泵站自動(dòng)化信息系統(tǒng)在提灌項(xiàng)目中的應(yīng)用

漆淑萍

（天水電氣傳動(dòng)研究所有限責(zé)任公司，甘肅天水741020）

泵站自動(dòng)化信息系統(tǒng)在提灌項(xiàng)目中的應(yīng)用

漆淑萍

（天水電氣傳動(dòng)研究所有限責(zé)任公司，甘肅天水741020）

泵站自動(dòng)化系統(tǒng)在水利及水務(wù)事業(yè)中具有重要的作用。以電力提灌大型泵站工程為對(duì)象，簡(jiǎn)述了泵站的發(fā)展現(xiàn)狀，從泵站的技術(shù)特點(diǎn)、設(shè)計(jì)因素、數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集管理等方面展望了泵站自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用及發(fā)展趨勢(shì)。

泵站自動(dòng)化；無人值守；信息管理

1 引言

泵站在水資源的合理分配以及管理中起著至關(guān)重要的作用，它的功能是承擔(dān)區(qū)域性的調(diào)水、抗旱、防水、防洪等，在工農(nóng)業(yè)用水及城鄉(xiāng)居民生活用水中有著重要的作用。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，我國大型泵站自動(dòng)化技術(shù)已初步實(shí)現(xiàn)了集散控制，并向著測(cè)量、控制、管理的一體化、智能化方向發(fā)展。

2泵站自動(dòng)化的發(fā)展歷程及趨勢(shì)

泵站自動(dòng)化經(jīng)歷了半自動(dòng)化、全自動(dòng)化、綜合自動(dòng)化的3個(gè)發(fā)展階段。

①半自動(dòng)化:主要特征是泵站機(jī)組啟動(dòng)和停止的最初指令是由人工發(fā)出，最后也是由人工去執(zhí)行控制的最末一個(gè)環(huán)節(jié)，如開機(jī)或停機(jī)等。是一種開環(huán)的控制方式；②全自動(dòng)化:是靠設(shè)備只在前池或出水池的水位繼電器，或設(shè)置在進(jìn)、出水管道上的壓力繼電器控制機(jī)組的啟動(dòng)、停止或進(jìn)行各種保護(hù)。是一種閉環(huán)的控制方式；③綜合自動(dòng)化:從早期的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、上位機(jī)、下位機(jī)的分布式系統(tǒng)到目前較為流行的分層分布式綜合自動(dòng)化系統(tǒng)。逐步向一種智能化的自動(dòng)調(diào)配方向發(fā)展。

近年來，我國的泵站自動(dòng)化得到了快速的發(fā)展，泵站自控技術(shù)方案眾多，配套產(chǎn)品也推陳出新。通訊方面有數(shù)傳電臺(tái)、衛(wèi)星及GPRS等無線通訊方案；工業(yè)以太網(wǎng)、光纖網(wǎng)絡(luò)、現(xiàn)場(chǎng)總線、SDH以及串行通訊等技術(shù)得以應(yīng)用；其自控核心系統(tǒng)以PLC為主，還包含國內(nèi)一些自主研發(fā)的通訊管理機(jī)以及其他一些集散控制裝置的自動(dòng)化控制方案；繼電保護(hù)方面，采用電力系統(tǒng)常用的線路保護(hù)、大型電動(dòng)機(jī)保護(hù)及變壓器保護(hù)等裝置，產(chǎn)品逐步趨向于智能化發(fā)展；得益于技術(shù)和產(chǎn)品的更新?lián)Q代，有些泵站已實(shí)現(xiàn)了半自動(dòng)化，有的泵站控制已達(dá)到了少人值守甚至無人值守的自動(dòng)化水平。

泵站自控技術(shù)雖已步入一個(gè)自動(dòng)化的快車道，但也存在一些問題，其一是實(shí)際水平達(dá)不到設(shè)計(jì)水平，這種情況的產(chǎn)生主要受限于自動(dòng)化元器件質(zhì)量及傳感器的水準(zhǔn)等問題；其二是盲目追求技術(shù)的先進(jìn)性，忽視了產(chǎn)品因素和技術(shù)的穩(wěn)定性等，造成了現(xiàn)階段高投資低回報(bào)率的資源浪費(fèi)，也增加了系統(tǒng)維護(hù)和升級(jí)的技術(shù)成本。

