自动化系统在南水北调台儿庄泵站中的应用

苏阳 孙路 陈伯渠

摘要：随着科技发展的日新月异，泵站逐步向着自动化、信息化、智能化的模式转变。台儿庄泵站的运行管理目标为“无人值守、少人值班”，而要实现这一目标，就需要有过硬的自动化信息水平。现以台儿庄泵站自动化系统为例，介绍了泵站自动化系统概况，泵站自动化系统的组成及存在的问题等，并在技术上进行了一些探讨。

关键词：自动化;控制;泵站;计算机

0    引言

随着计算机技术、网络技术及通信技术的广泛应用，泵站根据实际情况，将各类分散分布式泵站自动化系统各现场输入、输出单元部件，分别安装在高低压开关柜或高压一次设备附近，用以处理各开关单元的继电保护和监控功能;或是使现场的保护和监控部件分别保持相对独立，在泵站中控室内设置计算机系统，与各现场单元部件进行通信联系。

1    台儿庄泵站自动化系统概况

台儿庄泵站自动化监控系统体现了“安全可靠、功能完善、实用经济和结构简单”，在硬件设计上，采取“集中管理，分散控制”的形式，在软件设计上，采用模块化、结构化设计，使该系统能适应功能的增加和规模的扩充。

计算机自动控制系统采用工业环形光纤以太网网络结构、分层分布，分为远控级、主控级与现地级，各级之间可以进行无扰动切换。系统的控制权限越靠近设备，控制权越高。控制权顺序为：现地、中控室与远方。远方控制需经授权才能进行操作。控制系统中设置带密码的授权、核对程序。系统采用了容错设计，保证不会因为任何一个器件发生故障而引起系统误操作。

现地级与主控级采用具有冗余功能的环形光纤以太网实现数据通信，网络交换机选用赫斯曼工业以太网交换机，交换机具备网管功能，为导轨卡槽式安装。主控级通过光纤与管理处（局域网）传送数据，同时与南水北调东线一期工程调度运行管理系统连接，实现数据与图像传输。

远控级设在枣庄调度分中心、省調中心，通过千兆光纤与泵站自动控制系统连接，实现泵站、清污机闸运行参数、状态等信息采集。

主控级设于管理处的调度室内，通过管理处局域网将主机组、变压器、辅机系统、出水闸等机电设备的实时运行信息与数据（如运行参数、状态、水位、流量等）上传至枣庄调度分中心。通过控制网络与现地级建立通信，在中控室操作站的监控画面上实时显示现场所有机电设备的运行状态与参数。

现地控制级是系统最后一级也是最优先的一级控制，它向下接收各类传感器与执行机构的输入、输出信息，采集设备运行参数和状态信号;向上接收上级主机的控制命令，并上传现场的实时信息，实施对现场执行机构的逻辑控制。

1.1    自动化网络

本网络采用单环拓扑结构，考虑到系统冗余的需要，网络控制中心采用双节点结构，并预留千兆端口连接至上级监控泵站或管理中心。

主干环网交换机采用德国赫斯曼公司的工业以太网交换机。网络控制中心选用2台MICE系列MS30-1602SAAPHC交换机，该交换机为千兆模块化网络交换机，支持2个千兆端口模块，16个10M/100M以太网端口，并且可以扩展到24个百兆端口，以满足扩充情况下对网络的端口需求。

1.2    上位机软件

监控计算机兼主机软件配置Win2000操作系统、开发平台软件Intouch（RT）10.0、监控运行平台软件Intouch（RT）10.0以及在以上平台开发的系统应用软件，完成的功能：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。运行值守人员通过主机CRT的图形化画面进行整个泵站运行监视、控制和数据库报表管理。

通过Intouch软件实现双机热备用。当主用机发生故障时，备用机的数据库具有与故障系统相同的内容且能继续对过程做数据登录，并且对以前登录的数据具有完全的访问权限，一旦主用机恢复正常，就可以自动进行数据同步，切换过程无扰动。

现上位机操作站实现功能：正常自动启停机组、远控及监视励磁系统、远控闸门启闭、远控供配电倒闸操作、远控清污机运行、远控监视冷水机组、监控机组运行状况（开关量与模拟量）、监视所有通信设备及辅机设备运行情况、监视电气运行情况、监视泵站上下水位及流量、机组运行报表、按需调取运行数据等。

