申 星

（山西省漳河水利工程建設管理局，山西 長治 046000）

泵站信息化系統(tǒng)結構探究

申 星

（山西省漳河水利工程建設管理局，山西 長治 046000）

在自動化技術的基礎上，以信息技術為手段，通過對泵站信息資源的采集、傳輸和處理，做出及時、準確的反饋和預測，實現(xiàn)科學的管理和決策，全面提升泵站的運行效率和管理水平。借助計算機系統(tǒng)實時監(jiān)測泵站的運行參數(shù)，既能保障泵站中各種設備的運行安全可靠，還能實現(xiàn)泵站“無人值班、少人值守”的目標，使泵站各種設備的使用效率得到提高。

泵站信息化；泵站自動化；泵站運行管理

1 研究背景

隨著計算機技術、通信技術等迅猛發(fā)展，計算機自動化監(jiān)測系統(tǒng)幾乎達到了無所不在的程度。泵站計算機監(jiān)控系統(tǒng)也從單一的監(jiān)測功能發(fā)展成了集計算機監(jiān)控、視頻監(jiān)視、狀態(tài)監(jiān)測、安全監(jiān)測等于一體的綜合性自動化系統(tǒng)，泵站信息化建設得到了極大的發(fā)展[1]。

信息化工作的原則為“經(jīng)濟實用、準確可靠、先進合理、操作維護簡便”，借助計算機系統(tǒng)，實時監(jiān)測泵站的運行參數(shù)，既能保障泵站各種設備運行安全可靠，還能實現(xiàn)泵站“無人值班、少人值守”的目標，使泵站設備的使用效率得到提高。

2 泵站信息化系統(tǒng)結構

泵站信息化是指在自動化技術的基礎上，以信息技術為手段，通過對泵站信息資源的采集、傳輸和處理，做出及時、準確的反饋和預測，實現(xiàn)科學的管理和決策，全面提升泵站的運行效率和管理水平。

泵站信息化的建設，要遵循科學的設計原則，進行統(tǒng)籌規(guī)劃。泵站信息化系統(tǒng)是一個多層次的結構，自下而上分別為現(xiàn)地級、站控級、管理級和調度級4級結構[3]。

2.1 現(xiàn)地級

作為泵站信息化系統(tǒng)的底層，現(xiàn)地級系統(tǒng)主要負責現(xiàn)地信息的監(jiān)測和采集。分布在泵站內，對各類設備進行測量和控制的多臺現(xiàn)地控制裝置，共同組成了現(xiàn)地級系統(tǒng)。

泵站現(xiàn)地級系統(tǒng)是泵站實現(xiàn)信息化的先決條件，具備數(shù)據(jù)收集、數(shù)據(jù)處理、控制和調節(jié)等功能。

數(shù)據(jù)收集：電量信息，包括泵站機組電壓、電流、功率等；非電量信息，包括機組溫度、流量、水位等；狀態(tài)信息，包括機組啟停狀態(tài)、報警狀態(tài)等；保護信息，包括對各種保護事件的記錄。

數(shù)據(jù)處理：對各種數(shù)據(jù)的合理性進行比對檢查，以及對量程進行切換；對互鎖邏輯進行運算，對各種狀態(tài)數(shù)據(jù)進行檢測，判斷是否出現(xiàn)越限狀況，并上報報警信息；事件數(shù)據(jù)的記錄與處理；數(shù)據(jù)計算，例如流量的計算與累加。

控制和調節(jié)：包括控制機組的啟動停止、設置各種整定值和設定取值范圍等。

2.2 站控級

站控級系統(tǒng)，由泵站控制室內的計算機和服務器等設備共同組成。泵站運行人員通過監(jiān)控主機，可以實時監(jiān)測泵站運行狀態(tài)，也可進行控制操作。當運行過程中發(fā)生事故或出現(xiàn)異常狀況時，監(jiān)控主機會自動報警。運行人員還可以利用監(jiān)控主機對運行過程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進行整理、分析等。

當發(fā)生一些特殊情況需要人工處理時，如由于設備原因造成數(shù)據(jù)信息出錯等情況，運行值班人員和操作人員應獲得計算機監(jiān)控系統(tǒng)授予手動設置數(shù)據(jù)信息的許可，這些數(shù)據(jù)信息應視作等同于正常采集的數(shù)據(jù)信息，但可以作出標記加以區(qū)分。

運行實時監(jiān)視。運行人員可以通過計算機監(jiān)視系統(tǒng)的顯示，監(jiān)視各種設備的運行狀態(tài)和運行參數(shù)，并監(jiān)視設備的運行和中斷等。

參數(shù)越限報警記錄。計算機監(jiān)控系統(tǒng)可以預先設定各種參數(shù)的限制范圍并實時監(jiān)控，當參數(shù)超過限制范圍或回復到限制范圍內時，都可以作出相應的處理。包括越限報警、重要參數(shù)的趨超報警、越限復限的自動記錄；重要參數(shù)越限后恢復至限定值的過程數(shù)據(jù)保存和顯示；數(shù)據(jù)分析后做故障原因提示。

故障狀態(tài)顯示記錄。計算機監(jiān)控系統(tǒng)，固定周期掃描和檢查每個設備的運行狀態(tài)信號，并立即在屏幕上顯示出狀態(tài)變化，同時語音報警并記錄故障信息和時間。

事故追憶及相關量記錄。在事故發(fā)生時，繼電器、自動裝置和設備的狀態(tài)信息會被發(fā)送給控制中心，事件也會被排序、記錄、歸檔。每一事件的記錄、狀態(tài)描述和時間刻度，都應能完整還原事故發(fā)生前10 s到發(fā)生后20 s這一時間段內，重要參數(shù)的變化情況。事故追憶操作是由自動控制系統(tǒng)完成的，計算機將追憶數(shù)據(jù)作為歷史數(shù)據(jù)存檔，供運行人員調出、顯示或打印。

