執(zhí)行和已完成的步驟將顯示不同顏色，某步驟完成后，相應(yīng)的設(shè)備圖標(biāo)將改變圖符和顏色，在操作一覽表上登錄操作結(jié)果或失敗原因。 　　2.1.3統(tǒng)計報表 　　根據(jù)水利泵站提供的基本資料，按照實際需求，系統(tǒng)可以生成實用而齊全的報表系統(tǒng)，同時還能夠提供與《泵站八項經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)》考核內(nèi)容有關(guān)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。總的報表內(nèi)容主要如下： 　?。?）根據(jù)系統(tǒng)提供的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，可生成的對機(jī)組的考核內(nèi)容包括排水能源單耗、排水量、排水成本、單位功率效率、排水效率、安全運(yùn)行率等數(shù)據(jù)。 　?。?）根據(jù)泵站對機(jī)組運(yùn)行的管理需要，系統(tǒng)相應(yīng)地設(shè)置各機(jī)組運(yùn)行記錄表。報表統(tǒng)計包括電動機(jī)電量和溫度量、水泵流量和揚(yáng)程、機(jī)組的開停機(jī)時間等相關(guān)內(nèi)容。管理人員只要輸入相應(yīng)的開始日期、結(jié)束日期，就可以查詢到該時段的機(jī)組運(yùn)行情況記錄。 　?。?）各機(jī)組的歷史運(yùn)行記錄，可以按年、臺、第次分別查詢相應(yīng)的項目。 　　2.1.4通訊功能 　　與各現(xiàn)地監(jiān)控層LCU的通訊，與上級水利閘（站）群監(jiān)控中心通訊（預(yù)留接口），與上級信息中心通訊（預(yù)留接口）。 　　2.1.5人機(jī)接口 　　人機(jī)接口包括彩色液晶顯示器（LED）、鍵盤、鼠標(biāo)和打印機(jī)，它不但為運(yùn)行人員提供對整個系統(tǒng)監(jiān)控的各種手段，而且具有對監(jiān)控系統(tǒng)在線自診斷，投、退設(shè)備功能，其實現(xiàn)的功能有：調(diào)畫面、一覽表、測點索引；趨勢顯示的設(shè)置和啟動；模擬量限值的修改等。 　　2.1.6自診斷及冗余管理 　　當(dāng)計算機(jī)系統(tǒng)及各種單元發(fā)生故障或發(fā)生錯誤時，自診斷程序能正確地判斷出故障內(nèi)容，能對外部設(shè)備和計算機(jī)硬件進(jìn)行自檢修，指出故障設(shè)備，以便迅速更換。當(dāng)主服務(wù)器故障時，能將控制權(quán)自動切換到備用服務(wù)器。 　　2.2現(xiàn)地監(jiān)控層LCU功能 　　2.2.1機(jī)組LCU的主要功能 　　（1）數(shù)據(jù)采集及處理 　?、匍_關(guān)量采集及處理 　　機(jī)組LCU按周期掃查全部開入量，進(jìn)行狀態(tài)檢查，更新數(shù)據(jù)庫，在開關(guān)量發(fā)生變位時，可以產(chǎn)生事件記錄，并根據(jù)控制流程進(jìn)行動作處理或接點復(fù)歸處理。所有事件記錄，流程的執(zhí)行情況不僅保存于機(jī)組LCU，還全部送集中監(jiān)控層。中斷開關(guān)量具有中斷能力，響應(yīng)速度快，可按其變位發(fā)生時間形成事件記錄,會立即中斷當(dāng)前的工作。     ②模擬量采集與處理 　　電氣模擬量的采集由相應(yīng)機(jī)組的微機(jī)保護(hù)裝置內(nèi)的測量模塊或多功能電表及相關(guān)測量變送器完成。機(jī)組的采集參數(shù)包括：電流、電壓、有功、無功、頻率、功率因素、勵磁電流電壓等電量參數(shù)。溫度量也采用微機(jī)保護(hù)裝置內(nèi)的RTD溫度模塊進(jìn)行采集，采集對象包括電機(jī)定子（或電機(jī)定子表面）、軸承和水泵推力軸承、室內(nèi)外等。根據(jù)運(yùn)行需要，可設(shè)置以上模擬量低低限（LL）、低限（L）、高限（H）、高高限（HH）報警值，系統(tǒng)提供越復(fù)限報警及處理功能。 　?。?）控制與操作 　　機(jī)組LCU可以接受上位機(jī)或LCU屏上的輸入命令，執(zhí)行相應(yīng)操作。機(jī)組LCU通過其輸出繼電器的接點去動作現(xiàn)場設(shè)備，單接點形式的輸出點共90多點，分別作用于各種管路的電磁閥、線路的斷路器和電動機(jī)等現(xiàn)地設(shè)備輸入點。 　?。?）診斷功能 　　機(jī)組LCU具有對本身的硬件及各控制單元進(jìn)行全面的保護(hù)性自我檢驗功能，并根據(jù)檢驗結(jié)果采取相應(yīng)的保護(hù)性措施，防止出現(xiàn)不良結(jié)果。LCU同時向主機(jī)報告診斷的結(jié)果，根據(jù)自診斷記錄，值班維護(hù)人員可以了解LCU裝置工作是否良好，指導(dǎo)處理異常情況。 　?。?）通信功能 　　機(jī)組LCU與集中監(jiān)控層的通信。通過以太網(wǎng)實現(xiàn)，通信的主要內(nèi)容有： 　　將LCU采集到的各種信息、正在執(zhí)行的控制操作、內(nèi)部自診斷結(jié)果即時送上主機(jī)。接受主機(jī)的控制命令等。 　　2.2.2公用LCU主要功能 　　公用LCU與機(jī)組LCU的控制結(jié)構(gòu)及設(shè)備相同，因此，其數(shù)據(jù)采集與處理，控制與操作，自診斷，通信等方面的基本功能，與機(jī)組LCU大致相同。 　　