1.3    自动化现地控制

现地控制单元设置PLC集中控制，其中每台主机分别设置1套PLC，计5套;公共设备如主变、站变、110 kV进线、厂用电及直流等设置1套PLC，以上共计6套。6块现地控制屏每块屏另配置1套液晶触摸屏，分别接入各自PLC，实现现地操作及监测功能，经网络交换机上光纤环网。另外，风机动力柜、供水泵动力柜、排水泵动力柜、空压机动力柜、排涝涵闸动力柜分别各设置1套PLC，清污机闸设置3套PLC，清污机及皮带输送机设1套PLC，共计9套，各配一个以太网通信口进行数据交换。电气继电保护装置和同步电动机励磁装置通过RS-485串行通信口与各自PLC连接;温度、液位等传感器通过RS-485串行通信口或4～20 mA输出与PLC连接。

泵站10孔快速（工作闸门5孔、事故闸门5孔）闸门采用液压启闭机启闭，每孔闸门油缸内配置2套开度仪，共计20套。系统设置2套美国GE PAC Systems RX3i PLC，具备以太网通信接口，PLC单独组屏。将液压系统的自动控制纳入泵站计算机自动控制系统中，确保机组与闸门能正常联动工作，装置动作情况及监测量数据及时上传，实现快速闸门的自动控制。

清污机闸9孔闸门采用卷扬式启闭机启闭，每3孔闸门设置1套现地控制箱，共计3套，目前现地控制箱布置在户外。3套PLC、3个触摸屏及9个开度荷重显示仪分别安装于3套清污机动力配电控制箱内，1套赫斯曼交换机安装于1#动力控制箱内，提供的9套闸门开度传感器安装于启闭机转轴上，实现9孔清污机闸门的自动及现地手动控制。

清污机闸处还设有9孔清污机及1台皮带输送机，该系统设置1套LCU控制屏，屏内布置1套美国GE PAC Systems RX3i PLC，具备以太网通信口。将清污机系统的自动控制纳入泵站计算机自动控制系统中，確保清污机能实现现地、自动及定时清污并上传数据。

系统配置一套GPS卫星时钟系统，其中包含时钟同步信号扩展器，在与上位机对时的同时实现设备对时功能。

2    存在的问题

2.1    自动化系统硬件设备老化

自动化系统硬件设备老化，如操作站及服务器出厂时间较早，该系列产品及零部件生产厂家早已停产，设备损坏后虽然能够维修，但部分零部件已停产造成寻找匹配部件时间较长，且有些硬件设备不能方便地找到替代产品，直接影响泵站自动化系统的安全稳定运行。

2.2    自动化系统软件版本较低

自动化系统软件更新、升级较快，如数据库、操作系统等应用软件，安装时软件版本较低、兼容性较差，后期不能及时进行更新升级，不利于流程、界面的进一步优化提升。

2.3    前端设备不可靠

通过近几年的运行发现，上位机系统中的大部分数据显示不准确或无数据显示等问题，都是由于数据采集器、传感器或执行机构等前端设备出现故障所致，而不是由于自动化本身的原因，在故障处理中需正确作出判断。

2.4    系统维护水平有待进一步提高

目前，泵站自动化系统设备主要是依靠设备厂家或代维单位进行维护管理，在专业程度上还需要进一步提升，当设备出现故障或缺陷时，大多要依靠代维专业技术人员来处理，造成了故障或缺陷处理不够及时等问题。

3    结语

自动化系统控制已经作为基本的控制方式广泛应用于大型泵站工程，并利用网络将泵站内的许多智能装置进行互联，实现了信息共享，但系统内的许多数据资源远没有充分利用。因此，充分利用数据资源将是今后重点关注的方向，可以利用实时数据实现机组功率因数控制、叶片角度自动调节、事故应急处理、多台机组的经济运行方案优化、设备全寿命周期管理等功能，确保泵站安全运行，提高泵站运行效率，继续向泵站智能化方向迈进。

[参考文献]

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[3] 邢维勇.变电站综合自动化系统存在的问题[J].现代经济信息，2009（14）：264.

收稿日期：2020-05-26

作者简介：苏阳（1987—），男，山东枣庄人，主要从事大型泵站工程调度运行管理工作。