淺談自動化監(jiān)控系統(tǒng)在水利泵站的應用

申請免費試用、咨詢電話：400-8352-114

     【摘要】泵站是水利樞紐工程的主要設施,泵站設施為城市防洪排澇和農村引水排灌起到關鍵作用。隨著我國經濟建設和科技水平的大力提高,對水利設施和水環(huán)境提出了更高的要求。而城市排水泵站也需要進一步提升自動化設施水平,實現(xiàn)泵站自動化監(jiān)控和集中調度管理。文章主要對泵站的自動化監(jiān)控系統(tǒng)進行分析探討！

　　【關鍵詞】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、新設備對水利工程項目的設備與管理進行現(xiàn)代化改造和智能化建設是歷史發(fā)展的必然趨勢，對社會主義建設和水利行業(yè)的發(fā)展前景有著深遠的意義。水利泵站作為水利系統(tǒng)最基層的工程之一在防洪、保護工農業(yè)生產和人民生命財產安全以及環(huán)境保護等諸多方面都發(fā)揮了巨大的積極作用。為了進一步發(fā)揮水利泵站的綜合利用效益 ,盡可能減少洪澇災害的損失，提高調度管理的決策水平，建設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)構成 　　監(jiān)控系統(tǒng)包括計算機監(jiān)控系統(tǒng)、微機保護系統(tǒng)和圖像監(jiān)視控制系統(tǒng)三個部分。 　　計算機監(jiān)控系統(tǒng)采用分層分布式的開放型結構。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）的網絡連接采用雙絞線連接。 　　計算機監(jiān)控系統(tǒng)各主要設備配置及描述如下： 　　1.1集中監(jiān)控層 　　1.1.1操作員工作站（計算機主機） 　　兩臺主機既是系統(tǒng)服務器，又是操作員工作站。工作方式互為熱備用，即兩臺主機的系統(tǒng)同時工作。當主用機發(fā)生故障時，備用機的數(shù)據庫具有對故障系統(tǒng)相同的內容且繼續(xù)對過程作數(shù)據登錄，并且對以前登錄的數(shù)據具有完全的訪問權限，一旦主用機恢復正常，就可以自動地進行數(shù)據同步，切換過程無擾動。 　　主機功能包括對整個工程計算機監(jiān)控系統(tǒng)和數(shù)據庫管理，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。運行值守人員通過LED的圖形化畫面，進行整個工程運行監(jiān)視、控制和數(shù)據庫報表管理。 　　1.1.2網絡設備 　　集中監(jiān)控層網絡交換機采用進口快速以太網交換機，網絡交換速度高達100Mbps，保證數(shù)據、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。 　　網絡交換機預留有與上一級信息中心和水利閘（站）群監(jiān)控中心的聯(lián)網接口，接口速度100Mbps,接口協(xié)議為TCP/IP。 　　1.1.3網絡打印機 　　網絡打印機選用 A3黑白激光打印機，支持寬幅（A3）高速打印。通過網絡共享器實現(xiàn)網絡高速共享；打印報警、事故和歷史數(shù)據操作信息等報表。 　　1.1.4UPS電源設備 　　計算機監(jiān)控系統(tǒng)、LCU和集中監(jiān)控層設備的采用集中供電，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機組LCU控制柜 　　機組LCU現(xiàn)地監(jiān)控層分別對同步電動機及水泵、勵磁裝置、防洪閘、清污機、冷卻水（供水）系統(tǒng)等的數(shù)據采集和控制?？刂乒裰饕蒔LC數(shù)據采集控制單元組成。機組的溫度檢測和電量測量由相應的機組微機保護裝置中的RTD溫度檢測模塊和電量測量模塊來完成。機組LCU的PLC與機組微機保護裝置及勵磁裝置采用Modbus-RTU通訊。 　　現(xiàn)地監(jiān)控層機組LCU的數(shù)據采集和控制采用進口名牌高檔型的PLC，要求PLC為模塊化結構，支持熱插拔，通信和擴充性能好。PLC具有以太網（RJ45）接口能通過雙絞線直接連接至網絡交換機。 　　1.2.2公用LCU控制柜 　　公用設備LCU主要由公用PLC數(shù)據采集控制單元組成。公用溫度檢測由泵站溫度巡檢裝置測量，電量測量由10KV進線(母線)和站用及勵磁用變壓器的微機保護裝置中的電量測量模塊測量，其它由智能電表測量。