浅谈大型泵站自动化系统的功能与应用

王宇

[摘要] 自上世纪90年代开始，随着计算机技术、通信技术和传感器技术的快速发展和在工控领域的广泛运用，全国各地大中型泵站相继进行了泵站自动化改造。泵站自动化系统对于提高设备的运行效率，促进泵站现代化管理有着重要的意义。本文就大型泵站自动化系统的功能与应用进行探讨分析。

中图分类号： TV675文献标识码： A

一、自动化工程的概况

茭陵第一抽水站是淮安市渠北运东地区的大型排涝泵站，建成于1979年，由于建站时间长，设备老化严重，自动化水平很低，为了更好的发挥泵站的排涝作用，提高泵站的管理水平，2009年对泵站进行了更新改造。改造后的茭陵第一抽水站安装1600ZLB-4.9型立式轴流泵，配TL800-24/2150型800kW立式同步电动机12 台套，总装机容量9600kW，泵站设计排涝流量100ｍ3/s，设计排涝扬程5.7m。

泵站自动化改造是整个泵站更新改造的一部分，对整个泵站的运行起着至关重要作用。自动化改造工程由自动化控制系统和视频监视系统组成。

自动化控制系统主要完成泵站所有主电机、配电装置、液压启闭机、清污机等设备的控制、闸门开度及状态测量、水位、压力信号测量及机组在线监测等。

视频监视系统完成对泵站泵房有关人员出入情况、现场作业情况、泵站重要设备运行情况、闸门开度及状态等进行远程监视。

二、自动化系统结构和工作原理

自动化控制系统结构和工作原理

泵站自动化控制系统采用分层分布结构，主要由监控计算机、PLC(可编程控制器)、现场测控设备以及网络通讯系统组成。运行控制方式分为中心控制级、站区主控级、现地控制级三级。

网络结构

监控系统网络结构采用工业以太网，拓扑结构为环网组网形式，传输速率为100Mbps，应用协议采用Ethernet Modbus TCP/IP，监控主机以及PLC均挂在总线上，PLC通过现场总线与各种传感器和自动化设备进行数据通信。

监控计算机

监控计算机有两台组成，一主一从，安装有监控组态软件，提供给运行人员使用，可对泵站运行进行实时监控、发操作、作定值切换、设定变更工作方式等。在事故状态下进行语音报警并在监控计算机显示事故原因。2台监控计算机形成冗余热备，当主机故障时，从机立刻接管主机工作，当主机恢复工作时，从机将主机故障的运行数据倒回主机，重新由主机接管工作。

PLC(可编程控制器)

PLC(可编程控制器)由离散输入/输出模块、模拟量输入模块、电源、中央处理器、存储器模块、通信模块组成。主要完成采集现场设备如主机组的振动、摆度等信号以及循环水泵的供水压力、站闸门的启闭机开停信号以及高压柜微机综合保护模块、励磁装置控制模块的数据等传入现场的监控微机。同时PLC装置接受上位机的指令控制操控现场设备，并将执行情况和结果回送监控计算机。在事故故障状态下能自动与报警参数进行对比并及时向主控机反馈事故信息。

整个泵站配置了10台PLC控制单元，来实现对35kV变电所、水泵机组、液压启闭机、清污机、供排水泵、励磁系统等设备的实时控制。主机PLC采用两机一屏的方式，共配置6台主机PLC控制单元，35kV主变部分单独使用一台PLC控制单元，液压启闭机和清污机分别配置两台PLC控制单元，其他部分公用一台PLC控制单元。系统根据功能作用，分别并入相应的PLC控制单元内。如：35kV变电所及主机的保护信号，均有综合保护装置的通讯网口，通过通讯管理机的转换实现上传信号；各台机组的开关信号、励磁信号及循环水泵的控制信号等均并接到对应的主机控制单元上；主机的测温系统通过巡检仪采集，再通过巡检仪的通讯接口与对应的控制单元连接；机组的振动和摆度监测系统先通过机组监测仪采集，再通过监测仪的通讯接口与对应的控制单元连接；供排水泵的开关信号，温度信号及电接点压力表等低压系统均通过公用PLC单元上传各种运行参数和各类信号。PLC以现场总线的方式与微机保护测控装置、直流系统、智能仪表等进行通信。

现场测控设备

现场测控设备包括主机综合测控保护装置、变配电设备综合测控保护装置、励磁微机控制装置以及主机组的振动、摆度传感器和冷却循环水泵的供水压力传感器和变送器等测控设备。这些测控设备通过24VDC开关量信号及4－20mA模拟信号与PLC远程连接，把运行状态送到PLC，而PLC则实现对设备的控制。

视频监视系统结构和工作原理

视频监视系统包括视频控制主机及若干台高性能彩色摄像机以及大屏幕、投影仪等设备构成。主要完成图像的采集、编码、传输、摄像机的控制和本地录像等工作。全站共安装有46个监视点,其中固定点40个,全方位点6个。

1、视频控制主机及硬盘录像机

视频主机负责接收视频信号，它接收现地摄像机的图像信号，处理成以太网的标准信号上传至监控视频机，同时可以经以太网接收远方视频图像工作站的控制摄像机及其其他设备的信号，转换成RS485现地总线规约的信号，对摄像机及设备进行控制。

2、监视器和视频仪设备

监视器和投影仪设备系统显示视频监控系统的各画面，各设备的实时信息，视频监视系统的监视画面以及多媒体演示信息。

三、 自动化系统实现的功能

自动化控制系统的功能

数据采集和处理

监控软件通过TCP/IP接口采集全部现场数据，如：开关量（10kV进线、主机组等过电流、电流速断、事故跳闸、低电压，冷却水中断等信号）；模拟量（水位、压力、励磁电流、励磁电压等信号）。处理功能包括可以将基本点进行组合、运算，可实现复杂的算术、逻辑运算。

控制功能

实现了对泵站主机组、配电装置、液压启闭机、清污机等设备的自动控制。

监控与报警功能

（1）通过微机监控实现了对全站主机组、配电及辅助设备的运行参数及泵站进水、出水池水位实时监控。

（2）提供语音报警能力，当报警状态需要处理时，在监控计算机上自动弹出报警窗口，显示报警内容，同时记录故障及其发生时间，并进行语音报警，提示运行人员。

数据存储与查询

（1）可以建立实时和历史的数据库并完成记录存储。

（2）可以通过图表、趋势曲线等方式供运行人员查询、分析、记录。

视频监视系统的功能

1、监视和录像功能：利用安装在监视目标区域的摄像机对泵站主要设备和环境进行远程实时监控，进行24小时自动录像，并将监视目标的动态图像传输到视频监控机。

2、控制功能：运行人员通过视频监控机即可对泵站监控范围目标区域中的设备或现场进行监视，如：控制云台转动选择监视区域摄像；调节摄像机镜头改变监视范围和观察效果。

3、检索和查询功能：根据授权，监控人员可以对本地录像、远端录像或调用历史录像进行检索和查询。

四、结语

茭陵第一抽水站自动化改造是整个泵站更新改造工程的重要子项目工程，通过这次更新改造，提升了泵站的设备水平和科学技术含量，促进了泵站运行的信息化管理，同时也为泵站高效、安全运行打下更坚实的基础，经济和社会效益日趋显著。2012年7月经历了更新改造后的茭陵第一抽水站首次正式运行，运行中的自动化系统性能稳定、测量精度等基本符合运行要求，实现了“无人值班、少人值班”的管理模式，充分的发挥了泵站的各方面效益，具有现实的意义。