賈振波

(山東省調(diào)水工程運行維護(hù)中心濱州分中心，山東 濱州 256600)

1 泵站概況

山東省引黃濟(jì)青工程打漁張泵站是引黃濟(jì)青改擴(kuò)建工程新建的泵站，泵站樞紐位于濱州市博興縣打漁張引黃閘下游，引黃閘位于濱州市博興縣王旺莊險工段下游的黃河右岸，是引黃濟(jì)青改擴(kuò)建工程的一個主要組成部分，建成后將為引黃濟(jì)青工程的渠首泵站，泵站設(shè)計流量為36m3/s，設(shè)計揚程6.42m，泵站設(shè)5臺900kW的10kV同步電動機(jī)，總裝機(jī)容量4500kW。泵站供電為雙回專線，由電力系統(tǒng)變電站架設(shè)兩路35KV單回路線路至泵站。專用變電站設(shè)有35kV/10kV，3150kVA變壓器干式變壓器2臺。設(shè)備應(yīng)考慮防塵措施，應(yīng)采用密封機(jī)柜和帶過濾器的通風(fēng)孔。現(xiàn)場范圍內(nèi)有35kV變電站，有35kV架空線路和10kV架空線路，機(jī)組配套電機(jī)功率為900kW，電壓為10kV，采用直接啟動方式，承包人應(yīng)確保設(shè)備在此環(huán)境下安全運行。所有系統(tǒng)設(shè)備應(yīng)能適應(yīng)泵站的特殊環(huán)境。

結(jié)合打漁張泵站實際情況，其計算機(jī)監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)采用星形光纖單網(wǎng)結(jié)構(gòu)[1]，且按照開放式分層分布式結(jié)構(gòu)布置，其監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)詳見圖1。

圖1 打漁張泵站計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

構(gòu)成打漁張泵站計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的9個模塊全部通過網(wǎng)絡(luò)連接，并構(gòu)成整體，且劃分為遠(yuǎn)程調(diào)度層、監(jiān)控層和現(xiàn)地層三個層級[2]。遠(yuǎn)程調(diào)度層設(shè)置在水利廳調(diào)度中心內(nèi)部，主要通過工程管理處監(jiān)測泵站和水閘實時運行狀態(tài)并下達(dá)調(diào)度命令。監(jiān)控層則設(shè)置在泵站中心控制室，在監(jiān)控泵站運行的過程中采集運行數(shù)據(jù)形成報表，監(jiān)控層是泵站計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的核心層?，F(xiàn)地層則設(shè)置在設(shè)備處，主要進(jìn)行現(xiàn)地設(shè)備的自動監(jiān)控。

2 泵站計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計

2.1 系統(tǒng)模塊設(shè)計

泵站監(jiān)控層模塊是泵站監(jiān)控系統(tǒng)的核心所在，主要承擔(dān)泵站日常運行過程的監(jiān)控、數(shù)據(jù)收集及存儲、匯總打印、通信調(diào)度等核心功能。水力監(jiān)測模塊主要負(fù)責(zé)控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)的輸入與輸出管理，該模塊的設(shè)計及運行必須具備穩(wěn)定可靠屬性，其動態(tài)和靜態(tài)運行均需達(dá)到自動化控制系統(tǒng)運行的基本要求。打漁張泵站計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)水力監(jiān)測模塊監(jiān)測項目主要有泵站池水位、攔污柵水位、虹吸管真空度、拍門位置、水泵壓力、機(jī)組轉(zhuǎn)速及流量、油壓、油位、設(shè)備運行溫度等。

打漁張泵站采用直流勵磁模塊，所使用的控制系統(tǒng)為單片機(jī)核心勵磁自動調(diào)控系統(tǒng)。泵站機(jī)組LCU模塊包括PLC、微機(jī)保護(hù)裝置、巡回溫度監(jiān)測器、測量儀表及繼電器等部分。泵站公用LCU模塊主要針對主變、電源系統(tǒng)、進(jìn)線開關(guān)等進(jìn)行監(jiān)控，為提升對各監(jiān)控對象的監(jiān)控管理效率，針對各個模塊分別配備PLC，所收集到的監(jiān)測數(shù)據(jù)也傳送至LCU現(xiàn)地站，經(jīng)現(xiàn)地站中轉(zhuǎn)后傳送至控制中心，并由其直接通過LCU對各監(jiān)測對象實施控制。

輔助設(shè)備LCU模塊主要以打漁張泵站油壓、氣水系統(tǒng)、抽真空系統(tǒng)等輔助設(shè)備為監(jiān)控對象，并針對每套輔助設(shè)備配備1套獨立運行的PLC系統(tǒng)，各系統(tǒng)將所接收的輔助設(shè)備運行狀態(tài)、電源狀況等參數(shù)數(shù)據(jù)傳輸至現(xiàn)地站，由其中轉(zhuǎn)后再傳送至控制中心，控制中心在分析數(shù)據(jù)并掌握各輔助系統(tǒng)運行情況后展開控制。

2.2 系統(tǒng)軟件設(shè)計

泵站控制系統(tǒng)應(yīng)有適當(dāng)?shù)目刂平K端，且本工程系統(tǒng)控制終端是大屏幕系統(tǒng)的操作維護(hù)中心，通過它對系統(tǒng)進(jìn)行全面管理，并可對單個顯示單元進(jìn)行操作維護(hù)：對顯示單元的圖形拼接、整體亮度、對比度等參數(shù)進(jìn)行整體性操控與設(shè)置，并對輸入系統(tǒng)的所有信號展開管理性操作，運用控制系統(tǒng)調(diào)度和設(shè)置屏幕上的視頻圖像、計算機(jī)圖像及網(wǎng)絡(luò)圖像。本泵站計算機(jī)監(jiān)控終端還需管理屏幕系統(tǒng)故障、性能、配置及安全。為此，對控制系統(tǒng)本身的穩(wěn)定性和可靠性有較高要求，控制系統(tǒng)的關(guān)鍵部件還應(yīng)采取保護(hù)性方案，確保整個監(jiān)控系統(tǒng)的正常運轉(zhuǎn)。打漁張泵站計算機(jī)控制監(jiān)控系統(tǒng)具有圖像顯示，設(shè)備參數(shù)、趨勢圖及歷史數(shù)據(jù)存儲，繼電保護(hù)及報表打印等多項功能。

