泵站监控系统自动化设计

摘 要：随着我国经济建设的发展，自动化监控技术被广泛地应用到各个领域。泵站作为城市排水防涝和工农业中供水的重要设施，也逐渐进入自动化的行列。本文结合多年工作经验，阐述了泵站监控系统自动化的设计要点与思路，为泵站监控系统的自动化设计提供参考。

关键词：计算机监控系统；无人值班；控制单元；设计

随着我国科技水平和综合国力的大力提高，水力资源在国民经济建设中体现出其越来越重要的地位，我国对水利工程建设上也加大了投资力度，合理充分地利用水力资源显得越来越重要。泵站作为水利资源调动中不可缺少的一个重要部分，但目前国内大部分的泵站的控制和管理还处于相当落后的状况，与国外相比具有很大的差异，所以必须对现有泵站电气自动化提出更高要求。

1泵站的控制对象

1）对机组的控制。水泵机组分电动机、水泵以及传动机构3部分，控制系统应根据要求调整水泵抽水叶片角度，加大或减少抽水量，调整机组的运行状态，使机组工作在预定的工作状态。系统应不断监视机组的各部分工作点，以便及时调整和报警。

2）对公用辅机系统的控制。所谓公用辅机系统是指为水泵机组运行提供所需运行条件的设备系统，具体指泵站内的油、气、水系统。控制系统对这些设备的控制是一种自动的闭环控制，即油、气、水3个动态量在正常运行状态下不断检测，当缺少任何一项时系统自动启动进行补给，当加到标准值时，自动停止。

3）对励磁系统的控制。大型泵站一般使用的是同步电动机，励磁是同步电动机运行的必要条件。励磁电流调节在最佳状态，即其功率因数为最佳值，所以控制系统应对励磁系统进行自动调节使励磁系统工作在恒功率因数状态、恒电流状态、恒电压工作状态和恒角度工作状态。

4）对保护系统的控制。泵站设有各种保护装置，变压器保护、电动机保护、非电量保护等。且是一套独立的闭环保护控制系统，它的各种电参数和非电量参数都是自己采集判断动作，只有这样才能保证不会因被控制系统的误指令而发生误动作。

2泵站计算机监控系统设计原则

1）满足安全可靠运行的需要，实现“无人值班”（少人值守）既可实现站内监控，又能实现富平调度中心的远程监控。

2）泵站计算机监控系统采用成熟、可靠、标准化的硬件、软件、网络结构，确保响应速度快，可靠性和可利用率高，可维护性好，先进、经济、灵活和便于扩充，且有长期的备品和技术服务支持。泵站计算机监控系统采用开放分布式系统结构。

3）为提高监控系统可靠性，系统具有冗余容错设计，重要的单元或模件采取冗余配置的方式。对于每台机组，各LCU监控范围明确且相对独立，不会因主控级发生故障而影响各LCU承担的监控功能。各LCU以可编程控制器（PLC）为基础构成，与现地各仪器仪表采用D/A输入、输出及成熟的现场总线方式进行通信。

4）泵站自动化监控技术具有功能综合化、设备操作监视微机化、结构分布分层化、通信网络光缆化及运行管理智能化等特点。

3泵站系统计算机监控系统的设计

该工程计算机监控系统兼做该工程调度中心，其计算机系统采用开放式分层分布式系统，系统分为调度与泵站集中控制层、现地控制单元层和网络层3层。泵站内部采用以太网进行数据的传输，保证传输的可靠性；泵站之间采用广域网连接，满足开放式分布系统标准，网络介质采用光纤电缆，通信规约采用TCP/IP，网络的传输速率为10/100Mb/ps。

该工程的计算机监控系统应具有以下控制方式：LCU、RTU现地控制、中央控制室集中控制（调度控制中心）、富平调度中心远方控制。

此时，该工程计算机监控系统主要承担系统的监控任务，同时采集其他3个泵站LCU（包括远方RTU）的信息，进行数据处理，同时负责与富平调度控制中心进行通信及通道监视。当富平调度控制中心由于通道中断或设备故障失去功能时，该工程计算机监控系统可在脱离调度端的情况下，自主完成对系统的实时监控、输水调度和运行管理功能。集控（调度中心）/现地方式转换开关设在LCU、RTU处。富平调度中心远方/集中控制方式转换开关设在中控室。

计算机监控系统各LCU设有“现地/远方”切换开关。在现地控制方式下，各LCU只接受通过现地层人机界面、现地操作开关、按钮等的控制及调节命令，泵站层设备及远方调度中心只能采集、监视来自现地的运行信息和数据，而不能直接对各LCU的受控对象进行远方控制与调节。

