摘要：我国中小型泵站已实现了“少人值守”的综合自动化系统，还没有实现“完全无人值班”的运行模式，本文叙述了无人值班泵站主要设备的选型，并重点论述无人值班远程监控技术在泵站系统中的应用。
关键词：远程监控 少人值守 无人值班 环形网络
1泵站自动化技术的目前状态
自从20世纪九十年代将计算机监控技术用在泵站以来，经过20年的发展，已经有了长足的进步。目前已经全面采用计算机综合自动化系统，实现了少人值守，提高了泵站的自动化水平，减少了维护人员、值班人员，改善了值班人员的劳动强度和工作环境。但由于泵站的控制技术比较复杂，要求所有子系统相互配合，对整个泵站状态进行有效监控，为远程监控中心传输实时运行信息，目前泵站自动化技术刚进入无人值班远程监控的起步阶段，下一步走向数字化、智能化泵站则还需要一个较长的发展时间。
2无人值班远程监控技术
无人值班远程监控技术就是在泵站没有值班人员，将泵站的各种参数、图像和控制功能利用光纤传输到远离泵站的远程监控中心，值班人员，远距离对泵站进行监控。一般远程监控中心都是建设在生活条件较好的城镇。泵站采用了综合自动化系统后，实现了少人值守的运行模式，减少了运维人员，还具有远程通信的功能，可将泵站的各种参数上传到调度中心。这样，改善了泵站的管理、提高了泵站的自动化水平，也保证了泵站运行的安全性和可靠性。
要实现泵站无人值班远程监控技术，就应该保证整体泵站自动化系统能“运行安全，控制可靠”，为了达到这个目标，应该满足下面四个条件：性能优良的一次设备；合理设计二次系统的硬件与软件，尤其应该有可靠的通讯通道；适应于无人值班的管理制度；高素质的泵站运行管理人员。
3无人值班远程通信网络的设计
在通常的网络通信中，单星形以太网是用得最多的一种网络拓扑结构，它结构简单，传输效率高，设备用量少，投资省，所以应用还是很多的。但是这种网络拓扑没有冗余功能，可靠性比较低，不宜作为远程监控的通信网络。，为了保证远程通信的可靠性，有三种工业以太网络结构供选择。工业以太网是基于IEEE 802.3（Ethernet）的强大的区域和单元网络。
3.1双星形通信网络
双星型通信网络就是采用两套相同的单星形网络，这样就解决了单星形网络没有冗余功能的缺陷，提高了网络通信的可靠性。由于两套单星形网络彼此是独立的，不能识别另一套系统的工作状态，所以网络系统出现故障时，都是通过上位机或服务器进行判断，需要重新寻址，故双星型网络的自愈时间需要10秒～30秒左右。为了光纤的安全，建议采用两根光纤通信，但是架设光纤的成本会提高。
3.2单环形以太网网络
环形网络是将各个通信节点接成环形，它具有基本的链路冗余功能。当环形网络中某处链路断开，它就变成单星形网络，不会使通信中断。
环形网的以太网装置较多，投资比双星型网络略高，网络自愈时间不超过500毫秒，它旳通信效率略低于星形网络。目前，凡是多个泵站（或梯级泵站）实现无人值班时，均推荐采用环形网络通信结构。
3.3双环形以太网网络
对网络通信可靠性要求非常高时，可以采用双环形以太网网络。它是两个独立的环形网组成，网络设备较多，投资较大。
由于两套环形网络都具有链路冗余功能，故通信可靠性非常高，网络自愈时间也是不超过500毫秒，一般用于大型泵站或其他重要的控制系统。
4泵站无人值班远程监控系统的设计
4.1泵站的计算机网络设计
在少人值守运行模式时，泵站计算机网络大都是采用单星形以太网，配备了多台计算机供值班人员工作。在无人值班模式运行时，为提高网络通信的可靠性及考虑投资成本，都是采用双星型以太网，因此要求通信设备都要具有双以太网通信口。
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泵站还有不少的设备，如：温度检测装置、励磁系统、电度计量表、直流监控装置等等，这些设备只有RS485通信口，没有以太网通信口，影响了通信速度。为了解决这个问题，我们用通信管理机，将RS485通信口转换成双以太网通信。
4.2泵组自动控制
