白马泾泵站自动化监控系统应用

武应元

【摘 要】泵站自动化监控系统是集控制、保护、运行与管理于一体的系统，可大大提高泵站的效率。本文以白马泾泵站自动化监控系统为研究对象，重点强调功能实施方面其关键技术与思路，实现“无人值班、少人值守”功能。

【关键词】泵站自动化；监控系统；控制；PLC；功能

1 白马泾泵站概述

武汉市东西湖区白马泾附近、东西湖堤桩号12+700处。泵站规模160m3/s，装机6台3400kW的立式混流泵以及6台套TL3400-40/3250型三相立轴同步电动机，主要建设内容为计算机监控系统、视频系统、信息化系统。

本工程泵站监控系统按“无人值班、少人值守”的目标进行设计，日常运行主要采用计算机监控系统进行监视和控制，以计算机控制为主、常规控制为辅。泵站计算机监控系统的总体设计原则是：经济实用、安全可靠、技术先进、易于维护。

（1）泵站监控系统按“无人值班、少人值守”的目标进行设计，日常运行完全采用计算机控制系统进行控制。

（2）控制系统采用分层分布式结构，包括主控制层和现地单元控制层两层，实现“遥信、遥测、遥控、遥调”功能。

（3）在计算机控制系统退出运行时，可由人工观察现场，在具备开机条件下，通过操作配电设备上相应按钮来控制机组正常运行。

（4）控制系统安全可靠，并且具有自诊断功能。控制系统的关键硬件设备（如计算机主机、PLC等）具有冗余配置、主备机互为备用。

（5）控制系統具有较好的可维护性、设计标准一致，统一规范、具有方便友好的人机界面。

2 系统结构

白马泾泵站计算机监控系统、视频系统、信息化系统是将计算机技术、自动控制技术、通信技术、故障诊断技术、冗余技术、视频监控技术融为一体的系统，根据泵站实际情况和系统具体要求，设计出如图1所示的白马泾泵站自动化系统结构框图：

图1

泵站监控系统由泵站管理级、计算机层（主控级）和现地控制单元层组成，现地控制级有7套LCU和7面辅机控制柜（供水控制柜、真空泵控制柜、消防泵控制柜、低压气机控制箱（两个）、排水泵控制柜、风机控制柜），分别对应于6台机组、公用设备和辅机（3台供水泵、2台排水泵、2台消防泵、6套机组风机、2台泵房低压气机、2台阀室低压气机、2台真空泵）的实时监控。LCU既作为全站监控系统的现地控制层，向泵站主控级发送采集的各种数据和事件信息，接受泵站级的下行命令对设备进行监控，又能脱离泵站级独立工作。因此在系统总体功能分配上，数据采集和控制操作的主要功能均由LCU完成，其它的功能如全站运行监视、事件报警、与外系统通讯、统计记录等功能则由上位机完成。

主控级位于白马泾泵站中央控制室，采用100Mbps快速以太网络技术，TCP/IP网络协议，组成开放的泵站监控网络系统。主要设备包括二台操作员工作站，一台工程师工作站、一台数据服务器、一台视频工作站、一台大屏控制电脑、一台网络交换机，一台网络激光打印机，一套GPS时钟系统、一套逆变电源以及一台网闸设备。主控级对现场采集的所有数据进行处理、分析、存储、报表，完成所有的控制指令的收集和发布，以各种方式（如开停机流程图、趋势图、表格等）表达整个泵站的数据，对机组等设备的启动准备工作的检测、判断和显示。

泵站管理级位于白马泾泵站管理楼，管理楼主要设备包括一台信息发布服务器、一台数据库服务器、一台办公服务器。综合信息系统是白马泾泵站水利信息化建设的核心，它是基于现有的白马泾泵站计算机监控系统、视频监视系统、办公自动化系统以及水工安全监测系统的基础上，挖掘和提取与白马泾泵站行政管理和业务职能相关的各种信息，建立一套具有非常明确用户目标的、实用高效的综合信息管理平台。通过整合的建设，将完成所有与视频监控相关的监控信息，以及水、雨、工情等各种水利信息的共享，实现“业务桌面级办公、信息一站式管理”的目标。

3 系统主要功能与特点

3.1 智能化控制

白马泾泵站主控级控制中心二台操作员工作站负责监视、控制机组运行，按照实际情况一键式对机组启、停、泵站辅助设备、水泵叶片角度进行自动控制和调节。为了保证控制方式灵活性，主要设备的控制有自动控制和手动控制两种方式切换。

系统实时监控泵站的运行，通过对电气、水力机械等设备各种电气量、非电量参数的监控，实时生成各种趋势、曲线、柱状图表、报警信息等，并智能自动地采取各种操作措施，保证泵组安全、稳定、准确运行。

