龐宇林

（晉城市水利勘測設(shè)計院 山西晉城 048026）

能量管理系統(tǒng)EMS(energy management system)包括四個系統(tǒng)：數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)（SCADA）、經(jīng)濟調(diào)度控制系統(tǒng)（EDC）、安全分析系統(tǒng)（SA）和高級設(shè)備管理系統(tǒng)（AMS）。

水網(wǎng)調(diào)度的能量管理系統(tǒng)包括：拓?fù)浞治?、狀態(tài)估計、潮流計算、靜態(tài)安全、最優(yōu)潮流、設(shè)備管理等系統(tǒng)。

建設(shè)水源管理系統(tǒng)的目的是為了水資源合理調(diào)配，達(dá)到水網(wǎng)平衡、系統(tǒng)安全運行、實現(xiàn)配方管理和配方運行的最佳經(jīng)濟運行模式。

系統(tǒng)的建設(shè)中使用統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，統(tǒng)一的結(jié)構(gòu)，強大的冗余功能才能為今后“數(shù)字化水務(wù)”系統(tǒng)建設(shè)中減少設(shè)備的重復(fù)投資，合理利用資源做好基礎(chǔ)工作。

1 水源管理調(diào)控平臺基本組成

水源管理調(diào)度平臺主要包括：監(jiān)控調(diào)度信息系統(tǒng)、水源監(jiān)控系統(tǒng)、泵站監(jiān)控系統(tǒng)、AMS設(shè)備管理系統(tǒng)、管網(wǎng)安全監(jiān)控系統(tǒng)、數(shù)據(jù)歸檔系統(tǒng)、數(shù)據(jù)災(zāi)備中心、數(shù)據(jù)共享及發(fā)布系統(tǒng)、數(shù)據(jù)報表分析系統(tǒng)、遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)、授時中心、管網(wǎng)地理位置信息系統(tǒng)、遠(yuǎn)程調(diào)度VOIP系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)安全管理系統(tǒng)、管線巡檢單兵等多個系統(tǒng)組成。

SCADA/EMS系統(tǒng)是建立在一個集成多業(yè)務(wù)多功能平臺上的管控中心。沁水縣張峰水庫水源工程SCADA/EMS系統(tǒng)的建設(shè)應(yīng)當(dāng)在一個多業(yè)務(wù)、多功能的屬于整個晉城市水網(wǎng)能源管理系統(tǒng)的系統(tǒng)平臺框架基礎(chǔ)上建立。在不同時期根據(jù)相應(yīng)的任務(wù)完成相應(yīng)的功能模塊，系統(tǒng)建設(shè)遵循SCADA/EMS系統(tǒng)的設(shè)計框架、統(tǒng)一的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及通訊規(guī)約，為今后城市“數(shù)字化水務(wù)”奠定良好的基礎(chǔ)。

2 系統(tǒng)設(shè)計原則

沁水縣張峰水庫水源工程SCADA/EMS系統(tǒng)建設(shè)將為今后“數(shù)字化水務(wù)”項目中的一個子項目建設(shè)方式。系統(tǒng)遵循：安全性、先進性、實用性、通用性及可冗余性的原則作為設(shè)計導(dǎo)向，為整個張峰水庫水源SCADA/EMS系統(tǒng)工程搭建一個能安全、合理、經(jīng)濟的數(shù)字化運行管理平臺。

3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

整個系統(tǒng)由張峰水庫水源監(jiān)測系統(tǒng)、一二級泵站監(jiān)控系統(tǒng)、調(diào)節(jié)水池以及縣末端水廠蓄水池監(jiān)測系統(tǒng)、AMS設(shè)備管理系統(tǒng)以及報表數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)組成。

4 分系統(tǒng)功能描述

1）張峰水庫水源監(jiān)測系統(tǒng)主要由在線水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)、水庫水位以及淤積監(jiān)測組成。