LCU與微機保護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進線（母線）、站用變和勵磁變、以及低壓進線、排水系統(tǒng)的數(shù)據采集和控制。公用LCU現(xiàn)地監(jiān)控層PLC數(shù)據采集和控制采用的PLC與機組相同。 　　2.系統(tǒng)功能 　　系統(tǒng)的主要目標：接受調度指令，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運行監(jiān)視和事件報警 　　定時從LCU采集全站機組、公用設備、線路開關、母線、閘門等生產設備的運行參數(shù)和運行狀態(tài)，更新實時數(shù)據庫。在LED上顯示運行監(jiān)視圖、操作結線圖等各種畫面，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備狀況和運行數(shù)據，使運行人員可清晰地監(jiān)視全站的運行狀態(tài)、操作狀態(tài)過程和報警信息。 　　響應LCU確認后上送的模擬量越/復限、開關量狀變和監(jiān)控系統(tǒng)自診斷故障等各種事件，根據預置要求進行語音、音響、簡報、事件一覽表登錄，自動推出相應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控制和調節(jié) 　?。?）運行人員在控制臺通過LED向LCU發(fā)出各種控制調節(jié)命令，監(jiān)視操作全過程，并可在必要時干預控制操作的執(zhí)行。操作命令可以包括以下幾種：機組啟、停；斷路器的合、分；輔助設備的啟、停等。 　?。?）在操作執(zhí)行過程中，LED將顯示操作各主要階段進行的過程，命令菜單上當前執(zhí)行和已完成的步驟將顯示不同顏色，某步驟完成后，相應的設備圖標將改變圖符和顏色，在操作一覽表上登錄操作結果或失敗原因。 　　2.1.3統(tǒng)計報表 　　根據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《泵站八項經濟技術指標》考核內容有關的基礎數(shù)據?？偟膱蟊韮热葜饕缦拢?　　（1）根據系統(tǒng)提供的基礎數(shù)據，可生成的對機組的考核內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、安全運行率等數(shù)據。 　　（2）根據泵站對機組運行的管理需要，系統(tǒng)相應地設置各機組運行記錄表。報表統(tǒng)計包括電動機電量和溫度量、水泵流量和揚程、機組的開停機時間等相關內容。管理人員只要輸入相應的開始日期、結束日期，就可以查詢到該時段的機組運行情況記錄。 　　（3）各機組的歷史運行記錄，可以按年、臺、第次分別查詢相應的項目。 　　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（預留接口），與上級信息中心通訊（預留接口）。 　　2.1.5人機接口 　　人機接口包括彩色液晶顯示器（LED）、鍵盤、鼠標和打印機，它不但為運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、退設備功能，其實現(xiàn)的功能有：調畫面、一覽表、測點索引；趨勢顯示的設置和啟動；模擬量限值的修改等。 　　2.1.6自診斷及冗余管理 　　當計算機系統(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容，能對外部設備和計算機硬件進行自檢修，指出故障設備，以便迅速更換。當主服務器故障時，能將控制權自動切換到備用服務器。 　　2.2現(xiàn)地監(jiān)控層LCU功能 　　2.2.1機組LCU的主要功能 　?。?）數(shù)據采集及處理 　　①開關量采集及處理 　　機組LCU按周期掃查全部開入量，進行狀態(tài)檢查，更新數(shù)據庫，在開關量發(fā)生變位時，可以產生事件記錄，并根據控制流程進行動作處理或接點復歸處理。所有事件記錄，流程的執(zhí)行情況不僅保存于機組LCU，還全部送集中監(jiān)控層。中斷開關量具有中斷能力，響應速度快，可按其變位發(fā)生時間形成事件記錄,會立即中斷當前的工作。     ②模擬量采集與處理 　　電氣模擬量的采集由相應機組的微機保護裝置內的測量模塊或多功能電表及相關測量變送器完成。