計算機自動化及遠程監控系統在水利泵站的應用

孟令明，彭 菲，姜 爽，傅思維，邱天堯

（1.松遼水利委員會水文局（信息中心），吉林 長春 130000；2.嫩江尼爾基水利水電有限責任公司，黑龍江 齊齊哈爾 161000；3.松遼水利委員會水文局黑龍江中游水文水資源中心，黑龍江 佳木斯 154000）

0 引言

水利泵站穩定運行必須實現對泵站管理的信息以及泵站工作的狀況信息進行采樣，任何環節的信息得不到采集將無法達到對水利泵站進行控制。過去傳統泵站的運行控制都是通過人工進行控制的，水利泵站24 h 的運行中必須由工作人員堅守管理。由于人工實施控制管理存在很多無法預知的疏忽問題，水利泵站長時間運行經常會發生安全性的事故。為了杜絕這一類問題的發生，相關機構以及研究單位提出，將水利泵站的控制管理工作升級成由計算機進行自動控制，實現遠程對水利泵站進行控制管理，從而提升控制管理泵站的效率以及安全性。

1 水利泵站主要控制形式及優缺點

1.1 人工控制

人工控制主要是通過管理人員人工檢測水位、流量以及水泵的轉速數據，管理人員依據泵站運行控制的標準對泵站現有設備進行手工調節，人工控制具有很大的缺點，例如：人工操作精度不高、勞動的強度非常大，并且設備之間的協調性較差，不能使整個系統達到最佳協調運行。但是這種控制也存在一定的優勢，例如：泵站簡單成本低，非常適合小型泵站的運行調度。

1.2 半自動控制

半自動控制是將采集的數據傳輸到控制室，泵站相關數據會通過上位機展現出來，泵站工作的過程實時受到管理人員的監控，管理人員通過上位機數據變化對泵站實施遠程控制，這種控制形式仍然需要人為進行控制，因此，這種控制形式會受到人為因素的影響，也會增減管理人員的工作強度。

1.3 自動化控制

自動化控制是計算機技術和工控技術相結合對水利泵站進行控制的技術，它是采集數據、處理數據與實時監控無人參與的控制模式。一般是利用PLC下位機進行數據采集、分析、處理，并對設備實施調控；上位機由組態軟件和PC 組成，與下位機通過網絡實現通信，進而達到對泵站進行自動控制。

通過以上3 種控制形式的分析不難看出，自動化控制的形式具有一定的優勢，其控制的自動化程度非常高，在監控、管理運行上非常完善，因此，這種控制形式是水利泵站今后發展的方向。

2 水利泵站計算機控制系統的基本結構

控制系統基本結構主要有上位機監控、PLC 下位機組成，系統在滿足自動控制水利泵站的同時，還具有一定的擴展性與兼容性。

2.1 計算機的系統監控

確保水利泵站能夠實現自控控制管理的關鍵因素為：控制系統必須引入對系統運行進行實時監控的功能，從而能夠獲得對系統進行自動調節數據。監控從功能上可分成管理層面、控制層面、設備層面等。見圖1 所示。

圖1 自動監控基本結構

管理層面主要是幫助管理泵站的運行以及對相關信息的收集，確保管理人員能夠實時了解泵站實際的運行情況[1]。控制層面主要控制泵站實施自動化的控制，對泵站工作過程的信息、數據實施相應的處理，并能夠實現圖像視覺監控和人機對話的功能，進而達到有效提升泵站工作的效率。設備層面控制主要控制泵站具體閥門、機組、開關，同時還對泵站的閥門以及機組設備實施監控。具體層面控制能夠通過相應接口和計算機實現信息的交流，同時通過相應軟件實現在顯示屏顯示監控相關參數與信息，具體控制層面也能夠實現對泵站進行獨立的控制，實現收集數據、整理數據、控制泵站等一系列的工作，從而達到提升泵站工作的效率。

2.2 計算機控制保護系統

在水利泵站自動控制的過程中，計算機保護系統能夠確保泵站穩定工作，它能夠保證泵站各單元獨立工作。泵站各系統通過總線互相通信，當某分支系統出現問題，控制系統會自動將其斷開，防止發生由于一個分支系統出現故障而影響整個系統的運行。為了使各系統具有一定的獨立性，各系統都配備獨立完善的控制系統，避免各系統之間存在連帶性。

2.3 影像監視系統

該系統主要是通過WinCC 組態實現的，影像監視系統的播放是利用多媒體技術實現，從而確保工作者能夠實時地掌握泵站運行的狀況。

在監控狀態下，工作者達到對各個泵站的工作現場實施監控，在遠程管理平臺上能夠掌控泵站實際運行的狀況，進而達到有效提升操作人員管理、工作的效率。

3 水利泵站自動控制系統的主要功能

3.1 針對泵站設備工作的狀態進行檢測

水利泵站在實際的運行過程中容易出現很多問題，要確保水利泵站能夠安全可靠地運行，必須對其運行的各個設備進行運行狀態的檢測，從而能夠實時了解泵站工作狀態與參數。在泵站運行的過程中，系統監測能夠對泵站中的各個部分運行的狀況實施監測、進行實時的數據采集，隨后系統會將采集的泵站設備工作運行的相關數據以及相關信息傳送到計算機，計算機會將這些數據和系統智能專家實施比較與分析，通過分析的結果，在分析計算泵站運行設備是否存在問題，同時針對問題實施科學性評價。上述過程是一個非常復雜具有一定高度的控制過程，在國內外已經有很多專家研究學者對其進行了大量的研究與實驗，而且在這方面取得了很多經驗與成績。在水利泵站實際的運行過程中，設備運行狀態的檢測是一個相對獨立的信息系統，但實際上它與控制系統又是相互聯系、相互幫助的關系，因此在水利泵站實際運行過程中，兩者需要相互結合、相互促進，達到資源相互共享。