3泵站自動(dòng)化的功能

泵站自動(dòng)化采用人機(jī)界面的交互方式，采用工控行業(yè)組態(tài)軟件對(duì)受控設(shè)備進(jìn)行監(jiān)視和控制，其最基本的功能是機(jī)組控制功能，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程對(duì)泵、閥門的狀態(tài)監(jiān)視和啟停；實(shí)現(xiàn)對(duì)管道壓力、流量、機(jī)組電流、高低壓配電柜的電壓、電流、功率等數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)視；實(shí)現(xiàn)對(duì)各類設(shè)備的數(shù)據(jù)顯示和查詢、狀態(tài)報(bào)警、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和傳輸；實(shí)現(xiàn)對(duì)泵站數(shù)據(jù)的綜合分析和報(bào)表記錄等，以供決策者執(zhí)行最合理的運(yùn)行方案；近年來由于視頻產(chǎn)品的更新?lián)Q代，圖像清晰、視頻傳輸快捷、組網(wǎng)方便靈活的視頻設(shè)備大量應(yīng)用在了地段偏遠(yuǎn)、交通相對(duì)不便利的泵站區(qū)域，泵站控制室管理人員足不出戶就能夠全面掌控設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)。

4項(xiàng)目案例

電力提灌大型泵站是我國農(nóng)業(yè)水利行業(yè)重要的工程設(shè)施，是農(nóng)業(yè)灌溉輸供水的來源，電力提灌大型泵站一般由多套泵站機(jī)組組成；泵站機(jī)組由容量不等的泵組、若干面高低壓控制柜、直流系統(tǒng)、工業(yè)電視監(jiān)控系統(tǒng)、后臺(tái)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)等組成。本文以某電力提灌大型泵站項(xiàng)目為例，簡(jiǎn)述大型泵站的組成結(jié)構(gòu)以及自動(dòng)化系統(tǒng)智能信息網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展趨勢(shì)。

某電力提灌大型泵站工程由1個(gè)控制中心和7個(gè)泵站組成，控制中心設(shè)置3臺(tái)監(jiān)控主機(jī)，1臺(tái)視頻監(jiān)控服務(wù)器，1套大屏投影儀，下設(shè)7個(gè)泵站。一泵站安裝有5臺(tái)套泵機(jī)組；高低壓配電柜12面，其中高壓配電柜10面，低壓配電柜2面；SCB10-50／10變壓器1臺(tái)，泵站自動(dòng)化監(jiān)控柜2面，后臺(tái)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)1套，直流系統(tǒng)1套，工業(yè)電視系統(tǒng)1套。二泵站安裝水泵機(jī)組6臺(tái)套；安裝高低壓配電柜14面，其中高壓配電柜11面，低壓配電柜3面，SCB10-50／6變壓器1臺(tái)，電容補(bǔ)償器2臺(tái)，泵站自動(dòng)化監(jiān)控柜3面，后臺(tái)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)1套，直流系統(tǒng)2套，工業(yè)電視系統(tǒng)1套。其余泵站與二號(hào)泵配置相同。

單套泵站機(jī)組自動(dòng)化系統(tǒng)由監(jiān)控層、數(shù)據(jù)交換層、硬件控制層3部分組成。

監(jiān)控層:由監(jiān)控站、工程師站、視頻監(jiān)控站、GPS衛(wèi)星時(shí)鐘系統(tǒng)組成；

數(shù)據(jù)交換層:2光口多電口交換機(jī)，預(yù)留去調(diào)度中心數(shù)據(jù)接口；

現(xiàn)地測(cè)控層:由高低壓配電柜，PLC控制柜，視頻監(jiān)控柜等組成。

單套泵站機(jī)組自動(dòng)化系統(tǒng)如圖1所示，控制中心自動(dòng)化信息集控系統(tǒng)如圖2所示。

圖1單套泵站機(jī)組自動(dòng)化控制系統(tǒng)

