浅谈瓜步汛泵站自动化系统设计与实现

黄敏霞

摘 要：泵站担负着抗御洪水涝、干旱灾害、农田灌溉、改善农业生产条件，实现稳产，跨流域调水等方面的起着重要作用，故实现泵站自动化系统是现代泵站建设的一项重要任务，它可以大大提高泵站的高速化、高效率、实时性、可靠性、灵活性等方面有着明显的优势，能提高泵站运行的经济效益。

关键词：轴流泵自动化系统视频图像系统大屏幕显示系

中图分类号：TY675 文献标识码：A 文章编号：1672-3791(2012)07(a)-0031-02

1绪论

泵站在抵御洪涝、干旱灾害，改善农业生产条件，实现高产稳产，跨流域调水，乡镇给排水等方面起着极为重要的作用。

1.1 选题的意义

大沥瓜步汛泵站是以提高大沥城西的部分城区、罗村西隆片涝区的排涝工程。上述片区的降雨特点是：雨量大，强度大，年际变化大，年内分配不均匀。由于现状排涝体系的不完善，北村水闸及瓜步汛水闸关闸后，围内河涌水位上涨，由于机场涌水位比香基河～雅瑶水道的水位高，导致机场涌的水向香基河、大布涌倒流，使机场涌、大布涌和香基河的水位上涨。而现有的排涝能力已不适应经济发展的需要，特别是上述片区的工业化进展迅速，大量禾田、鱼塘转化为工业用地，河涌萎缩，过流能力降低，从而导致两岸低洼地的内涝。

瓜步汛泵站工程的设计标准为按远期10年一遇24小时暴雨1天排干；设计排涝流量48.0m3/s，采用4台1800ZXB12－3.4斜式轴流泵机组，配套电机单机容量为630kw，总装机容量为2520kw；水泵进水流道底珠基高程-4.1m。

本工程属社会福利和公益性工程建设范畴，工程建成后达到10年一遇24小时暴雨1天半排干的近期目标，解决大沥西部的谭边、兴贤等村委会以及罗村西隆片涝区洪涝灾害的逼切问题。

1.2 泵站存在的主要问题及要解决的办法

1.2.1 泵站存在的主要问题

泵站存在的主要问题突出地表现在泵站设施老化，效益出现明显衰减。造成以上情况的原因有以下几点。

(1)使用时间长，磨损老化严重，加之排灌设备多在潮湿、通风散热不良的环境和多泥沙、杂质的水中运行，则更加快了设备的老化。

(2)有些设备质量低劣，施工安装质量差。

(3)有些工程或因规划布局不当，或因选型配套不合理、工程不配套，不能达到设计标准。

(4)很多站管理粗放，管理人员素质低。

1.2.2 泵站应解决的办法

(1)有计划地更新改造。泵站设备要分年列入计划，有计划地更新改造。

(2)提高泵站管理单位的管理水平。

(3)加强科学研究和技术推广工作。要搞好泵站的更新改造、经营管理和规划设计工作，必须重视科学研究，依靠科学技术进步。

2瓜步汛泵站工程施工概况

2.1 工程概述

南海区大沥镇瓜步汛电排站工程水泵选用1600ZLB9-5型立式轴流式水泵，电机配用TL800-20/2150型10kV、300r/min、630kW立式同步电动机4台，总装机容量2520kW；辅助设备主要有主机组安装检修用的16/5t双梁桥式起重机1台、4台防洪闸门QPQ2x8t卷扬式启闭机、电动清污机6台、进口流道检修闸门和安全栅用电动葫芦1台，以及泵站油、水系统。泵站变压器选用容量为400kVA的干式变压器1台。

根据佛山市南海区水利局建设规划要求，为了提高工程自动化监控水平，本工程按“无人值班、少人值守”的原则进行计算机自动化监控系统设计。

2.2 轴流泵的工作原理及运行管理

2.2.1 轴流泵的工作原理

轴流泵是由悬臂式翼形叶片和轮毂组成。由于这种泵的吸水能力很小，叶轮一般都浸没在吸水池中，使水流经喇叭形的进水管直接进入泵内。当电动机通过主轴带动叶轮旋转时，叶片则推动水体流动，水流在叶片升力的作用下增大了动能和压能。在叶片的上方还装置了一组固定导叶，它的作用是顺直水流方向，并将水流在流出叶轮后的旋转速度的动能转变成压能。