（1）在線水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)是為了用水安全建立的，按照國家頒布的標(biāo)準(zhǔn)測定方法對水溫、pH、三態(tài)氮（硝態(tài)氮、亞硝態(tài)氮、氨氮）、總磷、COD、BOD5、TOC、TN、金屬離子（銅、鋅、硒、砷、汞、鎘、鉻（六價）、鉛）等項目實時在線監(jiān)測。由于在線水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)的投資較大，根據(jù)該項目的投資預(yù)算，在線水質(zhì)檢測系統(tǒng)可以使用常規(guī)定時人工方式的水質(zhì)監(jiān)測方法對水源做水質(zhì)監(jiān)測工作，但是在系統(tǒng)中預(yù)留在線水質(zhì)監(jiān)測端口，具有人工水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)錄入及分析功能。

（2）水庫水位監(jiān)測以及淤積監(jiān)測使用多點位多個傳感器完成測量工作，保證泵站進水口不出現(xiàn)淤積堵塞，保證減少進水泥沙含量。

2）一二級泵站監(jiān)控系統(tǒng)主要是：水泵電機運行電參數(shù)監(jiān)測系統(tǒng)、主備泵自動切換系統(tǒng)、水泵運行安全監(jiān)測系統(tǒng)、工藝數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、水泵及閥門控制系統(tǒng)、變電站監(jiān)測系統(tǒng)。其中除了變電站由變電站綜合保護系統(tǒng)提供檢測功能外，其余的系統(tǒng)由一個SCADA系統(tǒng)組成。

（1）水泵電機運行電參數(shù)監(jiān)測系統(tǒng)是通過電機綜合保護器對電機實現(xiàn)過載、過流、欠壓、過壓、欠流、短路、缺相、漏電、相位等綜合保護的同時為泵站系統(tǒng)提供電機運行數(shù)據(jù)。

（2）水泵運行安全監(jiān)測系統(tǒng)的主要功能是通過在泵組上建立一套機組狀態(tài)監(jiān)測與跟蹤分析系統(tǒng)，實現(xiàn)對泵組(包括水泵和電動機)的在線監(jiān)測、分析與診斷功能，并將數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)上與AMS設(shè)備高級管理維護系統(tǒng)連接，能使運行管理部門、設(shè)備管理及維護工作部門在網(wǎng)絡(luò)上都可有效地對機組狀態(tài)進行監(jiān)測分析，讀取相應(yīng)的自動診斷狀態(tài)報告，以盡早發(fā)現(xiàn)潛伏性故障，提出預(yù)警，避免發(fā)生嚴(yán)重事故，保證機組的安全、經(jīng)濟運行，提高經(jīng)濟效益和社會效益，同時促進實施泵站“無人值班(少人值守)”的管理模式。

A、水泵安全運行主要的監(jiān)測項目有：水泵和電機的軸XY向擺度、水泵軸承座XY向振動、水泵水導(dǎo)端蓋處振動、泵殼振動、電機軸承座處振動、液控蝶閥出口壓力、水泵進口壓力、水泵出口壓力、水泵出口流量、水泵及電機的軸承溫度、轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)向、電機轉(zhuǎn)子及定子溫度等數(shù)據(jù)。

B、在系統(tǒng)運行中，為了防止水錘發(fā)生，系統(tǒng)中使用了液控逆止閥。在系統(tǒng)出現(xiàn)故障或主備水泵切換時，為了防止液控逆止閥失效，整個系統(tǒng)的軟件中必須具有ESD功能的緊急故障處理程序，由于系統(tǒng)中使用的閥門開關(guān)速度沒有液控逆止閥快，但緊急停車模塊作為二次保護功能模塊會增加系統(tǒng)運行安全性。

C、水泵運行安全系統(tǒng)其中有一部分為泵房安全，泵房安全常規(guī)安全措施是消防安全。消防安全的重點主要應(yīng)具備火災(zāi)監(jiān)測和控火滅火設(shè)備。對于有人值守的泵房應(yīng)當(dāng)具有泵房環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)。主要用來監(jiān)測現(xiàn)場環(huán)境的有害氣體、空氣中的氧氣及二氧化碳含量、環(huán)境溫濕度等威脅人身及設(shè)備安全的環(huán)境數(shù)據(jù)?，F(xiàn)代化的泵房大部分為無人值守方式，由于該項目設(shè)計的泵房高度低于取水的水平面，在出現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)破壞、設(shè)備破損和維修泄漏時很容易將水倒灌至泵房，會對泵房的工作人員及設(shè)備造成安全隱患，所以泵房應(yīng)當(dāng)具有自動排污系統(tǒng)，在泵房的最低處設(shè)置污水池以及兩臺以上高效排污泵，在SCADA系統(tǒng)中能實時監(jiān)測排污泵及污水池水位狀態(tài)，通過對排污泵及污水池的數(shù)據(jù)監(jiān)測能及時預(yù)知泵房結(jié)構(gòu)及設(shè)備的安全運行情況。

