大型泵站自動化監(jiān)控系統(tǒng)研究

孟翼 雷淼

摘 要：文章以渭南市關(guān)中東部大型電力提灌灌區(qū)東雷抽黃工程管理中心高明三級泵站為例，介紹了該泵站所改造的泵站自動化監(jiān)控系統(tǒng)，對該系統(tǒng)的各個設(shè)備及功能進行了詳細(xì)介紹，并闡述了該系統(tǒng)與泵站機電設(shè)備的連接方式，最后再對泵站自動化系統(tǒng)的管理提出幾點看法，以期能為泵站建設(shè)提供一些參考。

關(guān)鍵詞：大型泵站;改造;自動化監(jiān)控;現(xiàn)代化灌區(qū);管理

中圖分類號：TU9;TV1 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-1064（2020）11-019-02

DOI：10.12310/j.issn.1674-1064.2020.11.010

我中心的泵站改造項目計劃改造大中型泵站21座，現(xiàn)已基本實施完成。主要的改造內(nèi)容有：泵站主體建筑物、水力機械設(shè)備、電氣設(shè)備和金屬結(jié)構(gòu)等，另外新增泵站自動化監(jiān)控系統(tǒng)、測流設(shè)備和電動清污機等。其中的自動化監(jiān)控系統(tǒng)采用單獨招標(biāo)的方式進行，由專門的自動化公司負(fù)責(zé)設(shè)計、施工以及后續(xù)的調(diào)試工作，以下就以我中心已經(jīng)完成改造并投入使用的高明三級泵站為例，對該泵站的自動化監(jiān)控系統(tǒng)進行總體介紹，并對該泵站在自動化系統(tǒng)管理中的一些問題進行探討。

1 高明三級泵站簡介

東雷抽黃高明三級泵站位于陜西省關(guān)中東部大荔縣境內(nèi)西高明村塬下，是東雷抽黃工程管理中心南烏牛系統(tǒng)的咽喉泵站，承擔(dān)著高西、高北兩系統(tǒng)的供水任務(wù)。灌溉大荔、合陽、澄城、蒲城四縣37.66萬畝地，本級灌溉面積為11.86萬畝。泵站于1982年竣工并投入灌溉供水，泵站原裝臥式離心泵機組20臺，總裝機容量為14 430kW，總流量為14.29m3/s。

該泵站于2016年進行了全面改造并于2017年春灌投入使用，改造后的高明三級站機房進行了遷址重建，位于原機房以南。改造后的泵站安裝水泵機組11臺，總裝機容量為14 000kW，總流量為15.65m3/s。站內(nèi)建有35kV變電站1座，安裝主變2臺，站用變3臺，總?cè)萘?0 960kVA。改造后的泵站為全淹沒式機組，并且增設(shè)了自動化監(jiān)控系統(tǒng)、電磁流量計和電動清污機，并配備了16/3.2T電動雙梁桁車作為起重設(shè)備。

2 高明三級泵站自動化監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、功能和組成

高明三級泵站自動化監(jiān)控系統(tǒng)主要包括計算機監(jiān)控系統(tǒng)（以PLC為核心的控制和監(jiān)視系統(tǒng)）、視頻監(jiān)控系統(tǒng)以及安防系統(tǒng)，三個系統(tǒng)相互獨立又互相配合。以下對三個系統(tǒng)分別做出詳細(xì)介紹。

2.1 泵站計算機監(jiān)控系統(tǒng)

計算機監(jiān)控系統(tǒng)是泵站的控制核心，其主要功能是對整個泵站所有的水機和電氣設(shè)備進行自動控制和監(jiān)視。高明泵站計算機監(jiān)控系統(tǒng)由機組LCU（現(xiàn)地控制單元）、公用LCU、前閘LCU、網(wǎng)絡(luò)通訊及電源屏以及后臺控制系統(tǒng)等組成。

機組LCU共裝11臺落地式屏柜，放在機旁，同機組勵磁柜、機旁電源柜在一排，用于對11臺機組進行現(xiàn)地控制和監(jiān)視，并可通過通訊模塊與后臺連接，在后臺電腦終端對機組進行控制和監(jiān)視。每臺機組LCU柜內(nèi)均裝各種PLC模塊（可編程控制器），用于現(xiàn)場設(shè)備數(shù)據(jù)的采樣和處理，主要包括：CPU模塊、開關(guān)量輸入輸出模塊、模擬量模塊、通訊模塊等，另外還有DC24V開關(guān)電源、溫度巡檢儀、觸摸屏等設(shè)備。此外，裝于現(xiàn)場用于控制和采樣的設(shè)備還有：清水、真空電動閥，清水、真空示流器，出口壓力傳感器，前池超聲波液位計，水泵軸承、電機軸承、電機定子測溫電阻等，這些設(shè)備都采用機組LCU提供的電源供電，并通過屏蔽信號線與機組LCU的各個模塊進行連接，通過機組LCU柜屏面上布置的小型觸摸屏，可以對機組的運行溫度、壓力大小、電氣參數(shù)等進行實時查看，并可以對進出口蝶閥、同步電動機風(fēng)機等進行現(xiàn)場控制，同時還可以通過現(xiàn)場的轉(zhuǎn)換開關(guān)切換至后臺電腦進行遠(yuǎn)程控制。

