戴啟璠

（江蘇省灌溉總渠管理處，江蘇淮安 223200）

泵站的自動控制包括繼電保護、勵磁、監(jiān)控系統(tǒng)以及備用電源自投等裝置。江蘇省大型泵站最早在計算機監(jiān)控系統(tǒng)領(lǐng)域開展的是上世紀(jì)80年代初期江都水利工程管理處與上海電器科學(xué)研究所共同研發(fā)的江都水利樞紐實時數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。1996年，江蘇省水利廳、南京水文自動化研究所和江都水利工程管理處通過引進國外成熟的技術(shù)與設(shè)備，共同開發(fā)了“江都抽水站機組監(jiān)控關(guān)鍵技術(shù)”。該系統(tǒng)采用分層分布式結(jié)構(gòu)，PLC控制、交流采樣智能儀表、INTOUCH組態(tài)軟件，達到了相當(dāng)成熟的工業(yè)應(yīng)用水平，為江蘇大型泵站計算機監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)樹立了榜樣。之后，泰州引江河泵站、淮安一站、淮陰二站相繼建成了泵站監(jiān)控系統(tǒng)，這些系統(tǒng)都具備實際使用的功能，且通過運行管理人員的維護保養(yǎng)，10多年來一直保持正常使用的良好狀態(tài)，標(biāo)志著我省大型泵站微機監(jiān)控系統(tǒng)已達到比較成熟的水平。

一、我省大型泵站自動控制的現(xiàn)狀

目前，我省綜合自動化結(jié)構(gòu)大部分采用星型光纖單網(wǎng)結(jié)構(gòu)，少數(shù)采用環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)采用分層分布式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，分為上級調(diào)度層、監(jiān)控層和現(xiàn)地層3層結(jié)構(gòu)，現(xiàn)地層為第1級，控制權(quán)限最高；監(jiān)控層為第2級，控制權(quán)限次之；上級調(diào)度層為第3級，控制權(quán)限最低。

上級調(diào)度層設(shè)在上級防汛調(diào)度部門，其與監(jiān)控層接口可以實現(xiàn)遙測、遙控、遙視、遙調(diào)的功能。但上級調(diào)度層的設(shè)計與實踐除少數(shù)泵站開展外，大部分泵站暫未涉及。監(jiān)控層通常設(shè)在泵站中央控制室，主要完成對現(xiàn)地控制單元進行監(jiān)控、采集并匯集整理各種運行參數(shù)，形成各種報表，系統(tǒng)組態(tài)，上傳有關(guān)泵站運行狀態(tài)數(shù)據(jù)，下達上級調(diào)度指令等任務(wù)。通常監(jiān)控層主機按雙冗余設(shè)計，運行值班主機可預(yù)先任意選定，雙機通過以太網(wǎng)通信?，F(xiàn)地層設(shè)在設(shè)備現(xiàn)場，完成對現(xiàn)地設(shè)備的自動監(jiān)測和自動控制?，F(xiàn)地單元由可編程序控制器（PLC）、多功能電表、交流采樣裝置、機組溫度測量裝置、測速儀表、電源、繼電器等組成。

目前，泵站計算機監(jiān)控系統(tǒng)可以實現(xiàn)對泵站主機、輔機、公用設(shè)備、高低壓配電設(shè)備進行監(jiān)視、控制、保護和調(diào)度等運行管理工作。主要包括以下內(nèi)容：

（1）數(shù)據(jù)采集與處理。監(jiān)控主機可以接收現(xiàn)地控制單元上傳的各類實時數(shù)據(jù)，按收到的數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)庫刷新、報警登錄，接收上級調(diào)度系統(tǒng)下發(fā)的命令以及其他系統(tǒng)發(fā)來的數(shù)據(jù)?，F(xiàn)地控制單元能夠自動采集被控對象的各類實時數(shù)據(jù)，在發(fā)生事故或者故障情況時自動采集相關(guān)數(shù)據(jù)，并可對采集到的模擬量數(shù)據(jù)和狀態(tài)數(shù)據(jù)進行處理。

