微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)在泵站的應(yīng)用

徐溫泉

（廣東省梅州大堤管理處北堤管理所 梅州市 514031）

隨著計算機(jī)技術(shù)、自動化技術(shù)以及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，為建立高效的監(jiān)測以及管控體系提供了很大的幫助，在泵站建設(shè)中，采取自動化技術(shù)不僅提高了設(shè)備的運(yùn)行率，還能夠提高管理效率，本文以具體的工程為例闡述微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)在泵站的應(yīng)用。

1 工程概況

黃塘排澇泵站是梅州大堤北堤防洪排澇工程一座防洪、排澇電排工程。位于程江河與黃塘河的交匯處，是全面提高北堤防洪能力，保障梅州城區(qū)防洪安全的重要工程措施。泵站上游集雨面積73.7 km2，總裝機(jī)容量為6 400 kW，排澇流量115 m3/s。黃塘排澇泵站于2003年由廣東省計委批準(zhǔn)立項(xiàng)，項(xiàng)目包括1.15km年新建程江河堤，工程于2006年10月8日開工，至2009 底全面完工，大大提高了江北城區(qū)的防洪排澇能力。

黃塘排澇泵站計算機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)包括計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)、微機(jī)保護(hù)系統(tǒng)以及監(jiān)控系統(tǒng)。其中計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)是泵站遠(yuǎn)程監(jiān)控的重要組成部分，負(fù)責(zé)對8 臺潛水電泵機(jī)組、2 臺站用變壓器、2 扇水閘及8 扇防洪閘門等主要設(shè)備的運(yùn)行信息采集和重要流程的控制；微機(jī)保護(hù)系統(tǒng)是遠(yuǎn)程監(jiān)控的核心部分，保護(hù)設(shè)備的可靠運(yùn)行，對泵站重要設(shè)備運(yùn)行的安全性起著重要作用，在本研究中主要分析微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)在泵站的應(yīng)用；圖像監(jiān)控系統(tǒng)作為計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的輔助工具，更加直觀地為操作人員掌握設(shè)備、運(yùn)行操作提供方便。

2 微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能

微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)綜合了保護(hù)、檢測、管控、通信等功能，能夠保護(hù)電源，不會受到設(shè)備運(yùn)行以及通信系統(tǒng)的干擾，能夠獨(dú)立進(jìn)行工作。微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)中的勵磁硬件設(shè)備的設(shè)計采用了模塊化設(shè)計，便于維護(hù)。參數(shù)的設(shè)計既可以通過現(xiàn)場數(shù)據(jù)錄入，也能夠從上位機(jī)中下載得到。在通信方面，上位機(jī)和除了閘門以外的各個部分全部采用相同的通信協(xié)議，可靠性高，整個系統(tǒng)的設(shè)計更加具有層次性，能夠保證靈活的選用系統(tǒng)參數(shù)，安全性高。

泵站微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計需要實(shí)現(xiàn)的功能包括檢測功能、控制管理功能、微機(jī)勵磁功能以及保護(hù)功能等。微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的檢測功能主要體現(xiàn)在上位機(jī)監(jiān)測各種設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)和參數(shù)變化中。在完整的微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計中，站變、主變以及主電機(jī)上下導(dǎo)瓦等的溫度都會輸送到保護(hù)單元中，進(jìn)而與上位機(jī)通信。現(xiàn)場壓力變送器把水壓力、油壓力等信息變換后，與上位機(jī)的信息交換。RS-485 通信線將勵磁裝置的狀態(tài)監(jiān)測到的數(shù)據(jù)域上位機(jī)通信，對應(yīng)機(jī)組的運(yùn)行情況能夠在勵磁綜合控制器上顯示出來。在現(xiàn)場的信息采集中，葉片角度能夠采用葉片角度編碼器采集信息，上下游水位通過超聲波水位計來采集信息，儲能罐油位通過紅外線液位探頭采集信息，這些采集到的信息通過PLC 轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號后傳輸?shù)缴衔粰C(jī)。泵站設(shè)備檢測的電壓判斷得到的通訊信號，泵站設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)以及報警信號等都是傳送到上位機(jī)進(jìn)行監(jiān)測。

設(shè)備運(yùn)行的功率參數(shù)通過上位機(jī)閉環(huán)進(jìn)行調(diào)節(jié)，若是上位機(jī)出現(xiàn)故障，在現(xiàn)場就可以通過勵磁綜合控制器來調(diào)節(jié)鍵盤的主要運(yùn)行參數(shù)。上位機(jī)能夠記錄勵磁裝置的運(yùn)行參數(shù)，在裝置運(yùn)行不正常情況下，上位機(jī)和液晶顯示屏中會出現(xiàn)相應(yīng)的信號。