公用LCU裝兩面落地式屏柜，放置于中控室旁的二次盤柜室，其柜內(nèi)配置與機組LCU基本相同，另外裝于現(xiàn)場的設(shè)備主要有清水總管電動閥、清水總管流量計、清水池超聲波液位計、沉淀池至清水池電動閥、集水井超聲波液位計、出水池液位計等。這些現(xiàn)場設(shè)備都分布在各個地方，設(shè)備電源都來自于公用LCU屏，并通過屏蔽信號線與公用LCU柜的各個模塊相連接，通過公用LCU屏面上的小觸摸屏可以對各個現(xiàn)場設(shè)備如清水池液位、集水井液位、出水池液位進行查看，并可以對各個現(xiàn)場電動閥進行遠(yuǎn)程控制。公用LCU柜通過網(wǎng)絡(luò)通訊線連接至網(wǎng)絡(luò)通訊屏再與后臺計算機連接，可以在中控室的后臺電腦上對各個現(xiàn)場設(shè)備進行監(jiān)視及控制。

前閘LCU裝一面落地式屏柜，放置于泵站進水閘啟閉機房內(nèi)，其柜內(nèi)配置也與機組LCU基本相同，裝于現(xiàn)場的設(shè)備有清污機前、后超聲波液位計共3臺。通過前閘LUC屏面上裝的小觸摸屏可以對兩臺總進水閘啟閉機進行現(xiàn)場控制和開度查看，并可以對兩臺電動清污機進行現(xiàn)場控制及狀態(tài)查看，也可以通過清污機前后的液位差實現(xiàn)對兩臺清污機的自動控制。前閘LCU距離泵站中控室較遠(yuǎn)，通訊是通過8芯光纜連接至網(wǎng)絡(luò)通訊屏再與后臺計算機連接，以在中控室電腦上對各個設(shè)備進行監(jiān)視及控制。

網(wǎng)絡(luò)通訊及電源屏為一面落地式屏柜，裝于二次盤室，內(nèi)裝網(wǎng)絡(luò)交換機、UPS不間斷電源裝置、GPS衛(wèi)星對時裝置等設(shè)備。其中網(wǎng)絡(luò)交換機可以說是現(xiàn)場LCU與電腦后臺控制系統(tǒng)的連接設(shè)備，所有LUC柜的網(wǎng)線、光纜（通過光纖收發(fā)器將光信號轉(zhuǎn)換為電信號）都連接至網(wǎng)絡(luò)交換機，再與后臺監(jiān)控系統(tǒng)連接從而實現(xiàn)對泵站設(shè)備的監(jiān)控;UPS不間斷電源裝置用于給各個現(xiàn)場LUC柜供電以及視頻監(jiān)控系統(tǒng)供電，用于保證在泵站失電的情況下自動化監(jiān)控系統(tǒng)也可以短時間工作;GPS衛(wèi)星對時裝置可以使各個現(xiàn)場設(shè)備的時間能夠統(tǒng)一起來，從而使機組操作、故障查詢等能有一個統(tǒng)一的時間基礎(chǔ)。

自動化后臺控制系統(tǒng)位于泵站中控制室，設(shè)標(biāo)準(zhǔn)操作臺三臺、工控機電腦兩臺、LED大屏幕一面。其中，操作臺用于放置顯示器，并配套值班椅，作為值班人員運行期間對泵站進行監(jiān)視的核心位置;兩臺工控機為一用一備，通過網(wǎng)絡(luò)通訊線與各現(xiàn)場LCU進行連接，根據(jù)泵站實際現(xiàn)場設(shè)計模擬畫面，可以在機組運行時實時顯示各處的數(shù)據(jù)以及設(shè)備的狀態(tài)，并可以在模擬畫面上直接對設(shè)備進行遠(yuǎn)程控制以及按照預(yù)設(shè)程序進行自動控制。后臺監(jiān)控系統(tǒng)還設(shè)計有音響信號，可以實時以語音形式發(fā)送設(shè)備的狀態(tài)或故障的部位等，可以給值班人員一個直觀的音響提醒。

2.2 泵站視頻監(jiān)控系統(tǒng)

