无人值守智能泵站系统设计探讨

田 彪

（重庆中法供水有限公司，重庆 401120）

0 引言

近年来随着用户对供水安全的要求越来越高，使得自来水公司对远程供水泵站自动控制、科学调配的要求越来越强。本文着重介绍了自来水公司无人值守智能泵站建设过程中自控系统和上位机系统设计标准，同时对安防、通风、配电、通讯等方面的设计规范也进行了阐述。

1 设计要求

无人值守智能泵站系统设计以安全、经济、可靠、实用为原则，应遵循“集中管理、分散控制、资源共享、无人职守”的原则，在线检测仪表系统应遵循“工艺必需、计量达标、先进实用、维护简便”的原则。

实用性：系统设计应满足生产和管理的相关规范，同时应注重实用，上位机和下位机操作应以简洁为主。

可靠性：泵站运行涉及到社会民生，设备性能应具有高可靠性。所以在系统设计初始阶段应考虑到这一点。

经济性：鉴于泵站设备长时间运行的特点，考虑到系统维护、设备维修等因素，所以设备选型应进行经济性比较，选用性价比高的产品。

先进性：系统设计应选择较为先进的产品和控制理念，以应对技术的飞速发展。

安全性：系统设计应以“安全”为主，以泵站的安全稳定运行为前提。设备选型、图纸设计、自动控制功能等须反复斟酌。

2 无人值守智能泵站系统设计标准

2.1 自动控制系统

现场设备设三级控制：就地、现场PLC站、远程调度中心。

就地控制级设有“就地/远程”两种方式。当“就地/远程”开关切换到“就地”模式时，可实现就地手动操作。切换到“远程”时，可以实现远程自动运行或者远程单控操作。泵站现场执行机构、PLC主站、子站应具有下列功能：

（1）实时采集设备运行状态和生产过程数据。

（2）生产现场应配置触摸屏，以实现对设备的数据采集和监视控制。

（3）具有一步化启停车的自动控制功能。

（4）PLC控制系统应采用双机热备系统。

（5）PLC控制系统应具有相应的故障保护功能。

（6）模拟量信号应配置信号隔离器，消除各种干扰，保证数据准确。

（7）PLC、触摸屏应具有可靠的程序加密保护措施，防止恶意修改程序。

（8）PLC控制系统应具有智能预警功能，以便及时发现设备问题和处理问题。

（9）瞬时数据（流量、压力、液位、浊度、余氯等）采用4～20 mA信号接入PLC，累计数据（累计流量）采用RS485总线接入PLC控制系统。

（10）电力数据：高压系统中微机保护装置的电力参数、直流屏、各断路器状态以及过流报警，计量仪表等须接入PLC控制系统。

（11）母排触点温度通过无线传送并显示于现场二次仪表中，然后通过RS485总线接入PLC控制系统。

（12）温度数据：电机绕组温度和水泵、电机轴承温度通过温度巡检仪采集，然后通过RS485总线接入PLC控制系统。

（13）机泵振动监测：在水泵轴承和电机轴承各找两个最不利点安装集成式振动变送器对水泵和电机振动进行监测。将现场采集到的振动信号直接变换为4～20 mA电流信号，通过PLC模拟量模块采集并传送至上位机系统，在各层人机界面上显示振动监测值。人工设定报警限值或进行分析。

（14）水浸监测：在每台机组机座旁的地面安装一个漏水探头（共4个漏水探头），当机组出现滴漏水时，触发漏水探头，实现报警。

（15）门禁系统信号采集及监控：将门禁信号采集到PLC中，并在上位机系统中进行报警（伴随声音）展示。

（16）水泵电机跳闸信号采集及监控：将水泵电机跳闸信号采集到PLC中，同时设计机组启停逻辑保护程序，并在上位机系统中进行水泵电机跳闸报警（伴随声音）显示。

（17）泵房积水监测：泵房应具有积水坑用以收集污水。为保证泵房安全，在积水坑中安装浮球开关，并进行积水液位报警。

（18）排水泵手/自动控制。通常排水泵选择自动运行，即：当积水坑高液位报警时，排水泵启动，排出积水坑内积水；当积水坑低液位报警时，排水泵停止。同时，排水泵应具备就地或者远程手动启停功能。

（19）出水阀：应选用防止水锤功能的重锤阀以防止水泵出现故障时产生水锤。

（20）高压进线远程关断：一旦出现紧急情况时，能够远程关断泵站10 kV高压进线（10 kV进线断路器必须具备电分功能）。

2.2 上位机系统

2.2.1 画面监视

具有完备的上位机系统，可对泵站内所有设备进行系统组织、综合管理、实时监控，应有丰富、生动的画面监视，人性化的操作界面。主要显示画面应有：泵站工艺流程图、泵站数据汇总图、单泵控制界面、电力系统数据监测图、实时报警界面、历史报警界面、实时趋势图、历史趋势图。

