大型泵站自动化监控系统研究

孟翼 雷淼

摘 要：文章以渭南市关中东部大型电力提灌灌区东雷抽黄工程管理中心高明三级泵站为例，介绍了该泵站所改造的泵站自动化监控系统，对该系统的各个设备及功能进行了详细介绍，并阐述了该系统与泵站机电设备的连接方式，最后再对泵站自动化系统的管理提出几点看法，以期能为泵站建设提供一些参考。

关键词：大型泵站;改造;自动化监控;现代化灌区;管理

中图分类号：TU9;TV1 文献标识码：A 文章编号：1674-1064（2020）11-019-02

DOI：10.12310/j.issn.1674-1064.2020.11.010

我中心的泵站改造项目计划改造大中型泵站21座，现已基本实施完成。主要的改造内容有：泵站主体建筑物、水力机械设备、电气设备和金属结构等，另外新增泵站自动化监控系统、测流设备和电动清污机等。其中的自动化监控系统采用单独招标的方式进行，由专门的自动化公司负责设计、施工以及后续的调试工作，以下就以我中心已经完成改造并投入使用的高明三级泵站为例，对该泵站的自动化监控系统进行总体介绍，并对该泵站在自动化系统管理中的一些问题进行探讨。

1 高明三级泵站简介

东雷抽黄高明三级泵站位于陕西省关中东部大荔县境内西高明村塬下，是東雷抽黄工程管理中心南乌牛系统的咽喉泵站，承担着高西、高北两系统的供水任务。灌溉大荔、合阳、澄城、蒲城四县37.66万亩地，本级灌溉面积为11.86万亩。泵站于1982年竣工并投入灌溉供水，泵站原装卧式离心泵机组20台，总装机容量为14 430kW，总流量为14.29m3/s。

该泵站于2016年进行了全面改造并于2017年春灌投入使用，改造后的高明三级站机房进行了迁址重建，位于原机房以南。改造后的泵站安装水泵机组11台，总装机容量为14 000kW，总流量为15.65m3/s。站内建有35kV变电站1座，安装主变2台，站用变3台，总容量20 960kVA。改造后的泵站为全淹没式机组，并且增设了自动化监控系统、电磁流量计和电动清污机，并配备了16/3.2T电动双梁桁车作为起重设备。

2 高明三级泵站自动化监控系统的结构、功能和组成

高明三级泵站自动化监控系统主要包括计算机监控系统（以PLC为核心的控制和监视系统）、视频监控系统以及安防系统，三个系统相互独立又互相配合。以下对三个系统分别做出详细介绍。

2.1 泵站计算机监控系统

计算机监控系统是泵站的控制核心，其主要功能是对整个泵站所有的水机和电气设备进行自动控制和监视。高明泵站计算机监控系统由机组LCU（现地控制单元）、公用LCU、前闸LCU、网络通讯及电源屏以及后台控制系统等组成。

机组LCU共装11台落地式屏柜，放在机旁，同机组励磁柜、机旁电源柜在一排，用于对11台机组进行现地控制和监视，并可通过通讯模块与后台连接，在后台电脑终端对机组进行控制和监视。每台机组LCU柜内均装各种PLC模块（可编程控制器），用于现场设备数据的采样和处理，主要包括：CPU模块、开关量输入输出模块、模拟量模块、通讯模块等，另外还有DC24V开关电源、温度巡检仪、触摸屏等设备。此外，装于现场用于控制和采样的设备还有：清水、真空电动阀，清水、真空示流器，出口压力传感器，前池超声波液位计，水泵轴承、电机轴承、电机定子测温电阻等，这些设备都采用机组LCU提供的电源供电，并通过屏蔽信号线与机组LCU的各个模块进行连接，通过机组LCU柜屏面上布置的小型触摸屏，可以对机组的运行温度、压力大小、电气参数等进行实时查看，并可以对进出口蝶阀、同步电动机风机等进行现场控制，同时还可以通过现场的转换开关切换至后台电脑进行远程控制。

公用LCU装两面落地式屏柜，放置于中控室旁的二次盘柜室，其柜内配置与机组LCU基本相同，另外装于现场的设备主要有清水总管电动阀、清水总管流量计、清水池超声波液位计、沉淀池至清水池电动阀、集水井超声波液位计、出水池液位计等。这些现场设备都分布在各个地方，设备电源都来自于公用LCU屏，并通过屏蔽信号线与公用LCU柜的各个模块相连接，通过公用LCU屏面上的小触摸屏可以对各个现场设备如清水池液位、集水井液位、出水池液位进行查看，并可以对各个现场电动阀进行远程控制。公用LCU柜通过网络通讯线连接至网络通讯屏再与后台计算机连接，可以在中控室的后台电脑上对各个现场设备进行监视及控制。

前闸LCU装一面落地式屏柜，放置于泵站进水闸启闭机房内，其柜内配置也与机组LCU基本相同，装于现场的设备有清污机前、后超声波液位计共3台。通过前闸LUC屏面上装的小触摸屏可以对两台总进水闸启闭机进行现场控制和开度查看，并可以对两台电动清污机进行现场控制及状态查看，也可以通过清污机前后的液位差实现对两台清污机的自动控制。前闸LCU距离泵站中控室较远，通讯是通过8芯光缆连接至网络通讯屏再与后台计算机连接，以在中控室电脑上对各个设备进行监视及控制。

