珠海竹洲头泵站计算机监控系统

摘要：随着计算机监控系统的不断完善和普及，大型泵站监控系统都采用了计算机监控系统以提高泵站站管理效率和安全运行能力，同时对于大型变频泵组的控制也越来越离不开计算机监控系统。介绍竹洲头泵站的结构、功能，以便更多的人对大型供水泵站计算机监控有系统的了解。

关键词：计算机；监控系统；功能

1 工程概况

竹洲头泵站位于广东省珠海市斗门区白蕉镇六乡社区西江右岸竹银水库上游6.5km处。竹洲头泵站设计规模按澳门、珠海供水进行供需平衡计算，考虑留有适当余地，泵站从西江抽水规模为80万m3/d。在正常运行情况下，补库输水平均流量为9.3m2/s，水库向平岗泵站供水量为100万m3/d，供水流量为11.57m2/s，年利用小时数3280h。

根据泵站所需扬程、流量、站址的地形地质及总平面布置条件，泵站设4台工作泵，1台备用泵，单机流量为2.40m3/s，单机容量2240kW，总装机容量为11.2kW。

2 系统结构

根据泵站运行特点，泵站按单元划分：电动机抽水泵机组单元，每台水泵组为一个单元，设一个现地控制屏，布置在机旁；泵站供电、变电及公用设备设一公用控制屏，布置在中控室。同时泵组还配备了电动机绝缘检测装置，以及水泵电机震动检测系统。

泵站计算机监控系统按分层分布的原则，系统分层结构自下而上，设泵站级计算机监控层和分布的设备单元监控层，仅包含现地设备单元监控层。

系统结构图如下：

3 系统设备

3.1现地机组LCU屏

现地控制单元（LCU）的PLC选用进口的GE 90—30系列产品，它是美国GE Fanuc公司中高档型的PLC，模块化结构，通信和扩充性能良好。CPU选用90—30系列PLC中较高档的CPU 360，该CPU具有240K内存和高速运算能力。外置10Mbps以太网卡和通讯模块，支持以太网的广播方式通信和MODBUS通讯方式，大大提高网络数据交换效率，可采用光缆直接与主控级监控层网络交换机进行高速数据通信。

现地控制单元的人机界面选用配套的12彩色液晶（或以上）的彩色触摸屏。

现地控制单元应有当地监控功能，可脱离上位机系统独立运行。电度量的采集可使用脉冲输入或通过电度表的通讯口输入。泵组LCU除了通过硬接线方式与变频装置、温度巡检装置等进行联系外，还可以通过RS485串行口（MODBUS协议）与之通信。现地控制单元必须配置足够的RS485口满足上述通讯要求。

泵组现地控制单元应包括与泵组相关的辅机控制。

现地控制单元（LCU）主要完成数据的采集及数据预处理功能，应具有现地操作和监视功能，同时也应具有紧急停泵功能。当LCU与主机系统脱离后仍然能实现对泵组进行必要的监视和控制功能，这些功能包括泵组的开机、停机等操作，泵组运行状态及参数的监视，泵组运行工况转换，以及断路器、隔离刀闸、地刀、阀门等的操作。

保护装置的重要信号通过硬布线与各现地LCU连接，其他信号通过保护系统以太网交换机与电站计算机监控系统通信。除安装在开关柜的保护装置外，泵组、主变保护屏布置于中控室。全站用辅机控制系统的数据通过以太网接口送至泵站计算机监控系统。

每套泵组LCU上需要配置一块多功能电表（采用PMAC9900E产品）、三相有功无功变送器和三相电压变送器。多功能电表用于显示泵组各种参数，并通过RS485接口将数据传送给监控系统，通讯协议为MODBUS；三相功率和电压变送器输出4～20mA信号被PLC采集。

根据单元划分，每台机组设置一套机组LCU屏，主要由PLC（或控制器）和现地显示操作终端、电气测量变送仪表、开关、按钮、指示灯、硬布线跳闸继电器、报警装置等构成。现地显示操作终端采用一体化工控机带12彩色液晶触摸、按键屏。

机组LCU与保护系统、辅机设备控制装置等监控对象的接口将采用数字式通信为主，结合采用远程I/O设备和辅助硬布线连接，数字通信采用开放性好的现场总线技术，总线通信介质采用光纤或双绞线。

3.2公用LCU屏

全站在中控室设置一套公用LCU屏，主要由PLC（同机组PLC）和现地显示操作终端、电气测量变送仪表、开关、按钮、指示灯、硬布线跳闸继电器、报警装置等构成。现地显示操作终端采用一体化工控机带12彩色液晶触摸、按键屏。公用LCU上需要配置三块多功能电表（采用PMAC9900E产品），采集对象分别为1台主变高压侧、1台站用变、电容器组，多功能电表用于显示各种参数，并通过RS485接口将数据传送给监控系统，通讯协议为MODBUS。

