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摘要：泵站作为工农业供水以及电厂排水的重要设施，其运行安全是目前泵站最为关心的问题，而泵站计算机监控系统可以对泵站的运行状态进行实时监控，确保其安全有效地运行。本文对泵站计算机监控系统的设计原则进行了分析，并通过实例分析泵站计算机监控系统设计进行详细分析。
关键词：泵站；监控系统；设计；实现
前言
随着水利工程的快速发展，其自动化程度不断提高。而泵站计算机监控系统在大中型泵站中的应用对其自动化程度的提高具有非常重要的作用，其作用主要是采集泵站现场数据，并对其进行处理，控制和调节设备，并对设备运行状态进行监视，及时发出警告信息等功能，可以有效地提高泵站的运行管理水平，同时减轻工作人员劳动强度。总之，在泵站中设置计算机监控系统可以实现远程自动化监控，达到少人值班，甚至无人值班的目标，提高泵站工作效率，减少维护量，有效发挥泵站防灾抗灾的作用。
一、泵站计算机监控系统设计原则
泵站的监控对象主要有机组、公用辅机、励磁以及保护的控制等。机组部分主要有电动机、传动机构以及水泵，监控系统应对机组各工作点进行不间断地监视，随时对水泵抽水叶片的角度进行调整，进而调整抽水量，使机组的运行状态处于工作状态下。公用辅机系统主要是指泵站内的油、气、水系统，监测系统要不断检测油、气、水三个动态量，当有任何一项缺少时要及时进行补给，在达到标准值后及时停止。同步电动机是大型泵站的必要设备，而励磁又是同步电动机的必要运行条件，监控系统要对励磁系统进行自动调节，确保其处于恒功率、恒电流、恒电压以及恒角度的工作状态，确保励磁在最佳状态。泵站中的保护状态有电动机保护、变压器保护以及非电量保护等，保护系统在泵站中是一个相对独立的系统，其各类参数均是自行采集判断，这样可以避免因为控制系统的指令错误而产生误操作。
泵站计算机监控系统的设计主要依据以下几个原则，首先安全原则，确保泵站运行的安全可靠，实现站内监控及远程控制，最终实现无人值班。其次监控系统的软硬件及网络结构要成熟可靠以及标准化，保证监控系统的可靠性高、可利用率高、可维护性好、便于扩孔，且有成熟的技术服务支持和长期的备品。网络结构一般采用开放分布式系统结构。监控系统中还应对重要单元和模件进行冗余容错配置的设计，各LCU的监控范围应该相对独立，确保其不因主控级的故障而影响各LCU的监控功能。LCU以PLC可编程控制器为基础，采用D/A输入、输出和现场总线的方式与现场的仪器仪表进行连接。总之，泵站计算机监控系统应该具有功能综合化、结构分布分层化、设备操作监视微机化、运行管理智能化以及通信网络光缆化等特点。
二、泵站计算机监控系统设计实例分析
泵站的基本功能有数据监测、运行控制、保护功能以及系统管理，智能化泵站的功能有智能控制与调节、智能调度、智能服务、云端计算、数据挖掘、智能视频。其中智能调控与调节包括机组叶片调节和智能灌溉，智能调度是通过对流量、扬程、功率等参数计算出各机组的运行效率，优先运行效率高的机组，可以有效提高机组的运行效率。智能服务包括异常预警及故障诊断、设备健康评估、综合调度及优化派工、移动应用以及备件管理。
本文以某工程的泵站为实例进行分析，该工程是闸泵结合的形式，抽排流量为40m3/s，竖井贯流泵中叶轮直径1770mm，异步电机型号为YKS500-8，总装机容量为1600kW，平直进水流道以及虹吸式出水流道，断流采用电磁式真空破坏阀。
该项目监控系统采用开放式分层分布的系统结构，站内监控工作站、PLC、触摸屏以及数据库服务器设备均挂在以太网上，通过现场总线实现PLC与传感器和设备的数据通信。系统控制权限分为两级控制，分别为现地控制和中控室控制，其中现地控制权限较高，二者可以进行灵活切换。另外从图1监控系统结构图中可以看出上位机系统中配备了两台主机兼操作员工作站，这两台设备互为冗余，实现对设备运行参数和状态的监控，并下发命令，及其监督现地控制单元LCU对命令的执行。历史服务器工作站主要是采用报表以及曲线的方式存储数据，以供用户查询。上位机还可以通过二次开发组态软件，对数据库、报表以及画面进行维护升级。从图1中可以看出下位机配备了两台机组现地控制单元控制主机泵，一台公用现地控制单元控制电气设备、辅机以及闸门等。LCU将设备运行参数实时传输给上位机系统，同时接收命令，反馈命令执行情况。GPS确保系统的可靠性和一致性。