機組的采集參數(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)。溫度量也采用微機保護裝置內的RTD溫度模塊進行采集，采集對象包括電機定子（或電機定子表面）、軸承和水泵推力軸承、室內外等。根據運行需要，可設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)提供越復限報警及處理功能。 　　（2）控制與操作 　　機組LCU可以接受上位機或LCU屏上的輸入命令，執(zhí)行相應操作。機組LCU通過其輸出繼電器的接點去動作現(xiàn)場設備，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等現(xiàn)地設備輸入點。 　?。?）診斷功能 　　機組LCU具有對本身的硬件及各控制單元進行全面的保護性自我檢驗功能，并根據檢驗結果采取相應的保護性措施，防止出現(xiàn)不良結果。LCU同時向主機報告診斷的結果，根據自診斷記錄，值班維護人員可以了解LCU裝置工作是否良好，指導處理異常情況。 　　（4）通信功能 　　機組LCU與集中監(jiān)控層的通信。通過以太網實現(xiàn)，通信的主要內容有： 　　將LCU采集到的各種信息、正在執(zhí)行的控制操作、內部自診斷結果即時送上主機。接受主機的控制命令等。 　　2.2.2公用LCU主要功能 　　公用LCU與機組LCU的控制結構及設備相同，因此，其數(shù)據采集與處理，控制與操作，自診斷，通信等方面的基本功能，與機組LCU大致相同。 　　3.系統(tǒng)主要軟件 　　本工程計算機監(jiān)控系統(tǒng)軟件流程示意圖如下： 　　計算機監(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，功能強大，多用途的網絡操作系統(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。 　　進口名牌公司的工業(yè)控制系統(tǒng)軟件應是完全開放的系統(tǒng)，支持各種軟件工業(yè)標準如：DDE，OLE，ACTIVE X，ODBC，TCP/IP，OPC等，作為共享的基礎。并提供一組進行二次開發(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/服務器體系結構，使監(jiān)控系統(tǒng)能夠提供數(shù)據在網絡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、關系數(shù)據庫直接組態(tài)登錄的基本功能以外，還有SPC，服務器冗余，RECIPE，TRACK，WEB GATEWAY，PAGER，歷史數(shù)據分析，多種PLC/DCS通訊驅動程序等多種可選項。 　　上位機監(jiān)控軟件采用當前最先進的技術、系統(tǒng)的配置和畫面的組態(tài)具有方便性，而且系統(tǒng)的體系結構完全靈活的和開放的，它運行在Windows NT/95/98工作平臺,通過策略和畫面組態(tài)在上位機上實現(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)據采集、數(shù)據處理、狀態(tài)監(jiān)視、遠程控制、報警、趨勢、數(shù)據登錄和生成報表等基本功能。 　　3.3數(shù)據庫 　　計算機監(jiān)控系統(tǒng)采用MicroSoft SQL數(shù)據庫管理系統(tǒng),用于數(shù)據庫管理。 　　4.結束語 　　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，就能準確得知現(xiàn)場的水位情況，并通過計算機及時控制防洪閘及排水泵的開關，極大地優(yōu)化了泵站運行的運行和管理，改善了操作人員的工作條件。 　　 　　【參考文獻】 　　［１］徐躍增,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用[J].水利水文自動化,2009,(01). 　?。郏常葜茌渡?深圳市泵站水閘自動化監(jiān)控系統(tǒng)的應用[J].東北水利水電,2009,(04)．  　?。郏矗蓐惪〗?張勤玲.計算機監(jiān)控系統(tǒng)在水閘運行中的應用[J].河南水利與南水北調,2009,(12)． 　?。郏担菝肪?小水電自動化監(jiān)控系統(tǒng)的應用實例分析[J].浙江水利科技,2006,(06)．