大中型泵站中微機自動化監(jiān)控系統的應用

魏靜洲

[摘 ? ?要]針對大中型泵站自動化監(jiān)測、控制系統的總體規(guī)劃進行分析和介紹，為實現自動化監(jiān)控促進本身發(fā)展，實現對大中型泵站的研究，提出了借助計算機實現對泵站的控制。泵站危機監(jiān)控系統囊括多種內容，泵站自動化控制系統有現場設備管控、設備監(jiān)測管理、站區(qū)服務通信等不同部分。在自動化控制系統中使用微機監(jiān)控系統不僅可以避免造成不必要的設備故障，甚至還可以為樞紐運行管理和決策調整提供便利。

[關鍵詞]大中型泵站;微機自動化;監(jiān)控系統

[中圖分類號]TV675 [文獻標志碼]A [文章編號]2095–6487（2021）08–0–02

[Abstract]A reasonable analysis and introduction of the overall planning of the automatic monitoring and control system of large and medium-sized pumping stations is carried out. In order to realize automatic monitoring and promote its own development and realize the research of large and medium-sized pumping stations， it is proposed to control the pumping station with the help of computers. The crisis monitoring system of the pumping station includes a variety of contents. The automatic control system of the pumping station has different parts such as on-site equipment management and control， supporting equipment monitoring and management， and station area service communication. The use of a microcomputer monitoring system in an automated control system can not only avoid unnecessary equipment failures， but can even provide convenience for hub operation management and decision-making adjustments.

[Keywords]large and medium-sized pumping station; microcomputer automation; monitoring system

隨著計算機技術和網絡技術、自動化技術的快速發(fā)展，在實際運行過程中建立了完善而高效的監(jiān)測系統，為管控系統提供技術支持。微機監(jiān)控作為自動控制系統一部分，能夠促進系統完善保證系統更加可靠，在實際運行過程中還可以避免出現設備事故保證設備運行故障的降低。

1 泵站微機監(jiān)控系統組成

（1）大中型泵站自動化控制系統中微機監(jiān)控系統主要包括主輔機的自動控制、勵磁裝置、主機自動調節(jié)、微機保護等不同部分，采用監(jiān)控方式可以選擇分散、集中，甚至兩者相結合的監(jiān)控方式。其中勵磁控制電機可以根據市場實際供需來選擇，選擇數字化微機磁裝置之后，設計人機界面，人機界面主要是通過液晶漢字來顯示，參數設定使用菜單操作全部強電輸入，在輸入CPU系統之前經過隔離設備進一步轉化為弱電信號。輸入信號、輸出信號在通過光隅隔離之后，信號被隔離放大，隨后再輸出。實際上除了國內對微機系統進行積極研究之外，美國通用電氣公司的微機系統也實現了集成化，該公司的微機型管理器綜合了保護、控制、通信、故障檢測、功率測量為一體。在參數設定階段可以通過表面設置鍵盤直接輸入下達指令，技術人員也可以通過上位機下載。該公司生產的主機主要使用SR469微機，在具體運用過程中起到保護、控制、檢測電機容量的作用，站變使用的SR750微機型饋線來保護線路與小型變壓器。在監(jiān)控系統中上位機使用EC2000配置SQL Server數據軟件，具備web功能，能夠計入當外局域網實時發(fā)送與監(jiān)測數據，實現廣域網的全部用戶瀏覽，其中涉及到重要監(jiān)測數據。

（2）監(jiān)控單元通過主輔機控制、主機自動調節(jié)兩個部分實現。具體系統選擇兩套性能優(yōu)良、容量合理且可靠性高的設備來實現，每個控制單元都使用PLC，均是以工業(yè)級、太網專用模塊、主控計算機來連接發(fā)揮本身性能，保證數據能夠高效而可靠傳輸。主控計算機使用PLC實現監(jiān)控和數據采集，根據壓力量、電量、水位等，由PLC發(fā)送指令實現控制，做好設備管理。

