淺談瓜步汛泵站自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

黃敏霞

摘 要：泵站擔(dān)負(fù)著抗御洪水澇、干旱災(zāi)害、農(nóng)田灌溉、改善農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)產(chǎn)，跨流域調(diào)水等方面的起著重要作用，故實(shí)現(xiàn)泵站自動(dòng)化系統(tǒng)是現(xiàn)代泵站建設(shè)的一項(xiàng)重要任務(wù)，它可以大大提高泵站的高速化、高效率、實(shí)時(shí)性、可靠性、靈活性等方面有著明顯的優(yōu)勢(shì)，能提高泵站運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)效益。

關(guān)鍵詞：軸流泵自動(dòng)化系統(tǒng)視頻圖像系統(tǒng)大屏幕顯示系

中圖分類號(hào)：TY675 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791(2012)07(a)-0031-02

1緒論

泵站在抵御洪澇、干旱災(zāi)害，改善農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件，實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)，跨流域調(diào)水，鄉(xiāng)鎮(zhèn)給排水等方面起著極為重要的作用。

1.1 選題的意義

大瀝瓜步汛泵站是以提高大瀝城西的部分城區(qū)、羅村西隆片澇區(qū)的排澇工程。上述片區(qū)的降雨特點(diǎn)是：雨量大，強(qiáng)度大，年際變化大，年內(nèi)分配不均勻。由于現(xiàn)狀排澇體系的不完善，北村水閘及瓜步汛水閘關(guān)閘后，圍內(nèi)河涌水位上漲，由于機(jī)場涌水位比香基河～雅瑤水道的水位高，導(dǎo)致機(jī)場涌的水向香基河、大布涌倒流，使機(jī)場涌、大布涌和香基河的水位上漲。而現(xiàn)有的排澇能力已不適應(yīng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要，特別是上述片區(qū)的工業(yè)化進(jìn)展迅速，大量禾田、魚塘轉(zhuǎn)化為工業(yè)用地，河涌萎縮，過流能力降低，從而導(dǎo)致兩岸低洼地的內(nèi)澇。

瓜步汛泵站工程的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為按遠(yuǎn)期10年一遇24小時(shí)暴雨1天排干；設(shè)計(jì)排澇流量48.0m3/s，采用4臺(tái)1800ZXB12－3.4斜式軸流泵機(jī)組，配套電機(jī)單機(jī)容量為630kw，總裝機(jī)容量為2520kw；水泵進(jìn)水流道底珠基高程-4.1m。

本工程屬社會(huì)福利和公益性工程建設(shè)范疇，工程建成后達(dá)到10年一遇24小時(shí)暴雨1天半排干的近期目標(biāo)，解決大瀝西部的譚邊、興賢等村委會(huì)以及羅村西隆片澇區(qū)洪澇災(zāi)害的逼切問題。

1.2 泵站存在的主要問題及要解決的辦法

1.2.1 泵站存在的主要問題

泵站存在的主要問題突出地表現(xiàn)在泵站設(shè)施老化，效益出現(xiàn)明顯衰減。造成以上情況的原因有以下幾點(diǎn)。

(1)使用時(shí)間長，磨損老化嚴(yán)重，加之排灌設(shè)備多在潮濕、通風(fēng)散熱不良的環(huán)境和多泥沙、雜質(zhì)的水中運(yùn)行，則更加快了設(shè)備的老化。

(2)有些設(shè)備質(zhì)量低劣，施工安裝質(zhì)量差。

(3)有些工程或因規(guī)劃布局不當(dāng)，或因選型配套不合理、工程不配套，不能達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

(4)很多站管理粗放，管理人員素質(zhì)低。

1.2.2 泵站應(yīng)解決的辦法

(1)有計(jì)劃地更新改造。泵站設(shè)備要分年列入計(jì)劃，有計(jì)劃地更新改造。

(2)提高泵站管理單位的管理水平。

(3)加強(qiáng)科學(xué)研究和技術(shù)推廣工作。要搞好泵站的更新改造、經(jīng)營管理和規(guī)劃設(shè)計(jì)工作，必須重視科學(xué)研究，依靠科學(xué)技術(shù)進(jìn)步。