控制與調節(jié)。計算機監(jiān)控系統(tǒng)的控制與調節(jié)對象，主要為高低壓電氣設備、主機、輔機、變壓器等。

2.3 管理級

管理級系統(tǒng)主要組成部分是泵站信息管理系統(tǒng)和局域網(wǎng)。它可與下一級計算機監(jiān)控系統(tǒng)、視頻監(jiān)視系統(tǒng)、狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)等連接，收集泵站運行過程中的直觀視頻圖像和數(shù)據(jù)信息；也可利用互聯(lián)網(wǎng)或內部水利專網(wǎng)與調度級系統(tǒng)等相連，上傳泵站運行狀態(tài)和數(shù)據(jù)信息。管理人員通過該管理系統(tǒng)可以進行基本信息的錄入和編輯，泵站最新運行信息，實時監(jiān)測，實時控制，數(shù)據(jù)查詢，水情數(shù)據(jù)分析，數(shù)據(jù)報表等。

2.4 調度級

管理單位要建設一個集管理、調度、監(jiān)控于一體的系統(tǒng)，這個系統(tǒng)要求實現(xiàn)功能上的集中管理和分散控制，各部門既相對獨立又整體統(tǒng)一。

在調度中心需要設置一個中心控制室，調度人員可在中心控制室，通過監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)測到各泵站運行情況和人員值班情況的實時圖像。各個泵站、蓄水池把水位數(shù)據(jù)等信息實時上傳到中心控制室后，由調度中心結合蓄水池的用水需求和泵站機組運行情況，由中心控制室發(fā)出指令。也可由綜合自動化系統(tǒng)根據(jù)實際需要調取實時數(shù)據(jù)與歷史數(shù)據(jù)進行比較，自動選取各級泵站最佳機組組合方案，確定最優(yōu)運行方式。

另外，為了增加系統(tǒng)運行的安全性，應采取以下必要措施以確保安全：設置不同的用戶權限；重要數(shù)據(jù)定期備份；隔離外網(wǎng)，一般用于隔離局域網(wǎng)和外網(wǎng)最為穩(wěn)妥的方式就是實行物理隔離；安裝必要的硬/軟件，在遠程監(jiān)測主機上安裝硬件加密狗或防火墻之類的軟件是非常有必要的，以防止黑客入侵或非法程序破壞系統(tǒng)，如在管理單位的局域網(wǎng)安裝防火墻，阻止非法侵入，起到保護數(shù)據(jù)庫和監(jiān)控服務器的作用。

2.5 調度控制優(yōu)先級別

中心控制室主機上設置的控制優(yōu)先級別依次為：手動、現(xiàn)地級控制、站控級控制和調度系統(tǒng)遠程控制，發(fā)生緊急狀況時可由現(xiàn)場人員隨時切換到相應的控制系統(tǒng)。當出現(xiàn)下面任一情況時，系統(tǒng)能穩(wěn)定地切換為現(xiàn)場控制：遠程計算機放棄控制權、現(xiàn)場人員得到過程控制授權、網(wǎng)絡發(fā)生中斷、系統(tǒng)發(fā)生故障報警、控制數(shù)據(jù)發(fā)生嚴重錯誤等[2]。

3 結語

泵站信息化建設，對提高我國泵站管理自動化水平、實現(xiàn)“無人值班、少人值守”的運行模式、減少人力配置、最大限度發(fā)揮泵站效益，具有重要意義[3]。隨著網(wǎng)絡技術、通信技術的發(fā)展以及物聯(lián)網(wǎng)的普及，泵站信息化發(fā)展將有以下幾個趨勢：

信息采集網(wǎng)格化。物聯(lián)網(wǎng)技術飛速發(fā)展，信息采集的成本降低。信息采集工作借助于統(tǒng)一的管理及數(shù)字化的平臺，將需要進行信息采集的區(qū)域按照一定的標準劃分為獨立的單元，每個單元設一個采集監(jiān)測點，采集點之間通過物聯(lián)網(wǎng)相連，增加信息的采集精度、采集范圍和精細化程度。

信息管控一體化。泵站信息管控一體化就是指，通過對泵站各種信息的采集、分析、存儲、傳輸，建立一個集管理功能與控制功能的綜合性系統(tǒng)。

信息呈現(xiàn)直觀化。由于視頻壓縮技術、傳輸技術、存儲技術的迅猛發(fā)展，圖像清晰度、傳輸速度都有很大的提高，視頻技術必將在泵站信息化系統(tǒng)中得到更廣闊的發(fā)展空間，信息呈現(xiàn)更加直觀、更容易理解，對運行和管理人員來說，獲取信息更為簡單準確。

信息服務智能化。水利信息化發(fā)展到較高級階段就是智慧水利。如果采用云計算方式，建立一個基于云計算架構的一體化集中式管控平臺，將會實現(xiàn)“從水面到桌面”的一種全新模式。信息管理由人工向智能的發(fā)展是一個必然趨勢，且是一個長期的過程。

［1］羅學東，余潔.武漢市排水泵站信息化建設的現(xiàn)狀和發(fā)展［J］.城鎮(zhèn)供水，2014（3）：55-57+82.

［2］包加桐，朱正偉，錢福軍等.泵站信息化技術研究與應用［J］.人民長江，2016，47（15）:108-113.

［3］楊永聰.試論大型泵站信息化改造[J].科協(xié)論壇（下半月），2011（09）：69-70.

TV675

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申星（1987-），男，2012年畢業(yè)于太原理工大學農(nóng)業(yè)水土工程專業(yè)，工程師。

2017-07-11；

2017-08-19