轴流泵大多做成单级，多级轴流泵可以提高扬程，但结构复杂而且轴向尺寸也将增大。为了使电动机装置在吸水池水面以上，轴流泵多采用立式装置。

2.2.2 水泵的运行管理

水泵运行的要求是安全可靠、高效率、低耗能，在运行管理中应采取下列措施。

（1）严格遵守安全操作规程，做好运行值班工作。

（2）根据水泵的特性，使机组经常在高效率区运行。

（3）定期进行机组检修，经常进行机组各个部件的检查维护、发现问题及时处理，使机组处于良好的技术状态。

（4）进行有关技术指标的观测工作，以便于检查分析机组的运行状态。

2.3 计算机自动化监控系统

本工程计算机自动化监控系统包括计算机监控系统、微机保护系统和图像监视系统三个部分。主要的计算机监控、微机保护和图像监视对象如下。

2.3.1 计算机监控

本工程计算机监控对象包括以下几方面。

（1）主机组(立式轴流式水泵轴和配套同步电动机)：4台。

（2）站用电变压器：2台。

（3）10kV进线、母联断路器：1台。

（4）10kV同步电动机控制断路器：4台。

（5）10kV变压器控制断路器：2台。

（6）0.4kV进（出）线和励磁装置控制断路器：21台。

（7）水系统：1套。

（8）油系统：1套。

（9）防洪闸门卷扬式启闭机：4台。

（10）清污机：6台。

（11）其它公用设备。

2.3.2 图像监视对象

本工程图像监视系统的监视对象有：检修闸门、防洪闸、内江、外江、清污机、电机层、低电室、高电室、变压器室、中控室。

2.4 设计原则

总体设计原则是自动控制系统必须实用经济、安全可靠、技术先进、易于维护。

2.5 设计依据

监控系统设计参照以下规范。

《泵站设计规范》GB/T50265-97。

《水力发电厂计算机监控系统设计规定》DL/T5065-1996。

《水电厂计算机监控系统基本技术条件》DL/T578-95。

《水力发电厂自动化设计技术规范》DL/T5081-1997。

《地区电网调度自动化设计技术规范》DL5002。

3瓜步汛泵站自动化系统的总体方案

本工程的综合自动化系统将取消常规控制，采用分层分布式结构，泵站当地均设有控制室，监视和控制本站设备的运行情况，包括泵组、高压配电等，利用计算机进行自动化监测和控制，实现工程管理的科学化、现代化，提高泵站运行的安全性、可靠性，充分发挥工程效益，促进管理的现代化。

3.1 系统方案

本泵站的计算机监控系统采用分层分布式系统结构，分中控室监控级和现地控制级。

中控室监控级位于泵站现地控制室，设置2台操作员工作站兼主机，采用星型100Mbps快速以太网络网络结构通过网络交换机和PLC联系，网络协议为的TCP/IP网络协议，组成开放的计算机网络系统，保障数据传送的畅通。主要设备包括2台操作员工作站兼主机，1台网络交换机，1台打印机，一套UPS电源。

现地控制层为LCU控制柜，监控现地各分散的设备，现地设备均配备操作按钮，当上位机和LCU的通讯中断时或在检修试验时，实现现地开停机操作。

3.2 设备配置

瓜步汛泵站自动化系统的设备主要包括：中控室设备、现地监控设备。

3.2.1 中控室设备配置

中控室设备主要包括：操作员工作站、网络设备、打印机、USP电源设备、运行人员操作台、软件。

（1）操作员工作站。

本工程配置2台操作员工作站，互为热备，兼系统主机，工作站级微机，操作员工作站功能包括对整个工程计算机自动化监控系统的管理，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、故障信号的分析处理。

（2）网络设备。

中控监控层网络交换机采用进口品牌3COM等的快速以太网交换机，根据PLC的数量，选择16口的交换机。网络交换速度达到10/100Mbps自适应，能保证数据、图形和语音信息在现地中控室设备以及PLC之间的高速传输。现地中控室的这些设备与网络交换机采用双绞线连接，保证信号的可靠传输。

（3）打印机。

打印机选用进口品牌HP等A3激光打印机，支持高速打印。打印报警、事故和历史数据操作信息等报表。

（4）UPS电源设备。

本方案计算机自动化监控实行现地LCU和中控监控层设备的集中供电，在中控室配置一套6KVA在线式UPS电源装置，保证停电后，电池还可为系统提供1个小时的供电。在LCU控制柜由中控室集中供电。