3.系統(tǒng)主要軟件 　　本工程計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)軟件流程示意圖如下： 　　計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)軟件流程示意圖 　　3.1操作系統(tǒng) 　　操作系統(tǒng)采用MicroSoft中文NT操作系統(tǒng)。Window NT Server 中文版操作系統(tǒng)是實時多任務(wù)，功能強(qiáng)大，多用途的網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)。 　　3.2監(jiān)控軟件 　　系統(tǒng)監(jiān)控軟件采用商業(yè)化的進(jìn)口名牌公司的工業(yè)組態(tài)軟件軟件，系統(tǒng)基于MicroSoft Windows NT或MicroSoft Windows 2000平臺，有良好的兼容性、準(zhǔn)確性和可靠性。監(jiān)控子系統(tǒng)軟件可在Fix、Cimpicity、Intouch、FactoryLink、WinCC監(jiān)控軟件中選擇。 　　進(jìn)口名牌公司的工業(yè)控制系統(tǒng)軟件應(yīng)是完全開放的系統(tǒng)，支持各種軟件工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)如：DDE，OLE，ACTIVE X，ODBC，TCP/IP，OPC等，作為共享的基礎(chǔ)。并提供一組進(jìn)行二次開發(fā)的工具和手段，以便生成完全滿足要求的監(jiān)控系統(tǒng)。充分采用客戶/服務(wù)器體系結(jié)構(gòu)，使監(jiān)控系統(tǒng)能夠提供數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)上的全面集成和共享，提高性能，降低成本。系統(tǒng)監(jiān)控軟件除了提供一組包括實時/歷史趨勢、報警、畫面編輯、報表、關(guān)系數(shù)據(jù)庫直接組態(tài)登錄的基本功能以外，還有SPC，服務(wù)器冗余，RECIPE，TRACK，WEB GATEWAY，PAGER，歷史數(shù)據(jù)分析，多種PLC/DCS通訊驅(qū)動程序等多種可選項。 　　上位機(jī)監(jiān)控軟件采用當(dāng)前最先進(jìn)的技術(shù)、系統(tǒng)的配置和畫面的組態(tài)具有方便性，而且系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)完全靈活的和開放的，它運(yùn)行在Windows NT/95/98工作平臺,通過策略和畫面組態(tài)在上位機(jī)上實現(xiàn)對工業(yè)控制系統(tǒng)的監(jiān)測與控制,具有動態(tài)畫面、事件觸發(fā)、報警、趨勢、 報表輸出、歷史數(shù)據(jù)存儲等功能，能體現(xiàn)良好的通用性，靈活性，開放性，可靠性和性能價格比，軟件已經(jīng)提供中文操作模式，能夠組態(tài)中文顯示畫面。系統(tǒng)采用了圖形用戶界面(GUI)為操作人員和系統(tǒng)開發(fā)人員提供監(jiān)控環(huán)境，在這個環(huán)境中可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、狀態(tài)監(jiān)視、遠(yuǎn)程控制、報警、趨勢、數(shù)據(jù)登錄和生成報表等基本功能。 　　3.3數(shù)據(jù)庫 　　計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)采用MicroSoft SQL數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng),用于數(shù)據(jù)庫管理。 　　4.結(jié)束語 　　上文的泵站自動化工程的完成，實現(xiàn)了“無人值班，少人值守”的目的。操作人員只需通過視頻實時監(jiān)控，就能準(zhǔn)確得知現(xiàn)場的水位情況，并通過計算機(jī)及時控制防洪閘及排水泵的開關(guān)，極大地優(yōu)化了泵站運(yùn)行的運(yùn)行和管理，改善了操作人員的工作條件。 　　 　　【參考文獻(xiàn)】 　?。郏保菪燔S增,黃莉.基于多智能體的水閘泵站綜合自動化系統(tǒng)[J].水利水電科技進(jìn)展,2009,(03).  　?。郏玻莞咝痈?自動監(jiān)控系統(tǒng)在河道水閘防洪排澇中的應(yīng)用[J].水利水文自動化,2009,(01). 　　［３］周荻莎.深圳市泵站水閘自動化監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用[J].東北水利水電,2009,(04)．  　?。郏矗蓐惪〗?張勤玲.計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)在水閘運(yùn)行中的應(yīng)用[J].河南水利與南水北調(diào),2009,(12)． 　　［５］毛梅君.小水電自動化監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用實例分析[J].浙江水利科技,2006,(06)．