龙头山泵站综合自动化系统的物联网应用

刘延辉

（江西省水利水电建设有限公司，330200，南昌）

龙头山泵站综合自动化系统的物联网应用

刘延辉

（江西省水利水电建设有限公司，330200，南昌）

以江西省丰城市城西防洪工程龙头山泵站综合自动化系统物联网应用为例，分析该系统在实现泵站的数据采集监测、控制、通信等功能的过程中，如何将物联网与泵站相关专业技术融合，通过运用物联网全面感知信息、可靠传递信息、智能处理信息的特性设计，进一步提高泵站自动化管理水平等。

物联网系统；综合自动化；龙头山泵站

随着物联网射频识别（RFID）、传感器、通信网络、数据及应用服务等技术的成熟和普及，物联网技术除了消费类应用之外也广泛应用到工业控制领域，更好地实现了工业信息化融合。

江西省丰城市城西防洪工程龙头山泵站综合自动化系统中应用了物联网技术、RFID技术、智能传感技术等，智能设备完成了对现场数据采集测量、状态监测、远程控制和调节等功能，通过设计一套集以上功能于一体的、开放的智能解决方案，实现了龙头山泵站自动化控制安全可靠、高效地运行。

一、物联网系统构成

物联网，即IOT（Internet of Things），是通过信息传感设备，按约定的协议，实时采集任何需要监控、连接、互动的物体或过程等各种信息，利用互联网进行信息交换和通信，以实现智能化识别、定位、数据管理分析、监控和管理的一种巨大的网络。其功能特征是全面感知信息、可靠传递信息和智能处理信息，以实现对物体实施智能化控制与管理。

构成物联网产业的5个层级分别为：支撑层、感知层、传输层、平台层、应用层。具体到泵站自动化控制系统应用技术架构上来说主要分为3层（见图1）：一是感知层，包括摄像头、温度、流量、液位传感器、变频器、PLC以及传感器网关，主要功能是采集信息、识别物体的状态；二是网络层，负责传递和处理感知层获取的数据和信息，具体到泵站是由各种现地网络、互联网、管理系统、数据平台等组成，网络由有线和无线网络相结合，现地数据交换量较大，对于布线方便的对象采用光纤、以太网等方式，对于布线难度较大、成本高、数据通信实时性和可靠性要求较低的对象采用无线物联网模块通信；三是应用层，是物联网与用户的接口，与系统需求相结合以实现智能应用。

二、物联网在泵站综合自动化系统应用中的关键技术

1.传感器技术

在泵站综合自动化系统中，分布感知的数据包括电气量、电机轴瓦温度、电机振动、气压、油压、闸门阀门位置、水位、流量、降雨量、摄像头、RFID标签以及其他传感器和辅助设备的数据和状态信息，这些个体设备的数据和集散系统的数据都集中到统一的数据平台上，传感器采用标准通用的设备。传感器分布在泵站内或者泵站周边的范围内，通过无线或者光纤与各子通信网关进行通信。

图1　物联网系统组成结构图

2.网络通信技术

网络通信由有线和无线网络相结合。远距离通信主要采用GPRS/ UTMS，近距离通信主要采用802.11b/ g/n或者光纤网络。其中现地通信采用以太网连接，远距离通信主要采用光纤或者无线GPRS/UTMS。这些通信方式布局方便，通信速率高，技术成熟可靠，非常适用于泵站自动化控制。

3.数据服务与智能技术

基于物联网的综合自动化系统由大量的传感节点网构成，在对系统信息的感知过程中会产生大量的冗余信息，把每个节点的数据全部传输到汇聚节点的方法会占用大量系统资源，降低信息收集的效率，影响信息采集的实时性，因此要对数据进行整合和智能处理。所谓数据整合是指将多种数据或信息进行处理，组合出高性能且符合不同用户需求的数据，该应用智能技术的数据服务过程建立在高效的软件应用基础上，利用软件对物联网的各种数据和信息进行存储与快速处理，并将处理结果实时地反馈给系统的各种执行节点。该服务过程实现了物联网中物体主动或被动与用户的有效沟通，使物体具备了一定的智能性。

三、龙头山泵站应用物联网的泵站综合自动化系统

1.龙头山泵站基本情况

龙头山泵站装机4台，单泵设计流量6.13m3/s，配套630 kW同步电动机，属于江西省丰城市城市防洪综合整治工程。当赣江水位低于堤内水位时，内涝通过排涝闸排入赣江；当赣江水位高于堤内水位且发生内涝时，利用水泵机组抽排内涝水排入赣江。采用自排与提排相结合的方式，解决大堤区域内涝问题。新建设的龙头山泵站综合自动化系统由泵站计算机监控系统、直流电源系统、工业电视系统、火灾报警系统等子系统组成，可以实现实时在线监测、远程控制、视频监控、安全防范、报警联动、远程维护、WEB发布、自动生成报表、趋势分析、调度指挥和控制等功能，可以达到无人值班的目标。