（2）監(jiān)視與報警。系統(tǒng)可以通過監(jiān)視器或大屏幕對主機組、公用及輔機、高低壓配電等主要設(shè)備的運行工況進行監(jiān)視?？梢詫χ鳈C組各種運行工況（開機、停機等）的轉(zhuǎn)換過程、變配電系統(tǒng)送停電過程、輔助設(shè)備操作的過程等進行監(jiān)視，并在發(fā)生異常情況時報警。

（3）控制與調(diào)節(jié)。監(jiān)控系統(tǒng)控制與調(diào)節(jié)的對象有：主機組、輔機設(shè)備、變配電設(shè)備。對主機的控制與調(diào)節(jié)包括主機組的開機、停機順序控制等；對輔助設(shè)備的控制與調(diào)節(jié)包括實現(xiàn)技術(shù)供水系統(tǒng)的啟停控制等；對配電設(shè)備的控制與調(diào)節(jié)包括站變投、退控制操作和進出線開關(guān)合分操作等。

（4）數(shù)據(jù)的記錄與存儲。對采集及處理過的實時數(shù)據(jù)進行記錄，實現(xiàn)對系統(tǒng)中任何一個實時模擬量數(shù)據(jù)（原始輸入信號或中間計算值）進行連續(xù)記錄。記錄的數(shù)據(jù)支持實時趨勢曲線顯示，能夠在實時趨勢曲線上顯示任何一個點的數(shù)值和時間標(biāo)簽。建立歷史數(shù)據(jù)庫，能夠存儲系統(tǒng)中主要的輸入信號（模擬量和開關(guān)量）以及重要的中間計算數(shù)據(jù)，且歷史數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)記錄與存儲滿足用戶對歷史數(shù)據(jù)的多種檢索方式。

（5）人機接口。監(jiān)控系統(tǒng)能提供站控級和現(xiàn)地級人機接口，滿足現(xiàn)場運行監(jiān)視和控制操作的要求。其中，站控級人機接口可作為泵站運行人員監(jiān)視、控制和調(diào)節(jié)泵站運行的主要手段，同時也為維護人員提供系統(tǒng)故障診斷、系統(tǒng)運行參數(shù)設(shè)定或修改、數(shù)據(jù)庫建立和維護、監(jiān)控畫面編輯和修改、報表定義或修改等管理和維護工作的接口。

（6）數(shù)據(jù)通信。計算機監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信分為3類：一是站內(nèi)通信，即監(jiān)控系統(tǒng)與其它智能測控設(shè)備之間的通信；二是監(jiān)控系統(tǒng)與泵站內(nèi)其它系統(tǒng)的通信、監(jiān)控系統(tǒng)與機組在線監(jiān)測裝置的通信、監(jiān)控系統(tǒng)與信息管理系統(tǒng)的通信；三是監(jiān)控系統(tǒng)與上級調(diào)度系統(tǒng)，即與泵站運行管理相關(guān)的上級調(diào)度管理系統(tǒng)之間的通信。

（7）系統(tǒng)自診斷與恢復(fù)。監(jiān)控系統(tǒng)能實現(xiàn)對自身的硬件及軟件進行故障自檢和自診斷功能，在發(fā)生故障時能保證故障不擴大，且能在一定程度上實現(xiàn)自恢復(fù)，其自身的故障不影響被控對象的安全。站控級具有對計算機硬件設(shè)備、軟件進程異常、通信接口、與現(xiàn)地控制單元的通信、與上級調(diào)度系統(tǒng)的通信、與其它系統(tǒng)的通信等故障的自檢能力，當(dāng)診斷出故障時自動報警。

二、目前大型泵站自動控制存在的問題

經(jīng)過多年的探索與建設(shè)，江蘇現(xiàn)有的泵站自動化系統(tǒng)能夠基本滿足泵站日常的需求，實現(xiàn)生產(chǎn)運行的自動控制與調(diào)度，如：閘門控制、勵磁調(diào)節(jié)、繼電保護等。雖然通過制定工作流程規(guī)范，基本能夠?qū)崿F(xiàn)泵站的穩(wěn)定運行，但與現(xiàn)代化的管理要求相比，還存在下列主要問題：