（5）运行人员操作台。

本系统应与上述硬件设备相应的运行人员操作台，操作台由防火板为基本材料，美观大方，经久耐用，颜色和环境相适应。

（6）软件。

操作系统用微软公司的Windows2000、XP。

3.2.2 现地监控设备

现地监控设备主要包括：PLC、电量检测仪表、温度量监测、水位测量等。

3.3 系统功能

本系统的主要目标是接受调度指令，实现泵站自动监控，提高泵站安全运行和管理水平，改善管理人员的工作条件。泵站现地监控层和中控室监控层的主要功能如下。

3.3.1 现地监控层LCU功能

现地级监控层LCU直接控制和监视主设备的运行，在整个系统中，它作为一个智能终端，但也可以作为独立的装置单独运行。

3.3.2 中控室监控层功能

中控室监控层功能主要有：运行监视和事件报警、控制和调节、统计报表、通讯功能、人机接口。

3.4 系统性能指标

系统性指标分：实时性；可靠性；可利用率；负载率；可维护性。

3.5 供电方案

用集中供电方案，控制室采用1台6kVAUPS向现场监控室设备和LCU供电。

3.6 防雷和接地

本系统所有的UPS电源交流输入均增接防雷模块。所有户外I/O信号线增接防雷模块。由高技术设备和精密仪表组成的，均为低压设备，过高的电流或电压都会造成系统的损坏，雷电是产生高电流或电压的最主要的原因之一，防雷是保证系统安全必不可少的措施。

4视频图像

4.1 概述

为配合监控系统的运行，本工程建立一套对现场进行实时监视的视频图像系统。本工程图像监视系统的监视对象有：检修闸门、防洪闸、内江、外江、清污机、电机层、低电室、高电室、变压器室、中控室。

4.2 图像监视设计原则

（1）安全性和可靠性：监控中心设备具有密码或口令保护，禁止普通监控人员的非法操作，有效地保护数据、图像的可靠性。

（2）操作简便性：系统采用专业级视频监控主机控制，利用系统软件模拟键盘控制所有设备，取代以往按键和摇杆操作方式，充分体现系统操作上的方便性；具有窗口式表单编程，操作简单、方便。

（3）灵活性和扩展性：系统具有高度的灵活性和可扩展性，以满足将来的发展需要，充分考虑系统将来的扩展，并具有连接灵活的特点。

（4）实用性和先进性：本系统要考虑到系统的实用性和可操作性，而不是设备的高档和系统的规模，还要充分利用现有资源，使其效益得到扩展和延续。

（5）可扩展性及投资保护性：本系统应该考虑到将来系统的扩展，能方便地扩大监控的区域以及与其它系统的互连，使用户硬件和软件开发的投资得到保护。

4.3 图像监视系统配置

本系统是一个集现场监视、远程指挥的高技术、高集成的指挥管理系统，能为提高电排站管理的现代化水平、提高快速反应能力提供一个有效的手段。

全天候实时监视各区域一定纵深范围内的现场情况、动态。使电排站值班人员在中控室即可随时掌握现场情况，并对突发事件进行如同身临其境的“现场”调度指挥，对加强内部管理提供强有力的保证。

系统配置图像声音数字化设备，便于将来实现图像监视系统的远程控制，使领导利用办公室计算机或通过电话线在外看到图像并进行控制。

图像监视系统的监视目标：实现对站区、水闸内外江、主厂房、高低压室、中控室、水闸、清污机等设备运转状况的监视。

系统具备视频画面移动报警功能，当有非法进入或紧急情况发生时，在中控室能够实现自动报警，并进行实时数字录像，以方便事后分析。

4.4 系统基本功能

图像监视系统的基本功能有：监视功能、信号处理功能、录像管理功能、录像回放功能、云镜控制功能、报警控制功能、网络传输工能、系统管理功能。

5大屏幕显示系统

随着自动化和信息技术的飞速发展，对信息显示的要求越来越高，其中大屏幕显示系统作为集中信息显示的交流平台，可以将各种监控系统的计算机图、文信息和视频信号等进行集中显示，在实时调度、会商、决策及信息反馈等方面都起到了重要作用。

DLP大屏幕投影显示系统以系统工程、信息工程、自动化控制等理论为指导，将显示技术及设备、投影墙拼接技术、多屏图像处理技术、多路信号切换技术、网络技术等融合为一体，使整套系统成为一个具有高亮度、高清晰度、高智能化控制、操作方法先进的大屏幕显示系统，与监控系统、指挥调度系统、网络通讯系统等子系统集成，形成一套功能完善、技术先进的信息显示及管理控制平台。有利于各种应急事件的及时观察、处理，满足指挥中心的指挥、调度、决策功能需求，顺应调度中心管理工作“现代化、信息化、智能化”的发展要求。

6总结与展望

6.1 全文总结

本文围绕瓜步汛泵站自动化的设计与实现展开研究，描述了瓜步汛泵站的施工概况，自动化系统总体方案，视频图像系统结构和功能和达到的技术标准。该系统设计合理、功能完善、运行稳定可靠，充分利用自动化控制、微机保护、图像监视和计算机网络、通讯技术，建立先进的自动化监视和控制系统，实现了“遥测、遥信、遥控、遥调、遥视”，实现了泵站的群控。提高了枢纽工程的安全性、可靠性，充分发挥了本工程效益，促进工程管理的科学化、现代化。

参考文献

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