浅谈自动化监控系统在水利泵站的应用

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     【摘要】泵站是水利枢纽工程的主要设施,泵站设施为城市防洪排涝和农村引水排灌起到关键作用。随着我国经济建设和科技水平的大力提高,对水利设施和水环境提出了更高的要求。而城市排水泵站也需要进一步提升自动化设施水平,实现泵站自动化监控和集中调度管理。文章主要对泵站的自动化监控系统进行分析探讨！

　　【关键词】泵站；自动化监控系统 　　 　　水利行业是一个历史十分悠久的行业，也是信息十分密集的行业。而采用新技术、新设备对水利工程项目的设备与管理进行现代化改造和智能化建设是历史发展的必然趋势，对社会主义建设和水利行业的发展前景有着深远的意义。水利泵站作为水利系统最基层的工程之一在防洪、保护工农业生产和人民生命财产安全以及环境保护等诸多方面都发挥了巨大的积极作用。为了进一步发挥水利泵站的综合利用效益 ,尽可能减少洪涝灾害的损失，提高调度管理的决策水平，建设水利泵站综合自动化监控信息系统是必不可少的。 　　1.系统构成 　　监控系统包括计算机监控系统、微机保护系统和图像监视控制系统三个部分。 　　计算机监控系统采用分层分布式的开放型结构。监控系统分两层，即集中监控层和现地监控层。LCU控制柜分机组LCU控制柜和公用LCU控制柜， LCU与集中监控层（控制台）的网络连接采用双绞线连接。 　　计算机监控系统各主要设备配置及描述如下： 　　1.1集中监控层 　　1.1.1操作员工作站（计算机主机） 　　两台主机既是系统服务器，又是操作员工作站。工作方式互为热备用，即两台主机的系统同时工作。当主用机发生故障时，备用机的数据库具有对故障系统相同的内容且继续对过程作数据登录，并且对以前登录的数据具有完全的访问权限，一旦主用机恢复正常，就可以自动地进行数据同步，切换过程无扰动。 　　主机功能包括对整个工程计算机监控系统和数据库管理，在线或离线计算功能，各种图表、曲线的生成，事故、故障信号分析处理。运行值守人员通过LED的图形化画面，进行整个工程运行监视、控制和数据库报表管理。 　　1.1.2网络设备 　　集中监控层网络交换机采用进口快速以太网交换机，网络交换速度高达100Mbps，保证数据、图形和语音信息的高速传输。集中监控层与现地级监控层LCU采用双绞线连接，保证信号的可靠传输。 　　网络交换机预留有与上一级信息中心和水利闸（站）群监控中心的联网接口，接口速度100Mbps,接口协议为TCP/IP。 　　1.1.3网络打印机 　　网络打印机选用 A3黑白激光打印机，支持宽幅（A3）高速打印。通过网络共享器实现网络高速共享；打印报警、事故和历史数据操作信息等报表。 　　1.1.4UPS电源设备 　　计算机监控系统、LCU和集中监控层设备的采用集中供电，在中央控制室配置一套6KVA在线式UPS电源装置，电源装置采用进口电池，电池容量按满足30Min备用工作时间配置。 　　1.2现地控制层 　　1.2.1机组LCU控制柜 　　机组LCU现地监控层分别对同步电动机及水泵、励磁装置、防洪闸、清污机、冷却水（供水）系统等的数据采集和控制。控制柜主要由PLC数据采集控制单元组成。机组的温度检测和电量测量由相应的机组微机保护装置中的RTD温度检测模块和电量测量模块来完成。机组LCU的PLC与机组微机保护装置及励磁装置采用Modbus-RTU通讯。 　　现地监控层机组LCU的数据采集和控制采用进口名牌高档型的PLC，要求PLC为模块化结构，支持热插拔，通信和扩充性能好。PLC具有以太网（RJ45）接口能通过双绞线直接连接至网络交换机。 　　1.2.2公用LCU控制柜 　　公用设备LCU主要由公用PLC数据采集控制单元组成。公用温度检测由泵站温度巡检装置测量，电量测量由10KV进线(母线)和站用及励磁用变压器的微机保护装置中的电量测量模块测量，其它由智能电表测量。LCU与微机保护装置及智能电表采用Modbus-RTU通讯。 　　