分級(jí)泵站交換機(jī)通過光纖或無線網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)傳送至集控中心核心網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)上，集控中心可實(shí)時(shí)監(jiān)視泵站設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，并且還可通過視頻監(jiān)控電腦查看泵站的現(xiàn)場(chǎng)工況，通過管理用戶授權(quán)，可將分級(jí)系統(tǒng)權(quán)限授予集控權(quán)限，分級(jí)泵站運(yùn)行可有集控中心監(jiān)控管理，配合視頻監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)分級(jí)泵站的少人值守或無人值守模式。

圖2控制中心自動(dòng)化信息集控系統(tǒng)

該工程案例中，自控核心硬件采用S7-300 PLC系統(tǒng)產(chǎn)品，現(xiàn)場(chǎng)總線采用Profibus DP，并配備Profinet與上層網(wǎng)絡(luò)對(duì)接，配備Modbus現(xiàn)場(chǎng)總線提供現(xiàn)場(chǎng)儀表或其他支持Modbus協(xié)議設(shè)備的接入。高低壓控制柜則采用了具備通訊功能的智能化綜合保護(hù)裝置和智能馬達(dá)等設(shè)備，系統(tǒng)可便捷快速地采集高低壓配電柜的數(shù)據(jù)。

在分級(jí)泵站與控制中心的通訊網(wǎng)絡(luò)方面，根據(jù)具體現(xiàn)場(chǎng)情況分布采用了公網(wǎng)專線系統(tǒng)和VPN專網(wǎng)混合的方式布置。

在控制中心，調(diào)度人員可以全局掌握總供水量、總耗電量、噸水耗電等數(shù)據(jù)；掌握每個(gè)泵站的總耗電量、供電電流、供電電壓、水泵投運(yùn)狀態(tài)、水泵啟停狀態(tài)、水泵的工作電流電壓、水泵的電能、提水量、噸水耗電量；隨時(shí)掌握分級(jí)泵站信息，變電站供電電流、電壓、電能等信息，據(jù)此可對(duì)各泵站發(fā)出合理的調(diào)度指令。

5自動(dòng)化信息系統(tǒng)的特點(diǎn)

本工程案例中，自動(dòng)化控制系統(tǒng)由5部分組成:①中控調(diào)度中心數(shù)據(jù)采集及控制系；②現(xiàn)場(chǎng)LCU控制系統(tǒng)；③自動(dòng)化儀表系統(tǒng)；④微機(jī)繼電保護(hù)及電力參數(shù)采集系統(tǒng)；⑤多媒體電視監(jiān)控系統(tǒng)。這5部分分別負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采集與處理、安全運(yùn)行和監(jiān)視、系統(tǒng)的控制和調(diào)節(jié)等功能。

本工程案例中應(yīng)用PLC、工業(yè)自動(dòng)化組態(tài)技術(shù)、傳感器、網(wǎng)絡(luò)通信、計(jì)算機(jī)等技術(shù)，完成遠(yuǎn)程監(jiān)控、數(shù)據(jù)共享、信息遠(yuǎn)傳瀏覽等功能，實(shí)現(xiàn)泵站設(shè)備狀態(tài)和參數(shù)的自動(dòng)檢測(cè)，在現(xiàn)地、控制室及遠(yuǎn)程都能對(duì)系統(tǒng)設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控，并有故障應(yīng)急處理能力。