泵组的控制是泵站安全稳定运行的核心，最关键的控制设备是可编程控制器PLC，是一种以微处理器为核心，按照预定的逻辑条件进行动作的智能装置。PLC以其体积小、功能强、可靠性高、使用灵活、维护方便、抗干扰能力强，在泵站领域，由于其适应性的特点，得到了广泛的运用，既简洁明了，效率和性能又高且可靠。
PLC都是配置有二个以太网通信口，以便组成双星型以太网。在大中型水电站中，为了保证控制更加可靠，更是配置双CPU、双电源、双以太网的PLC。存储器分为系统程序存储器和用户程序存储器，系统程序存储器用来存放由PLC生产厂家编写的系统程序，并固定在ROM内，用户不得直接更改。用户程序存储器用来存放用户编写的各种程序，例如梯形图，编写后可修改。I/O单元是PLC与工业现场连接的接口。输入单元由按钮、继电器接触开关、行程开关、光电开关以及各种变送器、传感器等装置产生，然后转换成数字信号传送到CPU中去。输出单元主要有继电器、指示灯、电磁阀等，PLC通过控制输出单元的状态来实现控制目的。电源既可以为CPU供电，又可为各类模块供电。
整个泵站自动控制LCU屏按分层分布式的结构设计，因而可以保证有个别部件损坏时，不会影响全部系统的正常工作。
4.3自动化元件选型
泵站自动化控制与远程监控的基础在于自动化元件，通常采用相应的传感器实现水位、压力、流量、温度、闸门开度等非电量信号的采集，而电流、电压、功率等电量信号则通过智能仪表或带测量功能的微机保护装置采集，有功电能、无功电能通过电子式电度表采集。需注意的是，目前电子式电度表完全具备电流、电压、功率等测量功能，因此相应的智能仪表可以酌情不配。
4.4微机励磁系统
泵站励磁系统则采用微机励磁系统，采用三相全控桥整流线路，直接采集转子的转速、频率，经过隔离器隔离送至微机控制器处理，微机分析各个信号控制投励、灭磁及逆变状态，并选择具有欠压、弱流、电机失步、冷却系统故障、快熔元件损坏等保护等，且配置了双励磁调节器的结构，互为热备用，在无人值班运行模式下，具有很高的可靠性。
4.5工业视频系统
无人值班泵站都配置了工业视频系统，可以随时远程监视泵站设备的工作状态。采用数字式摄像机，组成数字式工业视频系统。这种数字式摄像机具有以太网通信口，已经将图像数字化了，传输、储存图像都很方便，内置了可控的云台，可以远距离对摄像机进行调节，只要将摄像机连接上以太网交换机就可以使用。
4.6保护监控设备
保护监控装置是泵站的重要设备，我们用DSP芯片研制了双以太网通信口的保护测控装置，运算速度快，保护工作可靠，方便组成双以太网。可根据泵站实际需要配置故障录波装置、校时装置等设备。
4.7高低压开关柜的选型
高低压开关柜是无人值班泵站重要的一次设备，它们的工作可靠性保证了无人值班泵站的安全运行。在35kV电压等级，可采用KYN61－40.5铠装移开式交流金属封闭开关设备。在6kV～10kV电压等级，可采用KYN28A－12户内金属铠装抽出式开关设备。400V低压开关柜可以采用GCK低压抽出式开关柜。
5采用基于Internet网络的远程监测系统
在许多场合，只需要检测控制对象的数据及图像，不需要进行远程控制操作，此时，只要有Internet互联网的前提下，可以利用华自科技公司的HZNet系统来传输数据和图像。HZNet系统是利用Internet网络将千万个用户连在一起，可省去架设光纤和维护光纤的工作。通过该系统客户在有Internet网络的地方都可以浏览自己厂站的任何信息。该系统有权限操作设置，有防病毒措施。还可以对监控进行远程软件维护。
6结束语
远程监控系统具有工作可靠性高，运行速度快，网络有自愈功能，保密性强，能远程进行软件的维护，通信距离远等特点，故无论是在民用场合，或是在军工场合，都有极大的使用价值。
作者简介：
周沙（1980-8-30），女，专科，工程师，研究方向为电气自动化，华自科技股份有限公司，长期从事电力系统水电站、变电站、泵站大坝监测等技术设计、管理工作。
论文作者:周沙
论文发表刊物:《基层建设》2018年第28期
论文发表时间:2018/11/15
标签：泵站论文; 网络论文; 以太网论文; 系统论文; 双星论文; 环形论文; 以太论文; 《基层建设》2018年第28期论文;