3.2 運行的管理

當前對于自動化控制的研究以及使用已經非常成熟，但仍然在很多機械設備的運行不能達到自動化控制與自動化監控的程度，尤其水利泵站的運行控制，水利泵站運行的過程較為復雜，一方面泵站的工作環境相對較為惡劣，這對于控制系統提出了很高的要求；另一方面，水利泵站控制的過程也相對復雜，這也對控制系統提出了技術要求。因此，針對水利泵站實際的環境以及工作的原理，首先對于自動控制系統設備的選用進行嚴格的要求，使其能夠在惡劣的環境內正常工作；其次針對水利泵站的工作原理，對其控制進行深入的研究，使其完全能夠滿足控制的要求，并在控制的軟件設計上，加大對采集數據能夠精確分析以及智能判斷的研究與實現；最后利用閉環檢查的方式達到對水利泵站運行設備進行管理。

3.3 控制流量的系統

水利泵站工作的主要內容是控制泵站的水量大小，因此，針對水利泵站進行流量控制是水利泵站工作中的關鍵點，這也是計算機自動控制與自動監控的最重要功能。在對水利泵站進行控制與監控的過程中，其主要的工作是全程對泵站的流量變化進行監控，在對流量進行監控的過程可從以下幾方面實施：①在水利泵站工作的過程中，全程監控泵站水流量數值參數的變化；②在水利泵站工作的過程中，對沿線各個分水點水量參數的變化進行檢測，同時還要對泵站設備工作狀況以及水庫實際情況進行監控。在實際流量檢測的實施中，首先設定檢測時間段，對水利泵站在靜態時的水流分配以及動態時水流量實施檢測，假如監測顯示流量變化較小，可對泵站運行的機組進行調整葉輪使其達到一定的平衡，當檢測顯示流量的變化較大時，可相應減少運行機組的數量達到調整的目的。

3.4 調度

水利泵站的調度是保證泵站能夠安全可靠運行的基礎，在水利泵站日常運行的工作中，必須與泵站實際的工作狀況相結合實施相應的調度工作。調度指揮中心的工作人員必須根據計劃設定的流量以及相應的方案，確保泵站能夠正常運行。在實際工作的過程中，要對水利泵站進水池與出水池之間水位差以及泵站設備的運行數據實施校對，當在確保泵站系統能夠安全、可靠運行的基礎下，對運行的方案實施進一步的優化，同時把控制信息傳輸到相應位置，隨后對應流量產生的變化，再對流量的控制進行相應的調整。當前，我國在水利泵站上實現自動化的控制與自動化的監控的單位很多，且部分水利泵站已經實現了少人值班，甚至出現了無人泵站的地方，最終完全實現了遠程控制與監控的目的。

4 水利泵站運行的自動化控制應用與分析

4.1 自動控制系統中計算機監控的應用與分析

對泵站運行狀態實施計算機監控的具體方法有3 種：①遠程監控的方式，管理人員可以遠程通過計算機控制系統監控泵站運轉工作；②通過泵站控制室對泵站的運行進行控制，這種控制主要是管理人員通過手動進行控制與對設備進行調節工作；③利用LCU 進行自動控制，這種控制方式是計算機控制發生故障時使用的，管理人員通過觸摸屏啟動停止設備運行，運行過程都是通過LCU 中的程序進行控制，它能夠確保泵站穩定工作，并且能夠合理實現設備之間的最佳配合。

4.2 泵站工作過程中計算機保護應用與分析

泵站計算機保護能夠確保泵站控制系統正常運行，本保護具有全數字化的保護功能，且保護裝置組件均裝于保護箱內，保護箱能夠將出現的事故進行記錄，并能夠將上述的數據通過保護箱顯示屏顯示出來，顯示器具有人機交互的功能，其操作非常簡單，就是不懂程序的操作人員也能通過漢字提示進行正常操作。

4.3 泵站工作運行狀態圖像系統的應用與分析

泵站工作運行狀態圖像系統能夠減輕管理人員的實際工作量，可以實現遠程對泵站進行監控、各區分屏顯示、圖像信息存儲、運行異常報警等，不僅能夠提升對泵站管理的效率，同時還能實現泵站自動控制。另外，泵站圖像系統還具有擴展硬件接口，從而使其具有很高的功能擴展，從而為今后泵站的升級與優化提供了開發基礎。

5 結語

隨著當前計算機技術的高速發展，水利泵站逐步進入到計算機控制時代，計算機的自動控制為泵站運行工作帶來非常大的幫助。因此，應該大力發展水利泵站計算機管理與控制的實施，確保我國在水利泵站的管理與運行實現現代化。水利泵站實現計算機管理與自動化控制，不僅能夠提升泵站的工作效率，同時還能夠減輕管理人員實際的工作強度，另外還能減少由于操作失誤帶來運行事故幾率。隨著我國經濟、科技的高速發展，我國在水利泵站運行控制方面將會全面實現計算機管理與控制，進而會推動水利泵站經濟效率的大幅度提升。