泵站计算机监控系统：提高安全和经济运行水平的关键

泵站计算机监控系统的应用，可以提高安全监控和经济运行水平，提高管理水平和改善劳动条件。

泵站监控系统的设计目标分两个层次：第一层次是实现对全站设备的有效监视和控制，监控的对象包括泵组，电气系统，辅助设备系统，闸门控制系统，励磁系统及直流系统，保证泵站更加安全、可靠地运行，并对泵站的运行情况作出统计，形成报表；第二层次是在第一层次的基础上，实现泵站的优化调度及经济运行，并达到“无人值班（少人值守）”的目标。

图8-5　机组事故停机程序图

（一）泵站监控系统的典型结构

如图8-6所示，泵站监控系统的典型结构可划分为3层，依距离现场设备的远近依次为：测量层、现地控制层和集控层。测量层的下面是现场设备层，集控层的上面是调度层（远控层），这两层（现场设备层和调度层）不属于泵站监控系统，测量层直接与现场设备“打交道”，测量层主要由各类传感器构成，如水位测量仪、叶片转角变送器、闸门开度仪、压力传感器、测温电阻、流量测速仪、示流信号计等。通过这些传感器，测量层将从现场设备层采集的各类信号，如上下游水位、叶片转角、闸门开度、油压、水压、现场（设备）的温度、流量、冷却水中断信号等送往现地控制层。现地控制层收集测量层上送的各类采集信号，并加工处理成数字信号，再上送集控层。集控层通过对现地控制层上送的信号进行分析、处理、统计、计算、存储，进而了解泵站的运行工况，并对泵站的运行状态加以控制，例如，在泵组运行过程中，若出现严重事故，则发出紧急停机命令，这一命令下发至现地控制层后，由现地控制层完成具体操作。

图8-6　泵站监控系统典型结构图

1.泵站监控系统的上位机

泵站监控系统的上位机监控软件可分为专用型和通用型。

专用型监控软件是专门为泵站设计的监控软件，可谓“量身定做”，如EC2000。

通用型监控软件如InTouch、（i）FIX、WinCC、组态王等组态软件，优点是产品化程度高、技术成熟。但由于过多地考虑了软件的通用性，对于泵站监控系统而言，需要进行二次开发高级应用软件。因此，在选用通用型监控软件时，需认真考虑的一个因素就是所需要的二次开发工作量有多大。另一个要考虑的因素是，如果选用了进口的组态软件，如InTouch，（i）FIX，WinCC等，它们是否满足你的习惯（人机接口、报表等），或者说，你能不能适应它们，并有足够的能力改造它们（进行二次开发）。

2.泵站监控系统的现地控制单元

现地控制单元（LCU）一般以可编程逻辑控制器（PLC）为核心，并配以各种专用功能装置。LCU通过各类现场总线或以太网与上位机相连，构成功能齐全的泵站计算机监控系统。

PLC有进口和国产两大类。一类是进口通用型PLC以欧、美公司的产品为主，主要有GE公司的90-30系列、90-70系列、Versa max系列，MODICON公司的TSX Quantum系列、Premium系列，Siemens公司的S7系列以及AB公司的SLC500系列和ABB公司的MODECELL系列等。也有选择日本的松下、三菱系列PLC。国产的PLC虽然起步较晚，但已经在电力行业取得了显著的成绩，如南瑞研制的MB80，MB60系列等。另一类相当于低端PLC的采集卡，如牛顿系列数据采集卡，也可用来采集开入、模入数据，用于监测目的。

与PLC配套使用的专用功能装置有交流量采集装置，如ACS-1，HC6000，PMAC9900等；温度测量及保护装置，如SJ-40系列；用于对时的GPS时钟同步装置，如SJ-18。这些专用功能装置一般通过通信口与PLC或LCU的通信管理单元进行数据交换（SJ-18的时间同步信号接入PLC的硬接点），也有直接与上位机通信的。对于规模较少，偏远（无人值班）的非枢纽级的贯流式泵站。也可采用强化LCU功能，简化集控层，甚至取消上位机。图8-7是LCU功能增强型泵站监控系统结构，它将集控层的部分功能下移到现地控制层；将另一些功能（如控制、优化、调度权）上移到远控层。由于简化或省去站内集控层，降低了设备、系统软件的投资费用，也降低了系统运行、维护费用，提高了系统的可靠性。

（二）系统功能

1.数据采集与处理

图8-7　LCU功能增强型泵站监控系统结构图

通过LCU和上位机系统对主要设备的参数及设备的运行状态进行实时监视，并对所有数据通过实时数据库写入历史库中，供历史报表、曲线、事故追忆等功能的查询。通常按照信号性质的不同把它分为模拟量、开关量及脉冲数字量等，其采集及处理方法也各不相同。