网络通讯及电源屏为一面落地式屏柜，装于二次盘室，内装网络交换机、UPS不间断电源装置、GPS卫星对时装置等设备。其中网络交换机可以说是现场LCU与电脑后台控制系统的连接设备，所有LUC柜的网线、光缆（通过光纤收发器将光信号转换为电信号）都连接至网络交换机，再与后台监控系统连接从而实现对泵站设备的监控;UPS不间断电源装置用于给各个现场LUC柜供电以及视频监控系统供电，用于保证在泵站失电的情况下自动化监控系统也可以短时间工作;GPS卫星对时装置可以使各个现场设备的时间能够统一起来，从而使机组操作、故障查询等能有一个统一的时间基础。

自动化后台控制系统位于泵站中控制室，设标准操作台三台、工控机电脑两台、LED大屏幕一面。其中，操作台用于放置显示器，并配套值班椅，作为值班人员运行期间对泵站进行监视的核心位置;两台工控机为一用一备，通过网络通讯线与各现场LCU进行连接，根据泵站实际现场设计模拟画面，可以在机组运行时实时显示各处的数据以及设备的状态，并可以在模拟画面上直接对设备进行远程控制以及按照预设程序进行自动控制。后台监控系统还设计有音响信号，可以实时以语音形式发送设备的状态或故障的部位等，可以给值班人员一个直观的音响提醒。

2.2 泵站视频监控系统

高明泵站视频监控系统共安装室内外高清球机摄像头24套，其中室内16套、室外8套，分别布置在进水闸、前池、机房前后、机房内（主机房、高低压室、二次盘室、中控室、楼道）、变电站、清水池、出水池、生活区等。视频监控系统安装两台硬盘录像机和两台显示器放置在中控室值班操作台上，还有一面视频监控屏放置在二次盘室。视频监控屏主要给各个摄像头提供电源和网线汇总，其电源接至UPS电源，摄像头全部为网络摄像头，距离在80m以内的直接通过网线连接至视频监控屏内的网络交换机，距离超过80m的则通过光缆进行连接，以保证网络信号。

2.3 泵站安防系统

泵站安防系统主要包括烟感报警系统和侵入式红外报警系统，烟感报警系统主要由装于主机房顶和副机房顶上的烟感传感器和声光报警器组成，可以在泵站发生事故火灾的情况下发出声光报警，提醒值班人员进行处理;侵入式红外报警系统主要由装于各个向外的门、窗上的红外探测器和声光报警器以及中控布防器组成，可以在泵站停运期间有人进入机房区域时发出声光报警，从而保证机房安全。

3 高明泵站自动化监控系统的运行现状与管理思考

高明泵站自动化监控系统已全部安装调试完成并投入使用有一段时间，目前泵站自动化设备运行状况良好，该套系统基本是对原有泵站运行的一种革新。以往，泵站运行工也在中控室上班，不过面对的是控制台、保护屏、直流柜、高低压柜等生硬的设备，只能看到机组的基本运行情况，而像运行温度、水位、闸阀开度等只能到现场进行查看抄表;而现在，泵站运行工上班时面对的是几台电脑显示器和墙上的大屏幕，在显示器上可以通过图形化界面直观地看到泵站运行设备的各个数据和状态，现在运行记录上需要抄的数据都可以在电脑上看到，系统也可以自动生成运行报表。而且，通过分布在机房内外的各个全方位摄像头，运行人员可以看到泵站的各个角落，相当于多了几双眼睛，而且还可以对以前的事件进行回放;安防报警系统则可以大大增加泵站的安全性，提高泵站的技防水平。

但是，该套泵站自动化系统也不尽完善，也有些问题，主要有：

有些现场设备受到介质等条件的影响而工作不稳定，造成自动控制问题较多，比如清水、真空示流器和水泵出口压力传感器，因黄河水泥沙杂质较多，造成工作不稳定，致使自动化开机程序无法进行下去，就只能改成手动操作。

有些水机设备和电气设备同自动化系统的通讯连接有问题，比如进出水阀就没有配套开度显示器，所以导致自动化系统也无法显示进出水阀的开度，还有高低压柜及励磁柜的通讯需要厂家来人进行现场调试，并与自动化系统衔接才能正常工作。

泵站运行工对自动化系统的操作接受还需要一个过程，具体表现为年長工人使用的热情不高甚至有抵触心理，年轻工人也不愿意多钻研，自动化出现问题只会汇报或放弃不用，而不会去主动学习解决问题。特别是软件系统的问题，也没有专业人员进行处理，很小的问题也只能求助自动化公司解决，所以造成管理上的一些问题。

针对以上问题，泵站也在积极处理与改进中，主要是加强全员的自动化知识培训，配备专职的自动化设备管理员，加强与主管科室和自动化公司的沟通，鼓励泵站运行工多使用自动化设备，出现问题积极处理，尽量发挥自动化设备的作用。目前，我中心正在建设以节水、生态、智慧、和谐为理念的“四个灌区”和现代化灌区，泵站自动化监控系统是建设智慧灌区的基础设施，是灌区高质量发展的必由之路，我中心将继续加强泵站自动化监控系统的建设和管理，推进现代化灌区建设，更好地为灌区人民服务。