图1 监控系统结构图
下面将结合该工程实例对泵站计算机监控系统中的重要部分：上位机系统、现地控制单元系统进行详细分析。
首先是上位机系统，该项目中的上位机采用的是施耐德的Vijeo Citect 组态软件，并对其进行了二次开发，主要是对泵站设备的运行数据进行采集和处理，做到实时监控，实现设备的控制调节，同时还要做好数据管理、查询以及GPS时钟校对。其中采集和处理的数据主要有开关量和模拟量，因为中断开关信号量属于无源接点输入，因为系统对开关量信号以及事故信号采用中断方式接收。对开关量信息的采集为定期扫查，同时采集过程中还需要进行接点防抖动处理、数据有效性以及合理性判断、软硬件滤波等技术处理，再经过格式化处理存储在实时数据库中。模拟量的采集和处理主要有上下游水位、变压器、流道压力、主机温度等参数，主要采用周期采集、越线报警的方式，同样经格式化处理后存储在实时数据库中。实时监控的内容主要有设备的运行和停止情况，实时显示设备的各类运行参数，运行人员可以通过显示屏实时监视泵站设备的运行状态。对参数越线和故障状态通过光字显示以及画面弹出和语音报警等的方式来对运行人员进行提醒。另外，运行人员还可以通过事故追忆的功能对事故发生前10s以及后20s内的参数变化进行查询。控制调节功能主要是操作员利用鼠标和键盘对泵组、辅机、闸门、高低压电气设备、清污机等设备的运行情况进行控制。主要是开、停泵组，合、分断路器，启、停辅机设备等。运行人员只需在操作界面上点击设备图形或控键，则会自动弹出控制画面，再经过二次确认，系统则会自动执行操作流程，运行人员只需对系统执行的每一步进行观察，在执行完成后，点击操作结束即可。数据管理和查询主要是通过历史服务器进行，本项目的数据库为Vijeo Historian 数据库，接口方式为ODBC，可以实现求平均值、最大、最小值以及最后值等数据处理。查询方式主要有报表查询、事件查询以及曲线查询。GPS时钟同步装置作为时钟标准，确保主机兼操作员站、PLC以及数据库服务器等设备的时钟同步。
其次是现地控制单元，本项目的现地控制单元采用的是施耐德的触摸屏和Premium系列的PLC，具有数据采集和预处理以及控制操作和监视功能。现地控制单元在与上位机连接后可以接收上位机的控制，执行其命令，与上位机脱离后又需要其对泵站进行监视和控制。本项目中电气设备配备现地LCU，机组设备配备现地LCU2套。现地控制单元的触摸屏采用的是施耐德的XBTGT5330，与PLC通过以太网连接，Modbus TCP/IP协议，运行人员可以通过触摸屏切换查询开关量、模拟量以及温度量，进而了解泵站的运行情况。运行人员还可以通过触摸屏查询报警点和故障点，进行现场确认，通过触摸屏记录确认时间。运行人员通过触摸屏进行操作，在操作时要注意进行权限切换，权限为远方控制时，控制权限为上位机系统，则触摸屏无法进行操作。而当权限为现地控制时，运行人员可以通过触摸屏进行操作，上位机则无法进行控制。其中PLC采用施耐德的Unity-Pro软件进行编程，该软件结合了PL7和Concept的优点，功能强大，解决问题的能力也得到了大幅度提升，开放程度高。
三、总结
泵站计算机监控系统可以降低运行人员的劳动强度，最终实现无人值班的目标，提高泵站运行的安全性和可靠性。另外，监控系统还需要留有与其他系统的接口，实现与上级集控中心的连接，实现统筹调度。
参考文献
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论文作者:缪应培
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2019年2期
论文发表时间:2019/6/14
标签：泵站论文; 监控系统论文; 现地论文; 设备论文; 上位论文; 系统论文; 计算机论文; 《建筑学研究前沿》2019年2期论文;