公用LCU现地监控层分别对10KV进线（母线）、站用变和励磁变、以及低压进线、排水系统的数据采集和控制。公用LCU现地监控层PLC数据采集和控制采用的PLC与机组相同。 　　2.系统功能 　　系统的主要目标：接受调度指令，实现整个水利泵站的自动监控。提高水利泵站安全运行和管理水平，改善管理人员的工作条件。 　　2.1集中监控层功能 　　2.1.1运行监视和事件报警 　　定时从LCU采集全站机组、公用设备、线路开关、母线、闸门等生产设备的运行参数和运行状态，更新实时数据库。在LED上显示运行监视图、操作结线图等各种画面，以及趋势曲线，各种一览表、测点索引等，定时刷新画面上的设备状况和运行数据，使运行人员可清晰地监视全站的运行状态、操作状态过程和报警信息。 　　响应LCU确认后上送的模拟量越/复限、开关量状变和监控系统自诊断故障等各种事件，根据预置要求进行语音、音响、简报、事件一览表登录，自动推出相应画面和事故处理提示、画面闪光和变色、打印事故追忆记录等。 　　2.1.2控制和调节 　　（1）运行人员在控制台通过LED向LCU发出各种控制调节命令，监视操作全过程，并可在必要时干预控制操作的执行。操作命令可以包括以下几种：机组启、停；断路器的合、分；辅助设备的启、停等。 　　（2）在操作执行过程中，LED将显示操作各主要阶段进行的过程，命令菜单上当前执行和已完成的步骤将显示不同颜色，某步骤完成后，相应的设备图标将改变图符和颜色，在操作一览表上登录操作结果或失败原因。 　　2.1.3统计报表 　　根据水利泵站提供的基本资料，按照实际需求，系统可以生成实用而齐全的报表系统，同时还能够提供与《泵站八项经济技术指标》考核内容有关的基础数据。总的报表内容主要如下： 　　（1）根据系统提供的基础数据，可生成的对机组的考核内容包括排水能源单耗、排水量、排水成本、单位功率效率、排水效率、安全运行率等数据。 　　（2）根据泵站对机组运行的管理需要，系统相应地设置各机组运行记录表。报表统计包括电动机电量和温度量、水泵流量和扬程、机组的开停机时间等相关内容。管理人员只要输入相应的开始日期、结束日期，就可以查询到该时段的机组运行情况记录。 　　（3）各机组的历史运行记录，可以按年、台、第次分别查询相应的项目。 　　2.1.4通讯功能 　　与各现地监控层LCU的通讯，与上级水利闸（站）群监控中心通讯（预留接口），与上级信息中心通讯（预留接口）。 　　2.1.5人机接口 　　人机接口包括彩色液晶显示器（LED）、键盘、鼠标和打印机，它不但为运行人员提供对整个系统监控的各种手段，而且具有对监控系统在线自诊断，投、退设备功能，其实现的功能有：调画面、一览表、测点索引；趋势显示的设置和启动；模拟量限值的修改等。 　　2.1.6自诊断及冗余管理 　　当计算机系统及各种单元发生故障或发生错误时，自诊断程序能正确地判断出故障内容，能对外部设备和计算机硬件进行自检修，指出故障设备，以便迅速更换。当主服务器故障时，能将控制权自动切换到备用服务器。 　　2.2现地监控层LCU功能 　　2.2.1机组LCU的主要功能 　　（1）数据采集及处理 　　①开关量采集及处理 　　机组LCU按周期扫查全部开入量，进行状态检查，更新数据库，在开关量发生变位时，可以产生事件记录，并根据控制流程进行动作处理或接点复归处理。所有事件记录，流程的执行情况不仅保存于机组LCU，还全部送集中监控层。中断开关量具有中断能力，响应速度快，可按其变位发生时间形成事件记录,会立即中断当前的工作。     ②模拟量采集与处理 　　电气模拟量的采集由相应机组的微机保护装置内的测量模块或多功能电表及相关测量变送器完成。机组的采集参数包括：电流、电压、有功、无功、频率、功率因素、励磁电流电压等电量参数。温度量也采用微机保护装置内的RTD温度模块进行采集，采集对象包括电机定子（或电机定子表面）、轴承和水泵推力轴承、室内外等。根据运行需要，可设置以上模拟量低低限（LL）、低限（L）、高限（H）、高高限（HH）报警值，系统提供越复限报警及处理功能。 　　（2）控制与操作 　　机组LCU可以接受上位机或LCU屏上的输入命令，执行相应操作。