1)圖像顯示。打漁張泵站液晶拼接顯示系統(tǒng)由2×3塊55″LCD超窄邊液晶顯示器、高清數(shù)字矩陣、雙基色LED顯示屏、視頻解碼器和1臺控制計算機(jī)等主要部件組成，系統(tǒng)運行過程圖像實時顯示是該監(jiān)控系統(tǒng)運行的主界面，同時顯示各主要監(jiān)測點的軸瓦溫度、閥門開度、電機(jī)轉(zhuǎn)速、水泵流量及池水位等相關(guān)參數(shù)。

2)設(shè)備參數(shù)及趨勢

打漁張泵站計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控結(jié)果主要按照電機(jī)、水泵等物理設(shè)備形態(tài)及電機(jī)參數(shù)、水泵參數(shù)和電氣參數(shù)等分頁顯示，以方便使用者進(jìn)行各物理設(shè)備參數(shù)的瀏覽。

趨勢圖主要包括電機(jī)瓦溫、轉(zhuǎn)子溫度、定子溫度、水泵瓦溫、電流等參數(shù)，為方便參數(shù)變動趨勢的分析，系統(tǒng)會在實時監(jiān)測的基礎(chǔ)上給出泵站運行趨勢圖，通過趨勢曲線變化進(jìn)行各項指標(biāo)變動趨勢的對比分析。

3)光纖以太環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)

為提升網(wǎng)絡(luò)通訊的實時性與可靠性，打漁張泵站計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)采用基于工業(yè)交換機(jī)的光纖以太環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)[3]。該結(jié)構(gòu)主要通過對等網(wǎng)實現(xiàn)信息連接與傳輸，網(wǎng)上PLC站、主控機(jī)等節(jié)點均通過對等方式進(jìn)行信息交換，任何節(jié)點設(shè)備故障并不影響通信網(wǎng)絡(luò)的正常運行。傳統(tǒng)的以服務(wù)器為網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)中心的結(jié)構(gòu)下，各節(jié)點設(shè)備信息的交換均通過服務(wù)器數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)，導(dǎo)致服務(wù)器工作負(fù)荷較重，且不利于系統(tǒng)可靠運行和數(shù)據(jù)處理效率的提升，而打漁張泵站所采用的基于工業(yè)交換機(jī)的光纖以太環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)比服務(wù)器作為網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)中心的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)效率更高。

工業(yè)機(jī)快速光纖交換機(jī)的應(yīng)用使監(jiān)控系統(tǒng)實時性與可靠性進(jìn)一步提升。與商業(yè)交換機(jī)相比，工業(yè)交換機(jī)在端口設(shè)置、對分布式網(wǎng)絡(luò)的適應(yīng)性、工控的實時性、數(shù)據(jù)傳輸管理的時效性等方面根據(jù)優(yōu)勢，兩者性能的比較詳見表1。

表1 工業(yè)交換機(jī)和商業(yè)交換機(jī)性能比較

3 泵站計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用

打漁張泵站計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)總線網(wǎng)由10臺南京DY公司生產(chǎn)的EF系列智能前端機(jī)和2臺工控機(jī)組成，以實現(xiàn)對泵站運行過程的監(jiān)控，其中1臺工控機(jī)和另一臺位于站長室的工控機(jī)組成10Mpbs局域網(wǎng)，該總線網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸速率高、可靠，并以屏蔽雙絞電纜為通訊介質(zhì)，通訊速率高達(dá)1.25Mpbs。泵站系統(tǒng)軟件采用的是二次開發(fā)的“組態(tài)王”工控組態(tài)軟件，可在Windows98等系統(tǒng)下運行。該監(jiān)控系統(tǒng)除進(jìn)行機(jī)組及泵站運行常規(guī)性參數(shù)監(jiān)測外，還能實施對低壓力、小流量管道油示流、大位移平板閘門開度、含沙池液位等數(shù)據(jù)的采集，并進(jìn)行φ1600及以上大管徑流量的在線監(jiān)測，自動控制機(jī)組及集水井、潤滑油等輔助系統(tǒng)的運行。

為保證泵站計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的正常運行，必須為其設(shè)備提供380V±10%、50Hz±2%三相交流、中性點接地以及220V±10%、50Hz±2%單相交流的不間斷電源。打漁張泵站計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)自2019年10月投運至今，性能可靠穩(wěn)定，操作方便，功能強(qiáng)大，并在2020年的春灌中事先發(fā)現(xiàn)并處理了泵站運行的潛在事故隱患，為機(jī)組的安全可靠運行提供了保證。

4 結(jié) 論

打漁張泵站計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)采用10Mpbs的局域以太網(wǎng)、交換進(jìn)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備及光纖通訊介質(zhì)，泵站控制室不設(shè)置常規(guī)控制，實現(xiàn)了泵站運行相關(guān)信息的有效集成，系統(tǒng)組網(wǎng)運行及維護(hù)靈活方便，并具有可擴(kuò)展性和可升級性，其大型模擬屏和數(shù)字圖像監(jiān)控系統(tǒng)為泵站無人值班的高效運行創(chuàng)造了條件。