2.系统主要功能

龙头山泵站综合自动化系统功能主要体现在数据和信息的采集分析与处理、运行监视和报警、调节与控制、远程通信方面。基于物联网设计的泵站综合自动化系统通过软件和硬件产品配置，能全面实现泵站“无人值班，少人值守”和综合优化调度的管理原则。数据采集分析与处理的数据包括各电气设备电压、电流、功率、频率、电度等电气量，泵站内电机、闸门及其他辅机设备的运行状态开关量和模拟量，泵站内主要对象关键点的视频图像数据，泵站温度湿度、降水量等与优化运行相关的环境数据，自动化元件以及传感器本身的工作状态信息等。系统通过对这些感知数据的存储和分析计算得出处理结果并反馈给控制和调节等执行节点。系统的执行节点根据对数据统一分析计算处理反馈的结果进行综合优化的调节与控制。

3.系统主要结构和功能

基于物联网的龙头山泵站综合自动化系统在结构设计时综合考虑设备分布、类型、成本等因素，采用光纤网络通信，结构示意见图2。

①主控级设备包含两台操作员工作站（兼作主机，互为冗余热备用）作为泵站的控制中枢，一台远动工作站与调度部门通信，一套短信报警服务系统，一台网络打印机，一台网络交换机，一套GPS卫星时钟，一套UPS等。

②现地控制级设备包含水泵机组现地控制单元（LCU）、全站公共设备LCU、辅机控制盘、水泵检修闸门控制箱（移动台车，控制箱由机械厂家配套）、出口事故检修闸门控制箱、技术供水水泵控制箱、检修排水水泵控制箱和滤水器控制箱、技术供水电动阀控制箱、检修排水控制箱、清污机控制柜、风机控制箱等。设备通过光纤或无线网络与主控级设备进行通信。

③系统控制方式分远方、集中、现地3级控制，可以进行切换。远方控制统一由水务局管理调度中心操作，集中控制是在泵站中控室的操作员工作站上操作，现地控制指在现场LCU上操作。

④泵站监控系统上位机通过现地LCU控制单元采集来自生产过程设备（水泵、闸门、CT、PT、配电装置保护、直流系统、站用电系统、计量系统、铂电阻等）的模拟量、数字量、脉冲量、温度等。对所采集的输入量进行数字滤波、有效性检查、工程值转换、故障判断、信号接点抖动消除、抗干扰等数据处理，从而产生出可供应用的I、U、P、Q、COSφ等实时数据，供数据库更新。形成分布式的数据库结构在LCU控制单元中保留本地处理的各种实时数据。

图2　系统结构示意图

⑤通过对实时数据进行统计、分析、计算，产生电压合格率、负荷率、数字输入状态量逻辑运算值、设备正常/异常变位次数等。

⑥软件通过报告、图形等形式反应并记录全部设备的位置状态、变位信息，保护设备动作及复归信息，直流站用电系统的信息，各测量值的实时数据，各种告警信息，监控系统状态信息。

⑦调度和远程工作站经过软件后可以对泵站开停机等变门控制进行直接操作。

⑧工业电视系统和火灾报警系统可以通过远程客户端直接进行访问，用户可以通过PC或者手机实时监视图像及告警信息等。

四、结语

运用物联网技术与传统泵站综合自动化系统相结合能够充分发挥物联网全面、可靠、智能等优势，增强泵站监测控制和信息化功能，使计算机监控、视频监控、水情调度等系统更紧密地结合，进一步提高泵站的自动化管理水平，从而能够达到无人值班、少人值守，节约人力资源，降低人工成本等目的。■

［1］马爱民，胡玥明，王冠宇.物联网技术在工业自动化中的应用与研究［J］.自动化技术与应用，2013（6）.

［2］杨庚，许建，陈伟，等.物联网安全特征与关键技术［J］.南京邮电大学学报（自然科学版），2010（4）.

责任编辑安天杭

Application of Internet of Things for integrated automation system in Longtoushan Pumping Station

Liu Yanhui

Key technologies related to formation of internet of things as well as pumping station automation system are introduced.Taking Longtoushan Pumping Station as an example，introductions aremade on how to integrate internet of things with special technologies of pumping stations so as to realize datamonitoring，control and communication.It is possible of enhancing automationmanagementof pumping station through special design of internet of things in terms of comprehensive sensory information，reliable information transferand intelligent treatment.

Internet of Things；integrated automation；Longtoushan Pumping Station

TN929.5+TV

B

1000-1123（2016）13-0037-03

2016-05-17

刘延辉，工程师。