3.2 自诊断和冗余切换

白马泾泵站计算机监控系统具备在线自诊断功能和冗余切换功能，能诊断出系统中的故障，并能定位故障部位，各级在线运行时，应对系统内的硬件及软件进行自诊断。本系统中PLC采用独立机架冗余热备方式，系统具有双电源、CPU、和以太网模块，PLC系统保证在以上模块任意一项出现故障时，系统自动切换到备用系统运行，并保证切换的无扰动。一旦主机恢复正常，从机自动修复主机由于停机而缺少的数据，从而保证系统稳定性和数据的完整性。

3.3 管理功能

白马泾泵站管理楼设核心交换机一台，组成星形拓扑结构，分别与信息发布服务器、办公服务器、办公系统、泵站监控系统、视频系统等连接，实现各系统的集成应用，整合各业务信息资源，同时为了考虑系统安全性，在管理楼与主控级控制中心用一台隔离网闸进行隔离，并通过防火墙接入公网。一方面管理楼领导可以在管理楼实时观察泵站各设备的运行状态，还可以对泵站所有事务进行管理，同时信息通过公网上传至上一级主管部门，具有调度、决策功能，通过对当前水情数据的分析，对所在流域的水情或水资源进行调度，提高了运行质量，降低了运行成本。

3.4 泵站优化调度

在大型泵站中，泵站的效益和能量消耗不仅与水泵的效率有关，还与电动机、变电站的效率有关，泵站运行调度不是追求某一设备的运行状态最好，而是以整体配合的运行状态最优为目标，因此，一个大型泵站需要根据目前及预报的工作环境确定当前泵站的工作方式，包括确定机组开启的台数、水泵叶片角度等，其调度准则是泵站优化调度的关键，根据白马泾泵站实际情况，设计如下调度准则：

①以泵站效率最高为准则：泵站效率是泵站输出（下转第39页）（上接第63页）功率与泵站输入功率之比的百分数，即为电动机、水泵、传动装置、管路、进出水池水位等项效率的乘积。

②以泵站抽水量最大为准则：按满荷载时的最大流量运行，此时泵或泵站的效率不一定最高，运行费用也不一定最低。但在某些特殊情况下，如排除灾难性的大涝水时，为了最大限度地减少灾害损失，不能只以泵站的运行效率最佳为衡量标准，必须服从整个社会效益的标准，在满足泵站功率约束的前提下，要求以最大流量抽水。

3.5 自動化与视频联动、上位机报警实现预警

白马泾泵站上位机监控软件采用KINGSCADA组态软件进行组态，在开发过程中，将视频系统整合到上位机中，实现上位机、视频同步监控，同时上位机的报警信息通过GPRS发送至泵站相关负责人员。机组在运行过程中出现上位机报警时，软件会自动将视频切换至事故设备监控点，同时该报警信息也会发至泵站相关负责人手机，让泵站负责人第一时间了解机组运行状况，确保机组运行安全。该系统研制，是计算机监控系统在水利行业自动化系统中的创新和技术上的突破。

3.6 全数字化、网络化、智能化视频系统

白马泾泵站视频监控系统设计按照国内技术发展的现状和方向，采用了整套全数字式网络集中监控，支持TCP/IP系列协议，可以在WAN或LAN网络内发送和接收数据。中心服务器采用嵌入式Linux操作系统，嵌入式中心管理软件、大容量磁盘阵列等三类产品于一体，实时嵌入式操作系统（Linux）专门用于工业、军事等要求高度可靠性的环境。同时，中心建立完成后不会再因为系统前端设备的增加而扩建，而前端设备可以根据需要随意添加，后台管理同样能承受，因此本系统具备了非常强的可扩展性。

白马泾泵房、阀室、防洪闸、泵站四周分别安装了网络摄像机，对主要设备及整个泵站进行实时监控，运行人员或值班人员可以对整个泵站设备运行情况及周边环境进行实时掌控，为整个泵站的安全提供可靠的保障，大大减少人力物力。

4 结语

泵站综合自动化系统研究涉及到变电所、电动机的控制和保护、水泵的安全经济运行、管理，水工建筑物的安全稳定性监测，水情数据收集和水资源的调度等方面。目前泵站的使用的系统大多数是为某一个站专门开发或者采用工业控制上的通用计算机控制系统，其专业性不强，不能适应泵站综合自动化的需要。为了改变这种局面，根据白马泾泵站的要求，设计出了白马泾泵站计算机监控、视频及信息化系统的方案和技术要求，该系统实现了“无人值班、少人值守”功能。

【参考文献】

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[2]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.

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[责任编辑：丁艳]