（3）工藝數(shù)據(jù)采集主要是：進出口壓力、瞬時流量、累計流量、溫度等數(shù)據(jù)的采集，其中流量計盡量采用智能流量計，一臺設(shè)備能同時采集多個值，即使在系統(tǒng)故障時也能單獨運行，為今后計量計費數(shù)據(jù)做有力保障。

（4）水泵和閥門的控制系統(tǒng)屬于整個SCADA系統(tǒng)中末端的執(zhí)行子系統(tǒng)，它依據(jù)現(xiàn)場的工藝數(shù)據(jù)、安全數(shù)據(jù)以及操作人員的指令和配方操作指令系統(tǒng)對水泵電器、閥門和電源的手動及自動操作進行調(diào)節(jié)。這個操作系統(tǒng)基本操作程序必須具有互鎖、連鎖防止誤操作的功能，比如一鍵啟動、緊急停車和主備快速切換功能。

（5）變電站的監(jiān)控系統(tǒng)按照國家標(biāo)準(zhǔn)由變電站綜合保護裝置完成，其中的電參數(shù)由變電站綜合保護裝置采集，為SCADA系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)接口，實現(xiàn)變電站的遠(yuǎn)動功能。后備電源主要由直流屏、監(jiān)控機房UPS和后備發(fā)電機組成，設(shè)備的運行數(shù)據(jù)和電源的遠(yuǎn)程監(jiān)測及快速切換統(tǒng)一由SCADA系統(tǒng)完成。備用發(fā)電機應(yīng)當(dāng)具有快速自啟動的功能，并且備用發(fā)電機的功率應(yīng)滿足自動排污系統(tǒng)的功率需求。

3）調(diào)節(jié)水池和末端水廠蓄水池檢測系統(tǒng)主要檢測水池的水位以及淤積數(shù)據(jù)，用來監(jiān)測庫容量，為水網(wǎng)平衡調(diào)節(jié)做基礎(chǔ)。

4）系統(tǒng)的報表及數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析是能源管理系統(tǒng)中最為重要的人機交互、數(shù)據(jù)分析功能模塊，其中報表和數(shù)據(jù)分析的格式應(yīng)當(dāng)為開放的自由編輯方式，以便于根據(jù)不同的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)做出不同的分析結(jié)果。所有的報表應(yīng)當(dāng)能兼容Microsoft Excel，以Excel Report的形式直接設(shè)計一種功能強大的報表生成器。在Excel中，可以簡單、方便地直接創(chuàng)建模板。若針對某個確定的時段創(chuàng)建報表，則系統(tǒng)可以訪問相應(yīng)模板，并使用過程數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)自動填寫該模板。另外，也可以根據(jù)時間對報表的創(chuàng)建、打印和存儲工作進行控制，無需任何用戶干擾。

5）設(shè)備高級維護套件(AMS)是一種進行參數(shù)設(shè)置的便捷工具，可高效地規(guī)劃、管理、執(zhí)行和控制維護工作以及故障補救。它不但可以節(jié)省成本，提高系統(tǒng)質(zhì)量，而且還可使用SCADA進行擴展。其具體功能如下：

（1）獲得所有事件的概述（事件概述）。

（2）自動生成作業(yè)指令（作業(yè)指令）。

（3）記錄每個應(yīng)用程序的工藝路線（操作規(guī)劃）。

（4）定義正常情況下將執(zhí)行的操作（升級方式）。

（5）優(yōu)化備件庫存（備件優(yōu)化）。

（6）確保系統(tǒng)質(zhì)量的穩(wěn)定（質(zhì)量保證）。

（7）通過單擊按鈕檢索知識（知識庫）。

（8）更高效地控制維護任務(wù)（維護管理）。