高明泵站視頻監(jiān)控系統(tǒng)共安裝室內(nèi)外高清球機攝像頭24套，其中室內(nèi)16套、室外8套，分別布置在進水閘、前池、機房前后、機房內(nèi)（主機房、高低壓室、二次盤室、中控室、樓道）、變電站、清水池、出水池、生活區(qū)等。視頻監(jiān)控系統(tǒng)安裝兩臺硬盤錄像機和兩臺顯示器放置在中控室值班操作臺上，還有一面視頻監(jiān)控屏放置在二次盤室。視頻監(jiān)控屏主要給各個攝像頭提供電源和網(wǎng)線匯總，其電源接至UPS電源，攝像頭全部為網(wǎng)絡(luò)攝像頭，距離在80m以內(nèi)的直接通過網(wǎng)線連接至視頻監(jiān)控屏內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)交換機，距離超過80m的則通過光纜進行連接，以保證網(wǎng)絡(luò)信號。

2.3 泵站安防系統(tǒng)

泵站安防系統(tǒng)主要包括煙感報警系統(tǒng)和侵入式紅外報警系統(tǒng)，煙感報警系統(tǒng)主要由裝于主機房頂和副機房頂上的煙感傳感器和聲光報警器組成，可以在泵站發(fā)生事故火災(zāi)的情況下發(fā)出聲光報警，提醒值班人員進行處理;侵入式紅外報警系統(tǒng)主要由裝于各個向外的門、窗上的紅外探測器和聲光報警器以及中控布防器組成，可以在泵站停運期間有人進入機房區(qū)域時發(fā)出聲光報警，從而保證機房安全。

3 高明泵站自動化監(jiān)控系統(tǒng)的運行現(xiàn)狀與管理思考

高明泵站自動化監(jiān)控系統(tǒng)已全部安裝調(diào)試完成并投入使用有一段時間，目前泵站自動化設(shè)備運行狀況良好，該套系統(tǒng)基本是對原有泵站運行的一種革新。以往，泵站運行工也在中控室上班，不過面對的是控制臺、保護屏、直流柜、高低壓柜等生硬的設(shè)備，只能看到機組的基本運行情況，而像運行溫度、水位、閘閥開度等只能到現(xiàn)場進行查看抄表;而現(xiàn)在，泵站運行工上班時面對的是幾臺電腦顯示器和墻上的大屏幕，在顯示器上可以通過圖形化界面直觀地看到泵站運行設(shè)備的各個數(shù)據(jù)和狀態(tài)，現(xiàn)在運行記錄上需要抄的數(shù)據(jù)都可以在電腦上看到，系統(tǒng)也可以自動生成運行報表。而且，通過分布在機房內(nèi)外的各個全方位攝像頭，運行人員可以看到泵站的各個角落，相當(dāng)于多了幾雙眼睛，而且還可以對以前的事件進行回放;安防報警系統(tǒng)則可以大大增加泵站的安全性，提高泵站的技防水平。

但是，該套泵站自動化系統(tǒng)也不盡完善，也有些問題，主要有：

有些現(xiàn)場設(shè)備受到介質(zhì)等條件的影響而工作不穩(wěn)定，造成自動控制問題較多，比如清水、真空示流器和水泵出口壓力傳感器，因黃河水泥沙雜質(zhì)較多，造成工作不穩(wěn)定，致使自動化開機程序無法進行下去，就只能改成手動操作。

有些水機設(shè)備和電氣設(shè)備同自動化系統(tǒng)的通訊連接有問題，比如進出水閥就沒有配套開度顯示器，所以導(dǎo)致自動化系統(tǒng)也無法顯示進出水閥的開度，還有高低壓柜及勵磁柜的通訊需要廠家來人進行現(xiàn)場調(diào)試，并與自動化系統(tǒng)銜接才能正常工作。

泵站運行工對自動化系統(tǒng)的操作接受還需要一個過程，具體表現(xiàn)為年長工人使用的熱情不高甚至有抵觸心理，年輕工人也不愿意多鉆研，自動化出現(xiàn)問題只會匯報或放棄不用，而不會去主動學(xué)習(xí)解決問題。特別是軟件系統(tǒng)的問題，也沒有專業(yè)人員進行處理，很小的問題也只能求助自動化公司解決，所以造成管理上的一些問題。

針對以上問題，泵站也在積極處理與改進中，主要是加強全員的自動化知識培訓(xùn)，配備專職的自動化設(shè)備管理員，加強與主管科室和自動化公司的溝通，鼓勵泵站運行工多使用自動化設(shè)備，出現(xiàn)問題積極處理，盡量發(fā)揮自動化設(shè)備的作用。目前，我中心正在建設(shè)以節(jié)水、生態(tài)、智慧、和諧為理念的“四個灌區(qū)”和現(xiàn)代化灌區(qū)，泵站自動化監(jiān)控系統(tǒng)是建設(shè)智慧灌區(qū)的基礎(chǔ)設(shè)施，是灌區(qū)高質(zhì)量發(fā)展的必由之路，我中心將繼續(xù)加強泵站自動化監(jiān)控系統(tǒng)的建設(shè)和管理，推進現(xiàn)代化灌區(qū)建設(shè)，更好地為灌區(qū)人民服務(wù)。