根据设计需要安放一些公用设备，如其它系统提供的火灾报警控制器、保护系统交换机、公用辅机控制系统交换机和上下游水位显示仪等等。

公用LCU与厂用电和公用设备控制装置、保护系统、直流系统等监控对象的接口将采用数字式通信为主，结合采用远程I/O设备和辅助硬布线连接，数字通信采用开放性好的现场总线技术，总线通信介质采用光纤或双绞线。

4 控制功能

泵站计算机监控系统完善1-5#机组、主变等的自动控制系统，系统结构采用分层分布的开放式系统结构，由主控层和现地控制层组成。

计算机监控系统按“无人值班，少人值守”原则。系统既有一定的先进性，又有较高可靠性和实用性，满足设计时先进，运行时不落后的基本要求，系统有较强的升级换代能力。整个系统一次规划设计，分步实施。

（1）技术的先进性。系统结构与配置结合国际最新计算机硬件产品，软件产品，快速的网络交换技术，实时工业控制产品与未来发展，充分利用计算机领域的先进而成熟的技术。

（2）系统的安全性。系统是标准化的成熟产品，功能完善并模块化，并具完备的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。针对梯级泵站集中监控的特点，在保证操作安全性，通讯安全性方面也保留一定的可靠性措施。

（3）功能的完善性。本系统按“无人值班，少人值守”的原则，整个系统采用全计算机控制方式，配备完善的应用功能，特别是预留与地调、MIS信息管理系统及其他计算机系统的数据通信、数据共享功能。满足梯级泵站集中监控、优化运行的特点。

（4）抗干扰能力。系统网络采用光纤技术，避免了不同设备之间的电信号连接。现场信号也采用光电隔离或其他隔离措施。

（5）充分利用PLC的高可靠性及逻辑方面的优点，保证机组的各种工况下的安全转换及顺序控制。由PLC完成全站的控制与调节，保证全站运行可靠。LCU在脱离主控级的情况下，仍能保证泵组安全运行。

（6）现地手动操作与控制。为满足与泵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泵组投运或调试的操作，并且现地控制等级优先，以保证泵站在PLC故障或任何自动控制失灵的情况下的安全停机。

主控级监控层功能

1）运行监视和事件报警

定时从LCU采集全站泵组、变压器、断路器、隔离开关、公用设备、母线、闸门等生产设备的运行参数和运行状态，更新实时数据库。在LCD上显示运行监视图、操作结线图等各种画面，以及趋势曲线，各种一览表、测点索引等，定时刷新画面上的设备状况和运行数据，使运行人员可清晰地监视全站生产过程的运行状态、操作状态过程和报警信息。

上位机还能响应LCU确认后上送的模拟量越，复限、梯度越限、开关量状变和监控系统自诊断故障等各种事件，根据预置要求进行语音、音响、简报、事件一览表登录，自动推出相应报警画面和事故处理提示、画面闪光和变色、打印事故追忆记录等操作。

2）控制和调节

①运行人员在控制台通过LCD向LCU发出各种生产过程的控制调节命令，监视操作的全过程，并可在必要时干预控制操作的执行。

②现地厂控层在发出控制命令时，将通过交互对话过程让运行人员进行控制命令确认、操作方式选择。

⑧在操作执行过程中，LCD将显示操作各主要阶段进行的过程，命令菜单上当前执行和已完成的步骤将显示不同颜色，某步骤完成后，相应的设备图标将改变图符和颜色，在操作一览表上登录操作结果或失败原因。

3）运行指导、运行管理和统计报表

提供开、停机操作指导，主系统操作指导，站用电系统操作指导画面及各类提示信息等。

计算机监控系统将能对各设备的运行情况进行统计记录，某些信息还将自动提示给操作值守人员。统计的类型包括设备正常及非正常投切次数、设备运行时间等。另外，计算机监控系统还将对参数越复限及定值变更等情况做统计记录，并可以自动生成各类报表、日志、自动生成和打印操作票等。

4）通讯功能

与各现地级监控层LCU的通信。

与全站微机保护系统的通信。

与泄水闸监控系统通信接口。

与梯级调度中心、水情测报系统、地方电力调度系统的接口。通过预留的2个RS232接口，可将10KV线路、主变、母线等各种信息及断路器状态、保护信息等上传至梯级调度中心、水情测报系统、地方电力调度系统。

5）人机接口

人机接口包括液晶显示器（LCD）、键盘、鼠标和汉字打印机，它不但为运行人员提供对泵站定时监控的各种手段，而且具有对监控系统在线自诊断，投、退设备功能，其实现的功能如下：

①自诊断

当计算机系统及各种单元发生故障或发生错误时，自诊断程序能正确地判断出故障内容，能对外部设备和计算机硬件进行检测，指出故障设备，以便迅速更换。

②自动切换

当主服务器故障时，能将控制权自动切换到备用服务器。

5 总结

总之，泵站计算机监控系统的原理就是通过接收现地各种信号，判断启动条件，实现设备的安全自动控制，并将采集的信号和经过处理的数据信息上传给中控主机，根据泵组的工况及泵组运行的各种频率，同时根据水泵、管道等特征曲线，来保证市区引用水的正常供水。