（1）泵站自動控制建設(shè)缺乏總體規(guī)劃。部分單位和部門已做的規(guī)劃沒有經(jīng)過專門的審查和批準(zhǔn)，技術(shù)上沒有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，泵站之間的信息不能共享，形成若干信息孤島，后期整合難度大，系統(tǒng)維護困難。

（2）缺少針對自動控制系統(tǒng)的評價體系和測試軟件，沒有針對監(jiān)控系統(tǒng)進行考核和驗收的統(tǒng)一的量化標(biāo)準(zhǔn)。

（3）現(xiàn)地層的基礎(chǔ)信息仍然是通過采用大量電纜進行模擬量和硬接點采集的傳統(tǒng)方式，造成廠房內(nèi)電纜敷設(shè)量大，接線復(fù)雜，影響自動化系統(tǒng)的整體可靠性，容易受電磁干擾和一次設(shè)備傳輸過電壓的影響，存在二次運行異常、繼電設(shè)備誤動等方面的隱患。

（4）盡管已經(jīng)開展了泵站群或梯級泵站的集中控制和優(yōu)化調(diào)度的研究，但尚不具備實用條件，不具備工業(yè)推廣的價值。

三、大型泵站自動控制的發(fā)展方向

縱觀現(xiàn)代計算機自動監(jiān)控技術(shù)的發(fā)展和大型泵站現(xiàn)代化管理的要求，大型泵站自動控制應(yīng)當(dāng)向泵站設(shè)備數(shù)字化、數(shù)據(jù)共享網(wǎng)絡(luò)化、信息應(yīng)用化的方向發(fā)展，以建設(shè)數(shù)字化、智能化泵站為目標(biāo)，實現(xiàn)泵站管理質(zhì)的飛躍。

所謂泵站數(shù)字化智能化是指“一次設(shè)備智能化，二次設(shè)備網(wǎng)絡(luò)化”。泵站一次設(shè)備的信號輸出和控制輸入均能數(shù)字化，利用網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)進行傳輸，二次回路中常規(guī)的繼電器及其邏輯回路被可編程軟件代替，常規(guī)的模擬信號被數(shù)字信號代替，常規(guī)的控制電纜被光纖代替。

建設(shè)數(shù)字化、智能化泵站需要用電子式電流電壓互感器、智能化開關(guān)取代傳統(tǒng)的電磁式電流電壓互感器、斷路器，使得設(shè)備的二次側(cè)不再存在模擬量，這就需要對原來泵站的設(shè)備進行更新或改造，有條件的可以直接對原有設(shè)備進行更換，用新型的智能化設(shè)備替代原來的設(shè)備。對于改造的泵站也可以采用就地數(shù)字化方式，通過對傳統(tǒng)的一次設(shè)備配置智能終端，并按照一次設(shè)備不拆卸的原則，對廠房內(nèi)的變壓器、電機、水泵、斷路器、互感器、避雷器配置狀態(tài)監(jiān)測功能單元，實現(xiàn)狀態(tài)量采集與控制的數(shù)字化。

在解決了一次設(shè)備的智能化問題之后，還需解決二次系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)問題。若無統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)，不同廠家的設(shè)備和系統(tǒng)往往使用不同的網(wǎng)絡(luò)、通信協(xié)議和信息描述方法，導(dǎo)致廠房自動化系統(tǒng)中不同廠家設(shè)備之間無法直接進行互操作，不僅必須使用種類繁多的協(xié)議轉(zhuǎn)換器進行轉(zhuǎn)換，才能集成為一個系統(tǒng)，而且使得系統(tǒng)集成周期長、費用高、可靠性降低、后期維護不方便。