由于系統(tǒng)接入網(wǎng)環(huán)境復(fù)雜且對(duì)帶寬要求高，系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)采用光纖環(huán)網(wǎng)方式構(gòu)建各現(xiàn)地泵站局域網(wǎng)，并利用MSAP（多業(yè)務(wù)接入平臺(tái)，Multi-Service Access Platform）技術(shù)，實(shí)現(xiàn)各現(xiàn)地測(cè)控單元、現(xiàn)地泵站管理中心和遠(yuǎn)程泵站調(diào)度與信息管理中心通信，最終實(shí)現(xiàn)所有現(xiàn)地?cái)?shù)據(jù)信息匯聚至遠(yuǎn)程泵站調(diào)度與信息管理中心。由于現(xiàn)地泵站數(shù)目眾多且地理位置分布范圍較廣，因此系統(tǒng)采用分層式結(jié)構(gòu)，按功能分為監(jiān)控層、數(shù)據(jù)處理層、現(xiàn)地測(cè)控層3層。泵站現(xiàn)地測(cè)控層主要利用PLC、傳感器等設(shè)備完成各現(xiàn)地泵站數(shù)據(jù)的采集、處理，通過系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)按照一定的格式存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)處理層中的數(shù)據(jù)服務(wù)器內(nèi)，并為監(jiān)督控制層提供數(shù)據(jù)源，最終達(dá)到系統(tǒng)數(shù)據(jù)共享、信息遠(yuǎn)傳的目的。最后，為了保障泵站安全可靠的運(yùn)行，提高泵站的管理水平，系統(tǒng)不僅在每個(gè)現(xiàn)地泵站管理中心設(shè)置了基于C／S模式的現(xiàn)地泵站管理系統(tǒng)，而且在泵站調(diào)度與信息管理中心設(shè)置了基于B／S架構(gòu)的泵站信息管理系統(tǒng)的Web服務(wù)器?；贐／S架構(gòu)的泵站信息管理系統(tǒng)借助asp.net、ado.net等技術(shù)，與遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)庫的連接，實(shí)現(xiàn)頁面動(dòng)態(tài)顯示各現(xiàn)地泵站設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)、水情、報(bào)警等信息，查詢水情及報(bào)警等的歷史信息，報(bào)表顯示及打印等功能，達(dá)到了所有泵站集中監(jiān)視、控制、管理的目的。系統(tǒng)用戶只需用瀏覽器訪問泵站信息管理系統(tǒng)的Web服務(wù)器，即可遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)所有泵站機(jī)組等設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，了解泵站狀態(tài)、報(bào)警等信息。

控制中心對(duì)各分級(jí)泵站數(shù)據(jù)和視頻數(shù)據(jù)集中統(tǒng)一管理，形成能效報(bào)表，幫助管理決策者對(duì)分級(jí)泵站系統(tǒng)的合理資源調(diào)配，實(shí)現(xiàn)廣義上的少人值守及無人值守。并通過對(duì)故障信息的采集，分析診斷系統(tǒng)的狀況，及時(shí)做出合理的響應(yīng)。

泵站自動(dòng)化信息管理系統(tǒng)功能的完善，不僅能保證泵站可靠地運(yùn)行，而且可以降低泵站的運(yùn)行成本以及工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，全面地提高泵站的運(yùn)行效率和管理水平。

6泵站自動(dòng)化設(shè)計(jì)中需要注意的因素

泵站自動(dòng)化設(shè)計(jì)中需要正確處理測(cè)量、控制和保護(hù)之間的關(guān)系。泵站自動(dòng)化設(shè)計(jì)最難的并非是自動(dòng)化的技術(shù)本身，而是能更合理地將現(xiàn)有的自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用在泵站設(shè)計(jì)中。在設(shè)計(jì)過程中應(yīng)考慮以下因素。

6.1地理因素

泵站往往分布在地理環(huán)境偏遠(yuǎn)、多水、多雨地區(qū)，地質(zhì)環(huán)境比較復(fù)雜，故此在自動(dòng)化設(shè)計(jì)上需要充分考慮當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)情況，因地制宜。其次是泵站的日常運(yùn)營(yíng)，設(shè)計(jì)初期應(yīng)該充分考量當(dāng)?shù)氐挠盟攸c(diǎn)，設(shè)計(jì)出適合當(dāng)?shù)厥褂玫谋谜?，即合理的設(shè)計(jì)泵站機(jī)組的容量，泵站流量、揚(yáng)程等，以便充分發(fā)揮泵站效率。