微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的管理控制功能的實(shí)現(xiàn)。微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計中，上位機(jī)直接控制電動道閘、斷路器等，現(xiàn)場的監(jiān)控單元主要實(shí)現(xiàn)分和控制命令、依照實(shí)際運(yùn)行情況，及時調(diào)節(jié)葉片角度大小。上位機(jī)設(shè)定空壓機(jī)以及供排水泵的參數(shù)，并自動調(diào)節(jié)參數(shù)變化。在設(shè)計中，上位機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)故障報警功能，在系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)中設(shè)定了各個菜單畫面，能夠清晰地獲得主機(jī)溫度參數(shù)以及水壓力、油位等信息。勵磁系統(tǒng)中的運(yùn)行方式以及參數(shù)等僅僅通過鼠標(biāo)以及鍵盤就能實(shí)現(xiàn)調(diào)整。為加強(qiáng)系統(tǒng)的管理工作，在微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計中還涉及了多層防護(hù)程序。

微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)保護(hù)功能，微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)能夠精確的記錄故障發(fā)生的時間以及類型等，進(jìn)而判斷故障參數(shù)變化。保護(hù)裝置的查詢通過PLC輪流查詢，一旦出現(xiàn)保護(hù)動作，上位機(jī)能夠把保護(hù)動作信息傳達(dá)到系統(tǒng)中。主機(jī)保護(hù)的設(shè)計能夠?qū)崿F(xiàn)橫差保護(hù)以及過電流保護(hù)等，除了電量保護(hù)方面，還設(shè)計了勵磁參數(shù)狀態(tài)的保護(hù)。

3 泵站監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)監(jiān)控對象分為主設(shè)備和輔助設(shè)備，主設(shè)備包括變壓器、電動機(jī)等，輔助設(shè)備包括隔離開關(guān)、斷路器、空壓機(jī)、配電設(shè)備、閘門等。泵站系統(tǒng)監(jiān)控內(nèi)容包括設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)、設(shè)備的模擬電量以及計算機(jī)設(shè)備的運(yùn)行狀況等。

當(dāng)前在泵站監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用中，采用的系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)主要是開放分層式的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，機(jī)組和變壓器的設(shè)計布置在同一控制網(wǎng)絡(luò)中，能夠?qū)崿F(xiàn)不同系統(tǒng)之間的閉鎖控制以及信息共享功能，系統(tǒng)計算機(jī)來存儲機(jī)組運(yùn)行信息，實(shí)現(xiàn)計算機(jī)自動化管理。在泵站的計算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計中，將信息的采集和控制融為一體，能夠?qū)崿F(xiàn)信息的顯示、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)控和控制，并能夠?qū)崿F(xiàn)報警、數(shù)據(jù)分析以及打印報表，遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計構(gòu)成了分布式控制系統(tǒng)，監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)保護(hù)結(jié)構(gòu)如附圖所示。

附圖 監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)保護(hù)結(jié)構(gòu)圖

在監(jiān)控系統(tǒng)的配置中主要包括三層：第一層為站控級，包括網(wǎng)絡(luò)打印機(jī)、工作站以及通信站等，第二層是工業(yè)冗余以太環(huán)網(wǎng)，有通信光纜和交換機(jī)組成，第三層是現(xiàn)地控制單元。泵站設(shè)備的控制設(shè)計采用了站控級控制室操作員站集中控制的方式，根據(jù)實(shí)際的工作情況自動控制，在與設(shè)備操作相關(guān)的控制以及現(xiàn)地單元的控制中采用手動控制，能夠?qū)崿F(xiàn)受到操作規(guī)程。現(xiàn)地控制站在執(zhí)行操作中，不僅能夠執(zhí)行上位控制層的命令，同時也能監(jiān)控設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。