在泵站计算机监控系统厂站层应能进行“泵站控制调节/调度中心控制调节”软切换操作。当计算机监控系统处于“电站调节”方式且相应LCU处于“远方控制”方式时，厂站层可对泵站主辅设备下发控制和调节命令，上级调度中心则处于监视状态；当计算机监控系统处于“调度中心调节”方式且相应LCU处于“远方控制”方式时，泵站层可作为上级调度中心的子单元根据调度中心的调节指令对电站主辅设备控制和调节命令。控制、调节方式的优先级依次为现地层、厂站层和调度中心。

3.1该工程主控级

该工程主控级既是刘集系统的调度中心，又作为该工程计算机监控系统的中枢，负责执行统一控制操作。主控级设备主要包括操作员工作站、工程师工作站、通讯员工作站、GPS卫星对时装置、UPS电源以及打印机等设备。

3.2现地控制（LCU）级

监控系统的现地控制层在分布式控制系统中是非常重要的环节之一，是针对某一特定的控制对象而设置的LCU，负责完成现场设备各种数据的采集、处理及事件的记录，信息传输，设备控制、保护等工作，并通过以太网通讯协议与主控级计算机相连，传送运行设备的实时数据。考虑到泵站需要监控的对象以及泵站的规模，因此在泵站内部不设置计算机，只运用可编程控制器实现对泵站的控制。

3.3网络层

网络层负责传输“现地控制单元（LCU）”层和“主控级”层之间的数据及控制信息。网络层主要由交换机、光纤等数据传输设备组成，网络采用双总线交换式光纤工业以太网，构成高可靠的网络结构。系统软硬件均采用模块化、结构化设计，具有高度的可靠性、安全性、实时性、实用性、灵活性和便于扩充。另外，通信网络传输层协议采用TCP/IP协议，保证了系统的开放性和通用性，并具有更强的系统扩展和功能分布性。

4系统计算机监控系统的特点

该工程计算机监控系统按“无人值班”的原则设计。既可实现泵站集中监视控制，又能实现调度中心远程监控。泵站计算机监控系统可以保证泵站安全、可靠和经济运行，满足泵站防洪、灌溉等的调度要求，改善运行人员工作条件，提高泵站的运行管理水平。

该工程采用全计算机控制的分层分布开放式系统结构。系统由主控层、现地控制（LCU）层及连接它们的网络层组成。系统整体安全可靠、实用经济、技术先进，易于维护。具体设计特点说明如下。

4.1系统的可靠性

为达到“无人值班”，监控系统具有极高的可靠性，采用成熟可靠的、标准化的硬件、软件、网络结构以及汉化操作系统。各单元相互独立，不互相影响，功能上不依赖于监控计算机，增强了整个系统的可靠性和可用性。

4.2系统的开放性与可扩性

系统主要硬件设备选型符合计算机技术发展迅速的特点，采用全分布开放式系统，网络通信上均采用开放的TCP/IP以太网协议，能在泵站环境下长期连续稳定运行。系统中的各工作站计算机及其系统软件均符合开放系统要求，便于功能和硬件的扩充和升级。

4.3功能的完善性

本系统按“无人值班及少人值守”的原则设计，整个系统配备完善的应用功能，特别是泵站远方调度控制功能，能稳定可靠地与上级调度中心进行数据通信，实现上级调度自动化系统对泵站的遥测、遥信、遥控、遥调功能，实现远方调度控制功能。

监控系统能与泵站水情测报系统、水质监测系统、火灾消防报警系统、工业视频监控系统、泵站信息管理系统、综合保护自动化系统及将来可能出现的其他系统进行可靠的通信。

4.4系统的安全性

该系统功能完善并按照模块化进行设计，具有确保硬件及软件的安全性措施，防止监控系统硬件或软件的故障或缺陷对现场设备的危害。针对泵站集中监控的特点，在保证安全的操作和通讯方面也采用了一定的可靠性措施。

4.5现场手动操作与控制

为满足与机组检修后同步投运的安全、可靠要求。机组现地控制单元具有部分设备状态现地显示及必要的常规操作功能，使运行人员在机旁能完成机组投运或调试中的操作。

4.6良好的通信功能

泵站计算机监控系统通过广域网实现与全线泵站监控系统进行通信，完成全线调度中心对泵站的监测与控制等功能。计算机与各设备之间的数据通信，其原则是速度快、数据处理能力强、安全可靠性高。

5结语

综上所述，泵站自动化监控是利用现代科学技术武装泵站大幅度提高泵站现代化管理水平的重要举措。如何将泵站自动化工作做好，真正发挥现代科学技术的作用是摆在我们面前的一个重要的现实问题。相信在不久的将来，随着我国对水利建设的大力投资和调水工程的逐步展开，泵站的计算机自动化监控系统会被广泛使用。

参考文献

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