2.数据的统计

（1）泵站运行记录。记录的内容包括当班、当日、当月、当年的机组、闸门运行记录。其初值及时间区段的设置可通过调度或由运行值班人员通过人机对话方式实现。

（2）主要电气设备动作及运行记录。计算机监控系统对各主要电气设备的动作次数和运行时数自动加以统计和记录。其内容有：机组开停次数，本次开机运行时间、累计开机运行时数、泵组停机小时数、泵组检修退出时数，开关断路器合闸次数、正常跳闸次数、事故跳闸次数。

（3）电量统计。系统根据所测的实时数据，进行运行统计和计算电量分类累加，单台电动机的日、月、年用电量（有功、无功）累加以及全站日、月、年总用电量累加。

（4）事故及故障统计记录。计算机监控系统对当班、当日、当月、当年的各类事故及故障的内容和次数进行统计，作为资料保存。

（5）参数越复限统计记录。计算机监控系统可以自动对当班、当日、当月、当年的参数越复限情况进行统计，并记录下来。

（6）设备运行统计。设备运行统计的目的是作为其使用情况和寿命以及运行安全可靠性判别的依据。根据水泵制造厂提供的水泵扬程与流量的过程曲线和实测扬程（水位差）计算出单机抽水量及总抽水量。

3.运行安全监视

在运行过程中，监控系统可以实现如下功能：(www.xing528.com)

（1）设备运行实时监视及参数在线修改。

（2）参数越复限报警记录。

（3）事故顺序记录。

（4）事故追忆及相关量记录。

（5）故障状态显示记录。

（6）趋势分析判断。

4.生产过程的自动控制

（1）控制权。监控系统控制权分中控室、现场二级，可以进行无扰动切换。中控室控制指在监控系统的操作员工作站上的操作，现地控制是在现场LCU上的操作。控制权顺序为“现场、中控室。”

（2）自动控制。操作员通过工作站的显示器、键盘等，对监控对象进行下列控制：

1）机组起动、停机。

2）电气设备开关合/分操作。

3）辅助设备的操作。

4）各种整定值和限值的设定。

5）计算机系统设备投/切。

6）闸门的开启，紧急关闭。

5.经济运行

根据不同的目标函数，如按全站运行效率最高、按全站耗电最少、按全站运行费用最低和按全站抽水流量最大等方式，依据泵站进、出口水位的变化，通过实时优化计算，调节泵组流量，合理地确定开机台数，并对各泵组进行优化组合，在满足各种约束条件的前提下，充分挖掘泵站的节能潜力，使整个泵站运行能耗最少，达到整体最优、经济运行的目的。

6.设备运行统计记录及生产管理

主要对泵站的运行记录、主要电气设备动作及运行记录、操作记录、定值变更记录、事故及故障统计记录、参数越复限统计记录、主要设备和装置退出运行统计记录、运行日志及报表打印等进行记录和管理。

7.画面显示及语音报警功能

在运行过程中，人机界面主要有以下画面显示：

（1）系统图：包括电气主接线图，站用电接线图，泵站剖面图，辅助设备系统图，模拟显示图、液压系统图。

（2）棒图类：通过数据库调用，系统提供了各类运行参数的棒图，包括主要运行参数。

（3）报警画面类：系统具有模拟量的越限报警、受限提示以及有关参数的趋势报警，事故、故障顺序记录及监控系统自诊断报警功能，一旦报警发生，在各界面上均弹出报警提示和报警说明，同时可在报警菜单内查询详细资料。

（4）曲线图类：包括运行电压曲线、电流曲线、抽水流量以及各类模拟量变化曲线。

（5）表格类：包括参数及参数给定值、特性表、各种整定值及定值变更统计表、各类报警信息统计表、操作统计表、各类运行报表、运行日志、操作票等。

（6）运行指导类：系统内安装“帮助”栏，给出详尽的运行指导，包括开、停机操作指导，主系统操作指导，站用电系统操作指导画面，各类提示信息等。

（7）语音报警功能：对重要操作进行提示，发生事故或故障时，能用响亮、清晰的语言向有关人员发出报警。

（8）与其他系统通信：通信的对象分为站内智能系统（设备）和上级调度系统。站内智能系统（设备）包括闸门控制系统、励磁系统、保护装置、MIS、生产管理系统、各类智能仪表和装置等。与上级调度系统的通信有两种方式：一种是直接写入商业数据库，如Oracle，Sybase，SQL Server等，这种直接写入数据库的方式实现较简单，但缺点是实时性差，并且实现控制不方便；另一种是采用远动的方式，即监控系统作为Server，上级调度作为Client，实现遥信（开关量）、遥测（模入量）、遥控（开、停机）和遥调（工况调节）功能，与直接写入数据库方式相比，实时性高，而且实现控制操作方便。

（9）自诊断和自恢复功能。系统具有在线自诊断能力，可以诊断出LCU通道、模件、电源等故障，自动切除故障部分，并给出自诊断信息，以供维修人员及时检修和更新。