6.2通訊因素

本案例中，分級(jí)泵站距離調(diào)度中心距離及布置特點(diǎn)不一，根據(jù)每個(gè)泵站的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了多種與調(diào)度中心通訊的方案，使方案的合理性和穩(wěn)定安全性最大化。

6.3分層控制因素

每個(gè)泵站自動(dòng)化系統(tǒng)自成一體，又由若干獨(dú)立的小控制單元組成，這些獨(dú)立的小單元按照一定順序連接起來組成了一個(gè)整體。泵站自動(dòng)化的此控制單元設(shè)計(jì)，需要合理地設(shè)計(jì)各環(huán)節(jié)層次，確保各單元分工明確，才能更高效地運(yùn)行系統(tǒng)。本案例中，泵站的電機(jī)層、水泵層、高低壓檢測(cè)層、視頻監(jiān)控層各自獨(dú)立但又互相銜接或嵌套組成一個(gè)完整的泵站自控系統(tǒng)。

6.4兼容性和擴(kuò)展性因素

泵站自動(dòng)化的發(fā)展隨著科技的進(jìn)步，在不斷的改進(jìn)和優(yōu)化，從大方向上而言，泵組內(nèi)的絕大部分設(shè)備已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化運(yùn)行，但是也有一部分設(shè)備因?yàn)樵O(shè)備自身的特點(diǎn)而未形成自動(dòng)化。這就需要在設(shè)備組裝環(huán)節(jié)，考慮未實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的單元或設(shè)備的兼容性和擴(kuò)展性，在將來不存在自動(dòng)化發(fā)展的阻礙。這也體現(xiàn)出了分層分單元控制的好處。

6.5經(jīng)濟(jì)因素

泵站的平穩(wěn)安全運(yùn)行關(guān)系調(diào)配水的效率質(zhì)量，同時(shí)泵站的運(yùn)營(yíng)時(shí)間往往很長(zhǎng)，一些早期的泵站如今依然在運(yùn)作，所以在泵站引進(jìn)新技術(shù)新設(shè)備的時(shí)候一定要考慮技術(shù)的前瞻性和穩(wěn)定性，而不是一味地追求最新最好。自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)備的投入需要大量資金，投資的回收周期比較長(zhǎng)，因此在引進(jìn)過程中要充分考慮市場(chǎng)的動(dòng)態(tài)需要，使之在穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)利益的最大化，盲目的投入只會(huì)帶來資源的浪費(fèi)。

7結(jié)束語

綜上所述，泵站自動(dòng)化綜合信息系統(tǒng)的發(fā)展，為水利工程資源的合理調(diào)配和使用方便帶來了極大的貢獻(xiàn)，隨著相關(guān)配套電子自動(dòng)化技術(shù)和電氣產(chǎn)品的升級(jí)換代，我國泵站自動(dòng)化技術(shù)已向著測(cè)量、控制、管理的一體化、智能化方向發(fā)展。

［1］匡正.大型泵站自動(dòng)化控制系統(tǒng)組成及管理，2013.

［2］泵站綜合自動(dòng)化控制系統(tǒng)方案，2014.

［3］某電力提灌大型泵站工程，2014.

Application of pumping station automation information system in irrigation project

QI Shu-ping
（Tianshui Electric Drive Research Institute Co.，Ltd.，Tianshui 741020，China）

The pumping station automation system plays very important role in water conservancy and water affairs management.Taking the large electrical irrigation pumping station engineering project as the object，the developing situation of the pumping station is introduced.From the technical characteristics，design elements，real-time data collection and management of the pumping station，the applications and the developing trend of the automation technology of the pumping station are presented.

pumping station automation；unattended；information management

TP273

A

漆淑萍（1972-），女，漢族，工程師，1994年畢業(yè)于甘肅工業(yè)大學(xué)，現(xiàn)就職于天水電氣傳動(dòng)研究所有限責(zé)任公司，從事自動(dòng)化設(shè)計(jì)與調(diào)試工作。

2016-05-15

1005—7277（2016）04—0039—04