【摘要】電排站承擔(dān)了排水防澇及引水灌溉的任務(wù)，是重要的水利設(shè)施。傳統(tǒng)電排站需要多人值守、自動化程度很低，無法滿足現(xiàn)代化管理要求，亟待改造和更新。本文闡述了電排站計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、功能和配置，并結(jié)合實例分析了相關(guān)設(shè)計與應(yīng)用問題。

【關(guān)鍵詞】電排站；計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)

電排站是專用于防旱排澇的水利泵站。雨季時可用它來防洪排澇，旱季時則可以引水灌溉。計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)就是采用計算機(jī)與通信技術(shù)對電排站的設(shè)備、設(shè)施及其運行過程，實施監(jiān)測、控制并進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)的處理、儲存和應(yīng)用的系統(tǒng)。采用計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)可以提高電排站防洪排灌的可靠性、安全性、實時性和靈活性，便于實現(xiàn)無人值班、少人值守，有利于提高運行效率和降低維護(hù)成本。本文針對電排站計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、功能與配置要求進(jìn)行了闡述，并對計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)在電排站的應(yīng)用做了分析。

1.計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、功能與配置要求

1.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

按照SL 583-2012《泵站計算機(jī)監(jiān)控與信息系統(tǒng)技術(shù)導(dǎo)則》，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)應(yīng)按分層分布式結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計[1]。計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)主要有集中式結(jié)構(gòu)和分層分布式結(jié)構(gòu)兩種。早期多采用集中式結(jié)構(gòu)，即多臺計算機(jī)集中采集、計算與處理信息數(shù)據(jù)，優(yōu)點是結(jié)構(gòu)緊湊、占地少、造價低，但一個節(jié)點出現(xiàn)故障可能影響整個系統(tǒng)，若采用雙機(jī)并聯(lián)方式又增加了設(shè)備投資，而且軟件配置、調(diào)試都較復(fù)雜，所以目前主要采用分層分布式結(jié)構(gòu)。分層是指功能和應(yīng)用以層次結(jié)構(gòu)劃分，分布就是分散布置設(shè)備。分層分布式結(jié)構(gòu)的層次分為遠(yuǎn)程調(diào)度層、泵站監(jiān)控層和現(xiàn)地控制層3層，如圖1（a）所示。

計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)按照一定的拓?fù)湫问竭M(jìn)行連接，常用的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)形式有星型、總線型、環(huán)型、樹型等結(jié)構(gòu)，如圖1（b）所示。SL 583-2012規(guī)定，應(yīng)根據(jù)泵站規(guī)模和裝機(jī)功率選擇適宜的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，并推薦采用星型和環(huán)型拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)。

1.2 系統(tǒng)功能

計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)遠(yuǎn)程調(diào)度層主要負(fù)責(zé)收集各個排澇泵站的實時數(shù)據(jù)，并對所有排澇泵站進(jìn)行聯(lián)合調(diào)度和遠(yuǎn)程監(jiān)控。泵站監(jiān)控層接受來自現(xiàn)地控制層的運行狀態(tài)數(shù)據(jù)，并按照預(yù)定的控制策略對現(xiàn)地控制層發(fā)出控制指令?，F(xiàn)地控制層負(fù)責(zé)現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集、處理與控制功能。系統(tǒng)須具備通信功能、人機(jī)交互功能以及故障診斷與處理等功能。

1.3 系統(tǒng)配置

計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)由硬件和軟件兩部分組成。硬件配置：（1）遠(yuǎn)程調(diào)度層由操作員工作站、工程師工作站、服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、打印機(jī)、UPS電源和大屏幕顯示屏等組成；（2）泵站監(jiān)控層一般由操作員站、時間同步裝置、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、打印機(jī)、UPS電源等所組成；（3）現(xiàn)地控制層由現(xiàn)地控制單元（LCU）、網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備以及各類儀表、傳感器、執(zhí)行器等組成。硬件要求采用標(biāo)準(zhǔn)化、成熟、可靠、性價比高的設(shè)備，對重要設(shè)備應(yīng)采用一定的冗余配置。軟件配置包括系統(tǒng)軟件、數(shù)據(jù)庫軟件、應(yīng)用軟件等，應(yīng)采用正版、成熟的軟件。

2.計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)在電排站的應(yīng)用分析

2.1 雙向流道排灌泵站計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用

某排灌站[2]在內(nèi)河與外江之間設(shè)置了5條雙向X型流道。在每個流道上安裝1臺功率630kW、型號1600ZLB10-3.5的立式軸流水泵，并在流道進(jìn)出口分別設(shè)置4扇閘門。泵站需要具備排澇和引水兩重功能，其運行方式是：當(dāng)內(nèi)河與外江水位差可滿足自流排澇/引水要求時，通過控制閘門完成排澇/引水任務(wù)；當(dāng)內(nèi)外水位差不滿足自流要求時，通過運行水泵實現(xiàn)強(qiáng)制排澇/引水目標(biāo)。前一種方式可通過上下游水位進(jìn)行控制，后一種方式有排澇/引水2種模式。排澇/引水功能的實現(xiàn)是利用流道兩側(cè)4扇閘門的相互配合。