2瓜步汛泵站工程施工概況

2.1 工程概述

南海區(qū)大瀝鎮(zhèn)瓜步汛電排站工程水泵選用1600ZLB9-5型立式軸流式水泵，電機(jī)配用TL800-20/2150型10kV、300r/min、630kW立式同步電動(dòng)機(jī)4臺(tái)，總裝機(jī)容量2520kW；輔助設(shè)備主要有主機(jī)組安裝檢修用的16/5t雙梁橋式起重機(jī)1臺(tái)、4臺(tái)防洪閘門QPQ2x8t卷揚(yáng)式啟閉機(jī)、電動(dòng)清污機(jī)6臺(tái)、進(jìn)口流道檢修閘門和安全柵用電動(dòng)葫蘆1臺(tái)，以及泵站油、水系統(tǒng)。泵站變壓器選用容量為400kVA的干式變壓器1臺(tái)。

根據(jù)佛山市南海區(qū)水利局建設(shè)規(guī)劃要求，為了提高工程自動(dòng)化監(jiān)控水平，本工程按“無人值班、少人值守”的原則進(jìn)行計(jì)算機(jī)自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

2.2 軸流泵的工作原理及運(yùn)行管理

2.2.1 軸流泵的工作原理

軸流泵是由懸臂式翼形葉片和輪轂組成。由于這種泵的吸水能力很小，葉輪一般都浸沒在吸水池中，使水流經(jīng)喇叭形的進(jìn)水管直接進(jìn)入泵內(nèi)。當(dāng)電動(dòng)機(jī)通過主軸帶動(dòng)葉輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，葉片則推動(dòng)水體流動(dòng)，水流在葉片升力的作用下增大了動(dòng)能和壓能。在葉片的上方還裝置了一組固定導(dǎo)葉，它的作用是順直水流方向，并將水流在流出葉輪后的旋轉(zhuǎn)速度的動(dòng)能轉(zhuǎn)變成壓能。

軸流泵大多做成單級(jí)，多級(jí)軸流泵可以提高揚(yáng)程，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜而且軸向尺寸也將增大。為了使電動(dòng)機(jī)裝置在吸水池水面以上，軸流泵多采用立式裝置。

2.2.2 水泵的運(yùn)行管理

水泵運(yùn)行的要求是安全可靠、高效率、低耗能，在運(yùn)行管理中應(yīng)采取下列措施。

（1）嚴(yán)格遵守安全操作規(guī)程，做好運(yùn)行值班工作。

（2）根據(jù)水泵的特性，使機(jī)組經(jīng)常在高效率區(qū)運(yùn)行。

（3）定期進(jìn)行機(jī)組檢修，經(jīng)常進(jìn)行機(jī)組各個(gè)部件的檢查維護(hù)、發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)處理，使機(jī)組處于良好的技術(shù)狀態(tài)。

（4）進(jìn)行有關(guān)技術(shù)指標(biāo)的觀測工作，以便于檢查分析機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)。

2.3 計(jì)算機(jī)自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)

本工程計(jì)算機(jī)自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)包括計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)、微機(jī)保護(hù)系統(tǒng)和圖像監(jiān)視系統(tǒng)三個(gè)部分。主要的計(jì)算機(jī)監(jiān)控、微機(jī)保護(hù)和圖像監(jiān)視對(duì)象如下。

2.3.1 計(jì)算機(jī)監(jiān)控

本工程計(jì)算機(jī)監(jiān)控對(duì)象包括以下幾方面。

（1）主機(jī)組(立式軸流式水泵軸和配套同步電動(dòng)機(jī))：4臺(tái)。

（2）站用電變壓器：2臺(tái)。

（3）10kV進(jìn)線、母聯(lián)斷路器：1臺(tái)。

（4）10kV同步電動(dòng)機(jī)控制斷路器：4臺(tái)。

（5）10kV變壓器控制斷路器：2臺(tái)。

（6）0.4kV進(jìn)（出）線和勵(lì)磁裝置控制斷路器：21臺(tái)。

（7）水系統(tǒng)：1套。

（8）油系統(tǒng)：1套。

（9）防洪閘門卷揚(yáng)式啟閉機(jī)：4臺(tái)。

（10）清污機(jī)：6臺(tái)。

（11）其它公用設(shè)備。

2.3.2 圖像監(jiān)視對(duì)象

本工程圖像監(jiān)視系統(tǒng)的監(jiān)視對(duì)象有：檢修閘門、防洪閘、內(nèi)江、外江、清污機(jī)、電機(jī)層、低電室、高電室、變壓器室、中控室。