2.2.2 参数设定

参数设定分为工艺参数和报警参数。参数设置权限为操作员、工程师、管理员。系统应自动检测参数的范围，超范围的参数应不可设定。

2.2.3 报警处理

报警分实时报警和历史报警。历史报警可以通过选择时间查询任意时间段报警，可以通过名称和组等进行过滤显示。实时报警可以实时显示最新的报警信息，也可以通过报警摘要按钮切换至显示更多的实时报警画面，实时报警可以按照时间和名称等排序。报警未确认为红色，确认后为绿色。报警发生后显示对应的时间、报警名称、注释、报警组、优先级等信息，同时伴随声音提醒。报警声音可以通过上位机界面的复位按钮消除。报警消除时，实时报警消除，历史报警仍记录报警信息。

2.2.4 历史数据的管理

（1）历史数据的存储。模拟量数据（流量、压力、液位、浊度、余氯等）和数字量信号（泵启停操作、运行信号等）应实时存入数据库。

PLC控制系统根据历史存储数据，可计算主要的生产指标（如综合电耗、每台泵单日运行时间、总时间、单耗、效率等），并在相应的上位机系统界面上进行显示。

（2）历史数据的展示。历史数据可以通过趋势图和事件表格展示出来。

事件展示：事件是指运行事件和重要的系统操作。事件登录按时间顺序排列，展示内容应有事件发生的时间、名称、触发值、操作人员、操作节点等。

趋势图：通过趋势图展示数据变化情况，方便数据分析和关联关系，为问题详细分析提供有效依据。趋势图的选择灵活方便，可在任意时间段，任选多条信号曲线，并在该时间段能显示最大值与最小值。

2.2.5 文件报表

要求在上位机系统界面上形成生产日报表、月报表和年报表，具体内容根据泵站实际要求而定。

2.2.6 权限管理

上位机系统根据权限设置，分为四类人员：Viewer、操作员、工程师和管理员。

（1）Viewer基本功能。只允许对各级上位机监控界面进行监视、查看，不允许对界面进行控制操作和参数修改等。

（2）操作员基本功能。操作员只能监视设备运行和更改运行参数；操作员能方便准确地设置或修改运行方式，运行参数限值、巡测时间、优先权等。更改参数时不会中断系统的正常运行。

（3）工程师基本功能。工程师能进行组态程序的编写、系统维护和故障处理。

（4）管理员基本功能。具有上位机系统的最高权限。

2.3 安防系统

2.3.1 视频监控

通过摄像头等图像监控方式观察泵站设备运行状况及泵站内环境状况，确保设备安全和环境安全。即在高压室、电容室、控制室等安装网络摄像机（视频数据接入安防硬盘录像机）；同时每台机组也安装一台网络摄像头，通过工业交换机接入安防视频监控系统。

在视频系统监控到出现异常情况（譬如火花等）时，及时的进行远控应急处理，以防止事故的扩大。

2.3.2 防盗报警

采用电子围栏和门禁等方式确保泵站周界环境安全，一旦出现异常，发出报警信号，以确保泵站安全。

2.3.3 消防安全

各控制室门应为防火门。并在高低压配电室、电容器室、控制室等存在主要电气设备的房间内安装烟感温感报警器，加强对电气设备的保护。同时报警信号传入PLC，实现远程报警。

2.4 通风系统

为保障控制室、高压室等房间内主要电气设备的安全运行，应具有完备的通风设备。在实现风机手动现场控制的基础上，对现场风机信号进行采集和控制，实现远程控制。同时在高压室、泵房等各增加一个温度传感器，当室内温度达到设定值时，自动启停风机，保障高压室、泵房等房间内主要电气设备的安全运行，提高泵房及房间的空气流通性，改善设备运行环境。

2.5 配电系统

（1）高压：采用性能可靠的设备并配智能保护系统，具备通讯及远程开断复位功能。

（2）低压：配电柜应具有双电源切换装置，防雷设计。

（3）直流系统：具有备用电池组。

（4）备用电源：可为低压系统（控制部分）、电动阀供电。

2.6 通讯系统

（1）泵站工控系统网络与IT网络逻辑隔离，降低网络风暴对工控网络的影响。

（2）泵站采用两个主流ISP公司的数据专线进行网络互连，并增设无线回传方案，在任意一条线路出现通信故障时能保证工控业务正常运行。

（3）采集的安防视频数据及机泵设备等运行数据，采用通讯运营商VPN专线回传视频信号。

3 结语

综上所述，无人值守智能泵站通过先进的检测、采集及网络设备实现管理的信息化和现代化，其优势主要体现在人员少、成本低、反应快、可控强、智能性及安全性高等方面。提高了自来水公司的自动化水平，既保证了安全供水又降低了经营成本。