机组LCU通过其输出继电器的接点去动作现场设备，单接点形式的输出点共90多点，分别作用于各种管路的电磁阀、线路的断路器和电动机等现地设备输入点。 　　（3）诊断功能 　　机组LCU具有对本身的硬件及各控制单元进行全面的保护性自我检验功能，并根据检验结果采取相应的保护性措施，防止出现不良结果。LCU同时向主机报告诊断的结果，根据自诊断记录，值班维护人员可以了解LCU装置工作是否良好，指导处理异常情况。 　　（4）通信功能 　　机组LCU与集中监控层的通信。通过以太网实现，通信的主要内容有： 　　将LCU采集到的各种信息、正在执行的控制操作、内部自诊断结果即时送上主机。接受主机的控制命令等。 　　2.2.2公用LCU主要功能 　　公用LCU与机组LCU的控制结构及设备相同，因此，其数据采集与处理，控制与操作，自诊断，通信等方面的基本功能，与机组LCU大致相同。 　　3.系统主要软件 　　本工程计算机监控系统软件流程示意图如下： 　　计算机监控系统软件流程示意图 　　3.1操作系统 　　操作系统采用MicroSoft中文NT操作系统。Window NT Server 中文版操作系统是实时多任务，功能强大，多用途的网络操作系统。 　　3.2监控软件 　　系统监控软件采用商业化的进口名牌公司的工业组态软件软件，系统基于MicroSoft Windows NT或MicroSoft Windows 2000平台，有良好的兼容性、准确性和可靠性。监控子系统软件可在Fix、Cimpicity、Intouch、FactoryLink、WinCC监控软件中选择。 　　进口名牌公司的工业控制系统软件应是完全开放的系统，支持各种软件工业标准如：DDE，OLE，ACTIVE X，ODBC，TCP/IP，OPC等，作为共享的基础。并提供一组进行二次开发的工具和手段，以便生成完全满足要求的监控系统。充分采用客户/服务器体系结构，使监控系统能够提供数据在网络上的全面集成和共享，提高性能，降低成本。系统监控软件除了提供一组包括实时/历史趋势、报警、画面编辑、报表、关系数据库直接组态登录的基本功能以外，还有SPC，服务器冗余，RECIPE，TRACK，WEB GATEWAY，PAGER，历史数据分析，多种PLC/DCS通讯驱动程序等多种可选项。 　　上位机监控软件采用当前最先进的技术、系统的配置和画面的组态具有方便性，而且系统的体系结构完全灵活的和开放的，它运行在Windows NT/95/98工作平台,通过策略和画面组态在上位机上实现对工业控制系统的监测与控制,具有动态画面、事件触发、报警、趋势、 报表输出、历史数据存储等功能，能体现良好的通用性，灵活性，开放性，可靠性和性能价格比，软件已经提供中文操作模式，能够组态中文显示画面。系统采用了图形用户界面(GUI)为操作人员和系统开发人员提供监控环境，在这个环境中可以实现数据采集、数据处理、状态监视、远程控制、报警、趋势、数据登录和生成报表等基本功能。 　　3.3数据库 　　计算机监控系统采用MicroSoft SQL数据库管理系统,用于数据库管理。 　　4.结束语 　　上文的泵站自动化工程的完成，实现了“无人值班，少人值守”的目的。操作人员只需通过视频实时监控，就能准确得知现场的水位情况，并通过计算机及时控制防洪闸及排水泵的开关，极大地优化了泵站运行的运行和管理，改善了操作人员的工作条件。 　　 　　【参考文献】 　　［１］徐跃增,黄莉.基于多智能体的水闸泵站综合自动化系统[J].水利水电科技进展,2009,(03).  　　［２］高杏根.自动监控系统在河道水闸防洪排涝中的应用[J].水利水文自动化,2009,(01). 　　［３］周荻莎.深圳市泵站水闸自动化监控系统的应用[J].东北水利水电,2009,(04)．  　　［４］陈俊杰,张勤玲.计算机监控系统在水闸运行中的应用[J].河南水利与南水北调,2009,(12)． 　　［５］毛梅君.小水电自动化监控系统的应用实例分析[J].浙江水利科技,2006,(06)．