2.4 設(shè)計(jì)原則

總體設(shè)計(jì)原則是自動(dòng)控制系統(tǒng)必須實(shí)用經(jīng)濟(jì)、安全可靠、技術(shù)先進(jìn)、易于維護(hù)。

2.5 設(shè)計(jì)依據(jù)

監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)參照以下規(guī)范。

《泵站設(shè)計(jì)規(guī)范》GB/T50265-97。

《水力發(fā)電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)定》DL/T5065-1996。

《水電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)基本技術(shù)條件》DL/T578-95。

《水力發(fā)電廠自動(dòng)化設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)范》DL/T5081-1997。

《地區(qū)電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)范》DL5002。

3瓜步汛泵站自動(dòng)化系統(tǒng)的總體方案

本工程的綜合自動(dòng)化系統(tǒng)將取消常規(guī)控制，采用分層分布式結(jié)構(gòu)，泵站當(dāng)?shù)鼐O(shè)有控制室，監(jiān)視和控制本站設(shè)備的運(yùn)行情況，包括泵組、高壓配電等，利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行自動(dòng)化監(jiān)測和控制，實(shí)現(xiàn)工程管理的科學(xué)化、現(xiàn)代化，提高泵站運(yùn)行的安全性、可靠性，充分發(fā)揮工程效益，促進(jìn)管理的現(xiàn)代化。

3.1 系統(tǒng)方案

本泵站的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)采用分層分布式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，分中控室監(jiān)控級(jí)和現(xiàn)地控制級(jí)。

中控室監(jiān)控級(jí)位于泵站現(xiàn)地控制室，設(shè)置2臺(tái)操作員工作站兼主機(jī)，采用星型100Mbps快速以太網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)通過網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)和PLC聯(lián)系，網(wǎng)絡(luò)協(xié)議為的TCP/IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，組成開放的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，保障數(shù)據(jù)傳送的暢通。主要設(shè)備包括2臺(tái)操作員工作站兼主機(jī)，1臺(tái)網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)，1臺(tái)打印機(jī)，一套UPS電源。

現(xiàn)地控制層為LCU控制柜，監(jiān)控現(xiàn)地各分散的設(shè)備，現(xiàn)地設(shè)備均配備操作按鈕，當(dāng)上位機(jī)和LCU的通訊中斷時(shí)或在檢修試驗(yàn)時(shí)，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)地開停機(jī)操作。

3.2 設(shè)備配置

瓜步汛泵站自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)備主要包括：中控室設(shè)備、現(xiàn)地監(jiān)控設(shè)備。

3.2.1 中控室設(shè)備配置

中控室設(shè)備主要包括：操作員工作站、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、打印機(jī)、USP電源設(shè)備、運(yùn)行人員操作臺(tái)、軟件。

（1）操作員工作站。

本工程配置2臺(tái)操作員工作站，互為熱備，兼系統(tǒng)主機(jī)，工作站級(jí)微機(jī)，操作員工作站功能包括對(duì)整個(gè)工程計(jì)算機(jī)自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)的管理，數(shù)據(jù)庫管理，在線或離線計(jì)算功能，各種圖表、曲線的生成，事故、故障信號(hào)的分析處理。

（2）網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。

中控監(jiān)控層網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)采用進(jìn)口品牌3COM等的快速以太網(wǎng)交換機(jī)，根據(jù)PLC的數(shù)量，選擇16口的交換機(jī)。網(wǎng)絡(luò)交換速度達(dá)到10/100Mbps自適應(yīng)，能保證數(shù)據(jù)、圖形和語音信息在現(xiàn)地中控室設(shè)備以及PLC之間的高速傳輸?，F(xiàn)地中控室的這些設(shè)備與網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)采用雙絞線連接，保證信號(hào)的可靠傳輸。

（3）打印機(jī)。

打印機(jī)選用進(jìn)口品牌HP等A3激光打印機(jī)，支持高速打印。打印報(bào)警、事故和歷史數(shù)據(jù)操作信息等報(bào)表。

（4）UPS電源設(shè)備。

本方案計(jì)算機(jī)自動(dòng)化監(jiān)控實(shí)行現(xiàn)地LCU和中控監(jiān)控層設(shè)備的集中供電，在中控室配置一套6KVA在線式UPS電源裝置，保證停電后，電池還可為系統(tǒng)提供1個(gè)小時(shí)的供電。在LCU控制柜由中控室集中供電。