2 微機監(jiān)控系統特征分析

微機監(jiān)控系統綜合保護、檢測、管控、通信等功能保證電源和通信穩(wěn)定，不會對彼此造成影響，充分保護電源，而且不會受到通信和運動方面的影響，能夠完全獨立進行工作。其中勵磁硬件設備的使用模塊化設計主要是為了方便后期泵站運行過程中維修和維護，設備參數設置可以按照現場需求鍵入，也可以通過上位機下載。除了閘門的PLC控制系統之外，系統內其他不同部分與上位機之間使用同樣的通信協議，這確保了系統內部通信的可靠與完整，保護整個系統實現了與PLC通信，讓整個系統更有層次感更豐滿，符合分布式系統構造的相關要求。不同系統之間能夠聯網運行，也可以獨立運行為系統功能發(fā)揮提供可能，彼此之間的影響力非常小，甚至可以根據管理需要來合理選擇，提高了整個系統安全系數。該系統還可以按照上下游水位和葉片角度變化等自動分析計算機組的流量、水量等做好記錄。

3 微機監(jiān)控系統在大中型泵站自動化控制系統中的運用

3.1 監(jiān)測功能

監(jiān)測功能主要體現在上位機能夠實現對整個系統設備運行參數和運行狀態(tài)的監(jiān)控，站變、主電機電流變化、主變電設備溫度變化都與保護單元有關系，通過PLC與上位機通信實現信息交換。在系統中水壓力、油壓力、氣壓力等需要與系統內壓力變送器進行變化，之后在PLC與上位機交換信息實現信息下達。勵磁裝置運行狀態(tài)監(jiān)測出來電數據由通信電纜的PLC和上位機傳輸通信實現，勵磁電機融合控制器上面有顯示屏，能直接顯示所監(jiān)控的機組運行情況。系統的閘門開關、上下游水位、葉片角度、儲油罐位等均是現場設備所采集。大型泵站的自動化系統主要就是實現檢測、監(jiān)測、測量功能，根據設備實際運行情況檢測、采集、記錄，超限報警等。如采集超聲波水位檢查設備運行情況，將超聲波水位檢查情況通過PLC轉換變成數字參數，經由通信網絡將數字傳輸到上位機反饋給管理人員。在設備管理位置得到信號之后反向檢測判斷電壓實際運行情況。在實際運行過程中整個生產環(huán)節(jié)設備的開啟、關閉、二次設備運行狀態(tài)、保護設備、報警信號等均是依靠PLC控制系統實現，經過控制系統監(jiān)測運行。

3.2 微機勵磁功能

上位機通過設定閉環(huán)來實現功率調節(jié)，調節(jié)恒定功率、恒無功率的運行情況。一旦上位機發(fā)生故障，勵磁綜合控制器就會通過鍵盤來調節(jié)主要參數實現控制。上位機能夠實時記錄晶閘管勵磁裝置中設備運行參數詳細情況，并且作出反應。如果電機發(fā)生勵磁保護性跳閘，導致裝置運行不正?；蛘呤浅霈F失控情況，不僅是在上位機中出現信號提示，在設備的液晶顯示屏中也都會出現相關信號。

3.3 控制與管理功能

微機監(jiān)控系統通過上位機實現對刀閘、斷路器、站變斷路器側儲能、分合閘的控制，現場控制單元根據實際指令下達主機斷路器、分合閘的控制命令。葉片角度大小按照實際運行情況來調節(jié)?？諌簷C和公排水泵的開與停主要是通過上位機設置來設定參數實現監(jiān)控單位的自動調節(jié)。同時因為微機監(jiān)控系統在上位機上面設置報警裝置，一旦發(fā)生故障就會發(fā)出警報;上位機還有系統運行不同參數設置的菜單欄，系統運行過程中運維管理人員可以通過點擊鼠標來獲得上位機中菜單選項，如了解主機運行參數和技術參數等，針對輔機系統中的水位、水壓力、油位等了解清晰，根據實際情況采取合理措施來控制。在報警裝置中通過故障畫面來了解設備實際運行情況，了解主輔機的運行情況。設備管理人員還可通過鼠標和鍵盤來調整設備的運行參數和運行方式，實現葉片調整等。為進一步實現管理，微機監(jiān)控系統設置了多層防護程序實現對系統的控制，尤其是斷路器關閉之前需要做好各種合閘工作，因為上位機一旦關閉之后就無法順利完成下一步操作。