4 提高微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)可靠性措施

在泵站微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計中，需要采取相應(yīng)的措施提高系統(tǒng)的安全可靠性。在泵站的設(shè)計中，綜合考慮影響微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的干擾因素，泵站中影響微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)使用的主要因素包括電源的干擾以及電磁場的干擾，在電網(wǎng)運(yùn)行中，一些大功率設(shè)備的啟停會對電網(wǎng)產(chǎn)生較大的干擾，形成的脈沖電壓疊加到額定電壓上，嚴(yán)重影響微機(jī)系統(tǒng)的正常輸入。在泵站微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計中，有很多的接口通道以及通訊設(shè)備，數(shù)據(jù)在傳輸中會產(chǎn)生變形、延遲等情況，這些也會造成干擾。在泵站的設(shè)備中，很多設(shè)備都屬于電磁場發(fā)射體，如電動機(jī)、變壓器、高壓線路等，這些設(shè)備的電磁強(qiáng)度對于微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)而言影響較大。另外微機(jī)自身所含有的大規(guī)模電路元件也會產(chǎn)生電磁場干擾。

在提高可靠性中，現(xiàn)場設(shè)計采用不間斷電源UPS 來供電，消除架空系統(tǒng)供電，將UPS 接入用電系統(tǒng)的母線上，一旦出現(xiàn)故障能夠?qū)崿F(xiàn)電源之間的切換，不影響系統(tǒng)的監(jiān)控和運(yùn)行。系統(tǒng)設(shè)備均采用雙回路設(shè)計，提高安全可靠性。

在抗干擾的設(shè)計中，開關(guān)量輸入輸出通道上采用光電隔離器件，防止脈沖電波干擾。電源回路本身也是造成干擾的因素，所有的智能控制單元的電源全部經(jīng)過隔離變壓器隔離，減少干擾的侵入途徑。在監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計中，將各控制柜、PLC 以及模擬量屏蔽線全部接地。

5 微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)施效果

系統(tǒng)設(shè)計將以太網(wǎng)、自動化系統(tǒng)、變電站等連接在一起形成統(tǒng)一的系統(tǒng)，系統(tǒng)采用了德國赫斯曼R32-FX/FX 工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)，極大地增加了系統(tǒng)的抗干擾能力。在機(jī)組保護(hù)控制方面采用了PLC 可標(biāo)稱控制軟件，設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性大大提高，在機(jī)組LCU 的設(shè)計中觸摸屏的設(shè)計能夠顯示運(yùn)行參數(shù)，方便控制。

在輔機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計中包括了排水供水、真空抽水以及壓縮空氣等系統(tǒng)，各個系統(tǒng)的設(shè)計相互獨(dú)立，全部連接到LCU 中，接受機(jī)組LCU 的命令，控制操作更加方便。在電源的設(shè)計中，所有保護(hù)設(shè)備接入太環(huán)網(wǎng)均是采用TCP 光纖環(huán)網(wǎng)。即使環(huán)網(wǎng)上存在個別斷點(diǎn)，也不會影響網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行。保護(hù)測控裝置采用了模塊化設(shè)計更加突出了控制優(yōu)勢。從經(jīng)濟(jì)性角度分析，微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計能夠根據(jù)流量的要求來確定最佳泵組臺數(shù)，減少了資金投入。

微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)在泵站的運(yùn)行中實(shí)現(xiàn)了少人值守、經(jīng)濟(jì)高效的目的，泵站啟停更加自動化，能夠自動控制和顯示泵站信息，實(shí)現(xiàn)故障報警功能，經(jīng)過2年時間的使用，微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行正常，設(shè)備良好，達(dá)到了設(shè)計要求，開機(jī)效率大大提高，提高了工作效率。

6 結(jié) 語

本文主要以具體的工程為例，分析微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)在泵站中的應(yīng)用。微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)在泵站的使用經(jīng)過了10 多年的發(fā)展，技術(shù)比較成熟，當(dāng)前有不少大型排洪泵站已經(jīng)采用了微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計，在以后的發(fā)展中，各個泵站微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)將會加強(qiáng)聯(lián)系，實(shí)現(xiàn)水資源的充分利用。

[1] 雷三明,余海明.泵站微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的可靠性分析及措施[J].科技信息,2011,25:443,824.

[2] 成占五. 馬南水閘電排站微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及其設(shè)備配置[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2014，（28）:202-202.

[3] 郭莉莉,李辰霄.淺談微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)在泗陽第二抽水站中的應(yīng)用[J].江蘇水利,2012,（3）:27-27,30.

[4] 孫達(dá)新,芮紅霞,王東,等.微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)在引灤工程潮白河泵站中的應(yīng)用[J].海河水利,2011,（1）:46-47.

[5] 徐克星,房釗.大張莊泵站微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的可靠性分析[J].城市建設(shè)理論研究（電子版）,2013,(27):34-35.