（5）運(yùn)行人員操作臺(tái)。

本系統(tǒng)應(yīng)與上述硬件設(shè)備相應(yīng)的運(yùn)行人員操作臺(tái)，操作臺(tái)由防火板為基本材料，美觀大方，經(jīng)久耐用，顏色和環(huán)境相適應(yīng)。

（6）軟件。

操作系統(tǒng)用微軟公司的Windows2000、XP。

3.2.2 現(xiàn)地監(jiān)控設(shè)備

現(xiàn)地監(jiān)控設(shè)備主要包括：PLC、電量檢測儀表、溫度量監(jiān)測、水位測量等。

3.3 系統(tǒng)功能

本系統(tǒng)的主要目標(biāo)是接受調(diào)度指令，實(shí)現(xiàn)泵站自動(dòng)監(jiān)控，提高泵站安全運(yùn)行和管理水平，改善管理人員的工作條件。泵站現(xiàn)地監(jiān)控層和中控室監(jiān)控層的主要功能如下。

3.3.1 現(xiàn)地監(jiān)控層LCU功能

現(xiàn)地級(jí)監(jiān)控層LCU直接控制和監(jiān)視主設(shè)備的運(yùn)行，在整個(gè)系統(tǒng)中，它作為一個(gè)智能終端，但也可以作為獨(dú)立的裝置單獨(dú)運(yùn)行。

3.3.2 中控室監(jiān)控層功能

中控室監(jiān)控層功能主要有：運(yùn)行監(jiān)視和事件報(bào)警、控制和調(diào)節(jié)、統(tǒng)計(jì)報(bào)表、通訊功能、人機(jī)接口。

3.4 系統(tǒng)性能指標(biāo)

系統(tǒng)性指標(biāo)分：實(shí)時(shí)性；可靠性；可利用率；負(fù)載率；可維護(hù)性。

3.5 供電方案

用集中供電方案，控制室采用1臺(tái)6kVAUPS向現(xiàn)場監(jiān)控室設(shè)備和LCU供電。

3.6 防雷和接地

本系統(tǒng)所有的UPS電源交流輸入均增接防雷模塊。所有戶外I/O信號(hào)線增接防雷模塊。由高技術(shù)設(shè)備和精密儀表組成的，均為低壓設(shè)備，過高的電流或電壓都會(huì)造成系統(tǒng)的損壞，雷電是產(chǎn)生高電流或電壓的最主要的原因之一，防雷是保證系統(tǒng)安全必不可少的措施。

4視頻圖像

4.1 概述

為配合監(jiān)控系統(tǒng)的運(yùn)行，本工程建立一套對(duì)現(xiàn)場進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)視的視頻圖像系統(tǒng)。本工程圖像監(jiān)視系統(tǒng)的監(jiān)視對(duì)象有：檢修閘門、防洪閘、內(nèi)江、外江、清污機(jī)、電機(jī)層、低電室、高電室、變壓器室、中控室。

4.2 圖像監(jiān)視設(shè)計(jì)原則

（1）安全性和可靠性：監(jiān)控中心設(shè)備具有密碼或口令保護(hù)，禁止普通監(jiān)控人員的非法操作，有效地保護(hù)數(shù)據(jù)、圖像的可靠性。

（2）操作簡便性：系統(tǒng)采用專業(yè)級(jí)視頻監(jiān)控主機(jī)控制，利用系統(tǒng)軟件模擬鍵盤控制所有設(shè)備，取代以往按鍵和搖桿操作方式，充分體現(xiàn)系統(tǒng)操作上的方便性；具有窗口式表單編程，操作簡單、方便。

（3）靈活性和擴(kuò)展性：系統(tǒng)具有高度的靈活性和可擴(kuò)展性，以滿足將來的發(fā)展需要，充分考慮系統(tǒng)將來的擴(kuò)展，并具有連接靈活的特點(diǎn)。

（4）實(shí)用性和先進(jìn)性：本系統(tǒng)要考慮到系統(tǒng)的實(shí)用性和可操作性，而不是設(shè)備的高檔和系統(tǒng)的規(guī)模，還要充分利用現(xiàn)有資源，使其效益得到擴(kuò)展和延續(xù)。

（5）可擴(kuò)展性及投資保護(hù)性：本系統(tǒng)應(yīng)該考慮到將來系統(tǒng)的擴(kuò)展，能方便地?cái)U(kuò)大監(jiān)控的區(qū)域以及與其它系統(tǒng)的互連，使用戶硬件和軟件開發(fā)的投資得到保護(hù)。

