关于泵站监控系统研究

摘要: 泵站担负着城市排水防涝的重要任务，其控制系统的自动化监控能达到减员增效和提高管理水平的目的。本文对泵站的监控系统功能设计及设备选型进行探索，以供参考借鉴。

关键词：泵站；监控系统

Abstract: urban drainage pumping station for the downstream reaches an important task of automatic monitoring of the control system can achieve downsizing to improve efficiency and raise the level of management purpose. In this paper, the pump station monitoring system function design and equipment selection for exploration, to supply for reference.

Keywords: pump station; Monitoring system

中图分类号： TV675 文献标识码：A 文章编号：

由于东江水源输水管线传输距离较长，各站分布较分散,因此操作人员控制变频器存在时间长、距离远，不能全面了解各站运行状况的问题，为了提高工作效率，保证设备运行稳定，自动监控系统在泵站广泛被应用。

一、泵站监控系统分析

（1）备用水源井群系统构成

备用水源泵站系统由42眼水源井泵房和呈/Y0形分布、长约14.4 km的输水管路共同构成,通过潜水泵、输水管线将地表水送至惠州蓬陵村,并在输水管线末端装有管道压力计、电磁流量计和退水阀(当管线压力超出允许的压力范围时,阀门打开泄压)。

42眼水源井以对井分组共设21个井站,对井为1深1浅(120 m/250 m),间距30 m,各井站之间相距约500 m。每处井站设置有箱式变电站,每眼水源井泵房均装设潜水泵、变频器、电动蝶阀、多功能水泵控制阀,压力式水位计,管道压力计,磁感式水表,以及相关配电控制设备。

（2）监控系统需求

①在各个水源井泵站实现对本地水泵控制设备的现场通信。每眼水源井机组的运行状况由变频器控制,变频控制又分为通讯口(Profibus-DP)控制方式和开关量(DI/DO)控制方式。同时采集水泵的相关工作状态、供水量、井中水位、水管压力、供电参量等数据。

②建立监控中心与21处水源井分站稳定的通信联络,实现接收管理所的控制命令、反馈监测数据;与变频器、电力仪表、远传水表、压力计及水位传感器实现数据通信,信息采集、执行指令的传输延迟不应超过5s。

③远程控制状态下可接收并执行监控中心指令,控制水泵的启动、调速、停止,同时将采集参量上传管理中心。远程控制即由管理所监控中心通过计算机指令选择控制方式,PLC执行后通过变频器控制水泵的启动、停止与调速。

④在管理所调度中心对所管辖水源井泵站、水位监测站、流量站实现远程控制、监测,自动采集各站的运行数据,实现数据显示、报警、存储、曲线、查询、汇总、打印输出报表等功能。

（3）监控系统框架

根据备用水源井群结构以及对监控功能的需求分析,监控系统大致分为3个部分。

现地控制环节:使用采集控制设备通过变频器控制水泵的启动、停止与调速,同时采集水泵的相关工作状态、供水量、水位、水管压力、供电参量等数据,并将数据汇总打包。无线通信环节:建立稳定的无线通信连接,通过每个站的无线终端将21个站的数据包分别传送至监控中心,实现中心服务器与现场采集控制设备之间的双向传输。上位软件环节:将接收到的数据包通过数据组态形成友好的人机操作界面,实现数据的分析处理、存储备份、权限管理及报表输出等功能。

（4）监控系统功能设计

基于泵站系统的框架,监控系统以管理所为监控中心,下设21个水源井分站共计42个采集控制系统,每个水源井分站作为一个单独的子系统。PLC(Programmable LogicCo nt roller)是可编程控制器的简称,是以微处理机为基础,综合了计算机技术、自动控制技术和通信技术等现代科技而发展起来的一种新型工业自动控制装置,他具有多输入/输出接口,并具有较强的驱动能力,广泛应用于电力、水利等行业。本系统采用PLC作为现场采集控制传输设备。为了预防PLC组件出现故障而导致两眼井的控制同时受到影响,单站系统采用两组PLC组件分别对应浅井和深井,并以通信PLC组件为节点进行数据汇总。每个泵站的两套控制系统相对独立,分别采集对应井的管井水位、管道压力、流量信息、电表数据和变频器等相关状态参量。由于是远程控制,需要考虑到通讯中断时系统的运行状态。正常情况下,外部控制设备发生故障不能中断供水,也就是说程序本身要有自锁功能,在失去通讯的情况下保持线圈接通。通过开关量方式控制变频器时,如果失去与控制柜的连接,如线缆断裂或者控制柜失电将会导致继电器-接触器线圈失电,也会造成非正常停泵。所以对电气段也要进行自锁,采用触发式启动而不能使中间继电器长期吸合。基于实际工况,当采集到的管线压力过大、水位埋深低于安全警戒线、控制柜内电流过大时,应当立即使线圈失电以防止机组烧毁或产生重大安全事故。在程序中设置了水位埋深、管线压力、机组电流警戒自动保护和通讯报警等功能。

在现场数据传输方面见图1,以通信PLC组件作为主站,与深井、浅井PLC组件以及深井、浅井的变频器组成Profibus网络。PL C与变频器之间以总线通讯作为其主要的工作方式,除此之外还增加了数字开关量的控制方式,两者互为备用。最后,通信PLC组件完成站内两个系统资源的数据汇总,通过485连接方式与通讯终端连接并上传数据。图1为单个水源井泵站的通讯结构图。

图1泵站通信结构

由于泵站相对分散并且多数分布于野外,对这些设备的实时监测存在铺设线路成本高、维护费用高、不易调整等问题。无线通信链路采用GPRS(General Packet Radio Service)数据传输网络,在其基础上可进行多种数据传输业务,按数据流量计算运行费用,网络覆盖面广,具有数据传输速率高和永远在线的特点。根据现场实际情况,本系统选用GPRS传输方式作为无线通信手段,进行中心主叫返回式通信。

二、设备的选型

本项目变频器采用了ABB公司的ACS800系列变频器,DP通讯选用与之配套的RPBA-01通讯模块。PLC方面则采用了西门子公司的S7-300系列和S7-200系列可编程控制器,其主要由CPU模块,电源模块,通讯模块,模拟量和数字量模块所组成。S7-300系列作为系统的通讯PLC组件,CPU型号为S7-315-2DP,485通讯模块型号为CP341;S7-200系列作为系统浅井与深井的PL C控制采集组件,CPU型号为CPU224。GPRS终端选用了某公司的GF-2008W DT U型GP RS通信模块。

三、现场控制部分

（1）PLC控制变频器的方式

随着智能化的发展和普及,使用PLC与变频器结合,实现变频器的远程控制,是目前电气传动远程控制中的主流。一个变频PLC控制系统通常由3部分组成,即变频器本体、可编程控制器PLC部分、变频器与PLC的连接部分[2]。变频PLC控制系统的硬件结构中最重要的就是连接部分,根据不同的信号连接,其控制方式也相应的改变,就PLC对变频器的控制方式而言主要有3种。