3.4 保護功能

微機監(jiān)控系統最顯著的方式就是保護設備，根據監(jiān)控實際情況來判斷設備是否故障，根據實際情況記錄發(fā)生故障的時間和類型，進一步反映出故障的各種數據和波形，倘若存在故障則可以根據實際情況采取合理措施進行控制。系統上位機借助PLC實現輪流查詢和保護裝置，如果出現保護動作則PLC需要將保護跳閘事件、報告、自檢報告等上傳至上位機系統中實現對系統的保護。主機保護系統裝置能夠實現過流和低頻率保護、過負荷保護等。除了電量保護之外，主機的推力瓦溫度和勵磁系統參數狀態(tài)保護功能也均逐步實現。主機溫度保護手段一般有兩種方式，如接入溫度電阻實現邏輯分析判斷，或者是借助壓力式溫度計將開關量接入到PLC在主機跳閘方面進行控制。主變設備可以保護低電壓和過流現象，過激磁、零序電壓等。只需要在使用之前設定參數主變就可以在運行過程中根據實際情況采取合理措施做好保護。具體保護還可以針對溫度、主變本體中的瓦斯保護等。站變的保護功能主要體現在過流和速斷方面，能夠快速消除故障實現對設備的保護。

4 大型泵站微機監(jiān)控系統的結構

4.1 集中式控制系統

這是一種直接監(jiān)控方式，由計算機和接口、輔助備件組成，實現系統的控制，所有控制系統均是計算機完成，適合簡單的控制手段。這種控制系統整體結構簡單且運行方便，但也存在明顯缺點：整個系統所有控制的任務集中在同一個計算機中，一旦計算機出現故障必然導致整個系統工作停止，控制功能無法實現，控制現場大量模擬信號在經過變送器、電纜之后傳輸到計算機系統，而傳輸電纜之間串擾、干擾，導致監(jiān)控精度不高。整個控制系統在擴展的時候需要重新修訂系統結構，而這種方式導致系統擴展性差，無法適應泵站微機監(jiān)控系統發(fā)展的要求。針對集中式監(jiān)控系統中存在的各種缺陷和不足，目前這種控制系統已經無法適應泵站微機監(jiān)控系統實際發(fā)展需要，目前泵站監(jiān)控系統廣泛使用分布式計算機監(jiān)控，也叫做DCS。

4.2 DCS監(jiān)控系統

這是一種集中操作管理、分級分散控制的系統，為保證系統的靈活性和可靠性，系統一般使用分層分布，以太網、串口通信、現場總線相結合的網絡結構。在泵站微機監(jiān)控系統中從整體上劃分為兩級，分別的是就地控制、集中控制。就地控制主要是由PLC、微機保護、微機勵磁等實現。集散式控制系統主要是針對整體機組、輔助實現獨立控制，進行數據采集。一般人們將其設置在中央控制室內，由監(jiān)控服務器、工程師工作站、輔機組成。為保證泵站的安全穩(wěn)定運行，控制方式一般有順序控制、現場手動控制等方式。如果選擇順序控制方式系統相關設備相互連鎖，通過點擊監(jiān)控系統實現對整個系統的控制，所有執(zhí)行過程受到程序控制。而單步控制和手動控制不受到系統連鎖控制的影響，設備自身能夠實現獨立運行和日常維護。后面兩種方式主要區(qū)別單步控制，單步控制是微機的畫面按鈕實現對微機系統的控制。整個系統控制一般分為四個等級，分別是直接測控、過程優(yōu)化、生產管理、決策經營等。

4.3 現場總線控制

現場總線控制系統將計算機技術、通信技術、計算機網絡技術引入到工業(yè)控制領域內形成開放式互聯網，既可以實現同層網絡互聯，也可以實現不同層網絡互聯。現場設備處理中以微處理器為核心實現現場智能設備管理，這種方式能夠實現互聯網、互操作。這里簡單分析該方式ID特征：通信線道和生產方式相連接，使用現場通信網絡與現場設備、儀表相互鏈接實現數字化傳輸，保證信號轉換精度，提高了數字信號的可信性。將控制功能分散給現場設備與儀表，用戶可以靈活選擇某一種模塊精組態(tài)實現控制，將控制功能徹底下放到生產環(huán)節(jié)實現真正的徹底控制。

現有的泵站微機監(jiān)控系統構建方式是硬件和軟件模塊組態(tài)根據用戶實際情況和特征來建立監(jiān)控系統，使用全開放和全分布式控制結構實現分層式管理。基本原理是使用以太技術運用在工業(yè)控制網絡內使用可編程控制器PLC作為控制單位，獨立與上位機、主機連接實現通信。

5 結束語

泵站運行并非是獨立的個體，在整個系統內泵站之間有密切關系。因此在實現泵站內部機組優(yōu)化的基礎上還應針對泵站的關聯部分進行合理調配分析，實現對整個流域內泵站串聯管理，實現水資源的優(yōu)化利用。

參考文獻

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