4.3 圖像監(jiān)視系統(tǒng)配置

本系統(tǒng)是一個(gè)集現(xiàn)場監(jiān)視、遠(yuǎn)程指揮的高技術(shù)、高集成的指揮管理系統(tǒng)，能為提高電排站管理的現(xiàn)代化水平、提高快速反應(yīng)能力提供一個(gè)有效的手段。

全天候?qū)崟r(shí)監(jiān)視各區(qū)域一定縱深范圍內(nèi)的現(xiàn)場情況、動(dòng)態(tài)。使電排站值班人員在中控室即可隨時(shí)掌握現(xiàn)場情況，并對(duì)突發(fā)事件進(jìn)行如同身臨其境的“現(xiàn)場”調(diào)度指揮，對(duì)加強(qiáng)內(nèi)部管理提供強(qiáng)有力的保證。

系統(tǒng)配置圖像聲音數(shù)字化設(shè)備，便于將來實(shí)現(xiàn)圖像監(jiān)視系統(tǒng)的遠(yuǎn)程控制，使領(lǐng)導(dǎo)利用辦公室計(jì)算機(jī)或通過電話線在外看到圖像并進(jìn)行控制。

圖像監(jiān)視系統(tǒng)的監(jiān)視目標(biāo)：實(shí)現(xiàn)對(duì)站區(qū)、水閘內(nèi)外江、主廠房、高低壓室、中控室、水閘、清污機(jī)等設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)狀況的監(jiān)視。

系統(tǒng)具備視頻畫面移動(dòng)報(bào)警功能，當(dāng)有非法進(jìn)入或緊急情況發(fā)生時(shí)，在中控室能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)報(bào)警，并進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)字錄像，以方便事后分析。

4.4 系統(tǒng)基本功能

圖像監(jiān)視系統(tǒng)的基本功能有：監(jiān)視功能、信號(hào)處理功能、錄像管理功能、錄像回放功能、云鏡控制功能、報(bào)警控制功能、網(wǎng)絡(luò)傳輸工能、系統(tǒng)管理功能。

5大屏幕顯示系統(tǒng)

隨著自動(dòng)化和信息技術(shù)的飛速發(fā)展，對(duì)信息顯示的要求越來越高，其中大屏幕顯示系統(tǒng)作為集中信息顯示的交流平臺(tái)，可以將各種監(jiān)控系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)圖、文信息和視頻信號(hào)等進(jìn)行集中顯示，在實(shí)時(shí)調(diào)度、會(huì)商、決策及信息反饋等方面都起到了重要作用。

DLP大屏幕投影顯示系統(tǒng)以系統(tǒng)工程、信息工程、自動(dòng)化控制等理論為指導(dǎo)，將顯示技術(shù)及設(shè)備、投影墻拼接技術(shù)、多屏圖像處理技術(shù)、多路信號(hào)切換技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等融合為一體，使整套系統(tǒng)成為一個(gè)具有高亮度、高清晰度、高智能化控制、操作方法先進(jìn)的大屏幕顯示系統(tǒng)，與監(jiān)控系統(tǒng)、指揮調(diào)度系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)通訊系統(tǒng)等子系統(tǒng)集成，形成一套功能完善、技術(shù)先進(jìn)的信息顯示及管理控制平臺(tái)。有利于各種應(yīng)急事件的及時(shí)觀察、處理，滿足指揮中心的指揮、調(diào)度、決策功能需求，順應(yīng)調(diào)度中心管理工作“現(xiàn)代化、信息化、智能化”的發(fā)展要求。

6總結(jié)與展望

6.1 全文總結(jié)

本文圍繞瓜步汛泵站自動(dòng)化的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)展開研究，描述了瓜步汛泵站的施工概況，自動(dòng)化系統(tǒng)總體方案，視頻圖像系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能和達(dá)到的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。該系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理、功能完善、運(yùn)行穩(wěn)定可靠，充分利用自動(dòng)化控制、微機(jī)保護(hù)、圖像監(jiān)視和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、通訊技術(shù)，建立先進(jìn)的自動(dòng)化監(jiān)視和控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了“遙測、遙信、遙控、遙調(diào)、遙視”，實(shí)現(xiàn)了泵站的群控。提高了樞紐工程的安全性、可靠性，充分發(fā)揮了本工程效益，促進(jìn)工程管理的科學(xué)化、現(xiàn)代化。

參考文獻(xiàn)

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