計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)采用分層分布式開放結(jié)構(gòu)，并分成泵站監(jiān)控層、現(xiàn)地控制層2層，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)為星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。泵站監(jiān)控層采用2套數(shù)據(jù)服務(wù)器、操作員工作站，2套互為熱備用。現(xiàn)地控制層設(shè)置在被控對象附近，主要以可編程控制器為基礎(chǔ)組成。系統(tǒng)通信采用冗余的交換以太網(wǎng)方式。現(xiàn)地LCU由泵組LCU、引水閘LCU和公用LCU構(gòu)成。監(jiān)控對象包括水泵、水泵電機(jī)、閘門、電磁閥、勵磁裝置等，監(jiān)測參數(shù)有水泵/閘門狀態(tài)、電磁閥狀態(tài)、上下游水位及水泵電量、溫度、勵磁狀態(tài)等。信號采集通信方式利用PLC自帶以太網(wǎng)模塊，有數(shù)字量輸入、模擬量輸入、數(shù)字量輸出和485串口通信4種方式。應(yīng)用軟件分為5個模塊，包括主程序、模擬量采集與處理、串行通信程序模塊、流程控制和異常處理模塊。

上述計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)投入運行后，解決了以下問題：系統(tǒng)可應(yīng)對運行中的突發(fā)情況，避免人工誤操作，提高了泵站的安全性；也減輕了監(jiān)控人員的負(fù)擔(dān)，降低了運營成本，提高了運行管理效率。

2.2 某電排站計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用

某電排站[3]有4臺潛水貫流式泵組，總裝機(jī)容量945kW；站內(nèi)還有2臺變壓器、2條10kV進(jìn)線、7臺清污機(jī)、水閘等設(shè)備。電排站主要承擔(dān)排澇任務(wù)。計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)按照“無人值班，少人值守”原則設(shè)計，并采用分層分布式結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分為站級監(jiān)控層和現(xiàn)地控制層兩層。硬件選用美國GE公司的9030PLC平臺，應(yīng)用軟件采用該公司的iFIX 3.5，操作系統(tǒng)可采用Windows NT/2000/XP。主干網(wǎng)絡(luò)為工業(yè)千兆以太網(wǎng)，中心交換機(jī)為華為的H3C S5600智能交換機(jī)。

站級監(jiān)控層包括操作員工作站2套以及培訓(xùn)/通信工作站、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、GPS對時設(shè)備、逆變電源、打印機(jī)、語音報警裝置、大屏幕投影屏各1套。系統(tǒng)采用冗余配置，有兩個iFIX SCADA監(jiān)控節(jié)點，正常情況下兩個節(jié)點可分別承擔(dān)各自的任務(wù)。如果一個節(jié)點出現(xiàn)故障，另一個節(jié)點可自動承擔(dān)全部的監(jiān)控工作，直至故障消除后又會自動恢復(fù)到正常工作模式。

現(xiàn)地控制層采用2個現(xiàn)地控制站（LCU1、LCU2）和1塊公用設(shè)備屏?，F(xiàn)地控制站采用的微機(jī)保護(hù)測控綜合裝置為北海銀河的YH-B5300系列，站內(nèi)通訊接口為內(nèi)置RS232/RS485，通過MODUBS協(xié)議與PLC通信，再與中心交換機(jī)相連?？刂乒裆显O(shè)觸摸屏，實現(xiàn)就地監(jiān)視和操作功能。公用設(shè)備屏采用了江陰斯菲爾PDM-803多功能電力儀表、北京九純鍵JCJ500B溫度巡檢儀及北海銀河YH-B5501通訊管理機(jī)。

該系統(tǒng)經(jīng)過試運行，性能穩(wěn)定，可以很好滿足電排站運行要求，是一例成功的設(shè)計應(yīng)用。

3.結(jié)語

電排站計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用，可以實現(xiàn)排灌操作自動化及無人值班、少人值守，是提高電排站現(xiàn)代化管理水平的重要舉措，值得推廣和借鑒。但計算機(jī)監(jiān)控是一個系統(tǒng)工程，用到多種技術(shù)，需要通過不斷的實踐、總結(jié)，提高設(shè)計和應(yīng)用水平。

參考文獻(xiàn)

[1]中國灌溉排水發(fā)展中心.SL 583-2012泵站計算機(jī)監(jiān)控與信息系統(tǒng)技術(shù)導(dǎo)則[S].北京：中國水利水電出版社，2012.

[2]俞新雄，岑恩杰.計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)在雙向X型流道泵站的應(yīng)用[J].浙江水利科技，2012（6）：76-78.

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