IEC（國家電工委員會）于2004年發(fā)布了IEC61850標(biāo)準(zhǔn)，統(tǒng)一了信息模型和訪問服務(wù)，使不同廠家的設(shè)備可以直接實現(xiàn)互操作，取消了站內(nèi)協(xié)議轉(zhuǎn)化器，實現(xiàn)了“一個世界，一種技術(shù)，一個標(biāo)準(zhǔn)”的目標(biāo)，簡化了系統(tǒng)內(nèi)的信息共享程序。IEC61850規(guī)范了工程數(shù)據(jù)格式SCL，支持IEC61850的不同廠家都支持SCL，使得不同廠家的工程工具可以自動處理并自由交換數(shù)據(jù)，工程實施變得簡單，后期維護和擴建都比較容易開展。

IEC于2007年頒布了IEC61850-7-410標(biāo)準(zhǔn)，作為IEC61850系列標(biāo)準(zhǔn)的一部分，它定義了IEC61850用于水電廠時需要的附加各類公用數(shù)據(jù)、邏輯節(jié)點以及數(shù)據(jù)對象，解決了數(shù)字化水電站建設(shè)中的互聯(lián)和互操作等關(guān)鍵技術(shù)問題。該部分定義的邏輯節(jié)點和數(shù)據(jù)對象屬于下列應(yīng)用領(lǐng)域：電氣功能、機械功能、水文功能、傳感器。由于大型泵站與水電站極為相似，因此完全可以采用該項標(biāo)準(zhǔn)作為數(shù)字化的基礎(chǔ)。

可以預(yù)見，與傳統(tǒng)的泵站自動化比較，采用智能化、數(shù)字化設(shè)備與統(tǒng)一規(guī)約標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)的數(shù)字化、智能化泵站將存在3個方面的優(yōu)勢：

（1）性能優(yōu)異。采用統(tǒng)一通信規(guī)約的通信網(wǎng)絡(luò)，不需要進行規(guī)約轉(zhuǎn)換，加快了通信速度，降低了系統(tǒng)的復(fù)雜程度和設(shè)計、調(diào)試、維護的難度，提高了通信系統(tǒng)的性能。數(shù)字信號通過光纜傳輸避免了通過電纜傳輸時受到的電磁干擾，傳輸過程中無信號衰減、失真，無LC濾波網(wǎng)絡(luò)，不產(chǎn)生諧振過電壓。傳輸和處理數(shù)字信號過程中不再產(chǎn)生附加誤差，提升了保護計量和測量的精度。與傳統(tǒng)的電磁互感器相比，光電互感器無磁飽和現(xiàn)象，精度高、暫態(tài)特性好。

（2）安全可靠。由于采用了光電互感器，避免了油和SF6互感器的滲漏問題，減少了運行維護的工作量。光電互感器高低壓部分光電隔離，傳統(tǒng)電磁互感器的電流互感器二次回路開路、電壓互感器二次回路短路故障可能危及人身和設(shè)備安全等問題不再存在，大大提高了安全性。由于用光纜代替了電纜，避免了電纜端子松動、發(fā)熱、開路和短路的危險，泵站整體安全水平得到提高。

（3）經(jīng)濟效益顯著。由于用光纜代替了大量的電纜，簡化了電纜溝、電纜層和電纜防火設(shè)置，因此，降低了成本；較好地實現(xiàn)信息共享，兼容性高，便于新增功能和擴展規(guī)模，減少了投資成本；技術(shù)含量高，節(jié)約了大量諸如電纜之類的耗材，具有節(jié)能、環(huán)保，節(jié)約社會資源的功效。

綜上所述，盡管經(jīng)過江蘇水利人30多年不懈的探索與努力，大型泵站自動控制技術(shù)已經(jīng)具備相當(dāng)實用的程度，但鑒于電子技術(shù)這一學(xué)科的特點，計算機和信息技術(shù)仍將高速發(fā)展，為了保持江蘇水利大型泵站的領(lǐng)先地位，我們所要做的工作之一就是加快現(xiàn)有泵站自動控制的升級換代，大力推進數(shù)字化、智能化泵站建設(shè)，在江蘇水利現(xiàn)代化方面開拓進取，奮勇爭先。