魏靜洲

[摘 ? ?要]針對(duì)大中型泵站自動(dòng)化監(jiān)測(cè)、控制系統(tǒng)的總體規(guī)劃進(jìn)行分析和介紹，為實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化監(jiān)控促進(jìn)本身發(fā)展，實(shí)現(xiàn)對(duì)大中型泵站的研究，提出了借助計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)泵站的控制。泵站危機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)囊括多種內(nèi)容，泵站自動(dòng)化控制系統(tǒng)有現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備管控、設(shè)備監(jiān)測(cè)管理、站區(qū)服務(wù)通信等不同部分。在自動(dòng)化控制系統(tǒng)中使用微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)不僅可以避免造成不必要的設(shè)備故障，甚至還可以為樞紐運(yùn)行管理和決策調(diào)整提供便利。

[關(guān)鍵詞]大中型泵站;微機(jī)自動(dòng)化;監(jiān)控系統(tǒng)

[中圖分類號(hào)]TV675 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A [文章編號(hào)]2095–6487（2021）08–0–02

[Abstract]A reasonable analysis and introduction of the overall planning of the automatic monitoring and control system of large and medium-sized pumping stations is carried out. In order to realize automatic monitoring and promote its own development and realize the research of large and medium-sized pumping stations， it is proposed to control the pumping station with the help of computers. The crisis monitoring system of the pumping station includes a variety of contents. The automatic control system of the pumping station has different parts such as on-site equipment management and control， supporting equipment monitoring and management， and station area service communication. The use of a microcomputer monitoring system in an automated control system can not only avoid unnecessary equipment failures， but can even provide convenience for hub operation management and decision-making adjustments.

[Keywords]large and medium-sized pumping station; microcomputer automation; monitoring system

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)的快速發(fā)展，在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中建立了完善而高效的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，為管控系統(tǒng)提供技術(shù)支持。微機(jī)監(jiān)控作為自動(dòng)控制系統(tǒng)一部分，能夠促進(jìn)系統(tǒng)完善保證系統(tǒng)更加可靠，在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中還可以避免出現(xiàn)設(shè)備事故保證設(shè)備運(yùn)行故障的降低。

1 泵站微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)組成

（1）大中型泵站自動(dòng)化控制系統(tǒng)中微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)主要包括主輔機(jī)的自動(dòng)控制、勵(lì)磁裝置、主機(jī)自動(dòng)調(diào)節(jié)、微機(jī)保護(hù)等不同部分，采用監(jiān)控方式可以選擇分散、集中，甚至兩者相結(jié)合的監(jiān)控方式。其中勵(lì)磁控制電機(jī)可以根據(jù)市場(chǎng)實(shí)際供需來(lái)選擇，選擇數(shù)字化微機(jī)磁裝置之后，設(shè)計(jì)人機(jī)界面，人機(jī)界面主要是通過(guò)液晶漢字來(lái)顯示，參數(shù)設(shè)定使用菜單操作全部強(qiáng)電輸入，在輸入CPU系統(tǒng)之前經(jīng)過(guò)隔離設(shè)備進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為弱電信號(hào)。輸入信號(hào)、輸出信號(hào)在通過(guò)光隅隔離之后，信號(hào)被隔離放大，隨后再輸出。實(shí)際上除了國(guó)內(nèi)對(duì)微機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行積極研究之外，美國(guó)通用電氣公司的微機(jī)系統(tǒng)也實(shí)現(xiàn)了集成化，該公司的微機(jī)型管理器綜合了保護(hù)、控制、通信、故障檢測(cè)、功率測(cè)量為一體。在參數(shù)設(shè)定階段可以通過(guò)表面設(shè)置鍵盤直接輸入下達(dá)指令，技術(shù)人員也可以通過(guò)上位機(jī)下載。該公司生產(chǎn)的主機(jī)主要使用SR469微機(jī)，在具體運(yùn)用過(guò)程中起到保護(hù)、控制、檢測(cè)電機(jī)容量的作用，站變使用的SR750微機(jī)型饋線來(lái)保護(hù)線路與小型變壓器。在監(jiān)控系統(tǒng)中上位機(jī)使用EC2000配置SQL Server數(shù)據(jù)軟件，具備web功能，能夠計(jì)入當(dāng)外局域網(wǎng)實(shí)時(shí)發(fā)送與監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)廣域網(wǎng)的全部用戶瀏覽，其中涉及到重要監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。

（2）監(jiān)控單元通過(guò)主輔機(jī)控制、主機(jī)自動(dòng)調(diào)節(jié)兩個(gè)部分實(shí)現(xiàn)。具體系統(tǒng)選擇兩套性能優(yōu)良、容量合理且可靠性高的設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)，每個(gè)控制單元都使用PLC，均是以工業(yè)級(jí)、太網(wǎng)專用模塊、主控計(jì)算機(jī)來(lái)連接發(fā)揮本身性能，保證數(shù)據(jù)能夠高效而可靠傳輸。主控計(jì)算機(jī)使用PLC實(shí)現(xiàn)監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集，根據(jù)壓力量、電量、水位等，由PLC發(fā)送指令實(shí)現(xiàn)控制，做好設(shè)備管理。

2 微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)特征分析

微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)綜合保護(hù)、檢測(cè)、管控、通信等功能保證電源和通信穩(wěn)定，不會(huì)對(duì)彼此造成影響，充分保護(hù)電源，而且不會(huì)受到通信和運(yùn)動(dòng)方面的影響，能夠完全獨(dú)立進(jìn)行工作。其中勵(lì)磁硬件設(shè)備的使用模塊化設(shè)計(jì)主要是為了方便后期泵站運(yùn)行過(guò)程中維修和維護(hù)，設(shè)備參數(shù)設(shè)置可以按照現(xiàn)場(chǎng)需求鍵入，也可以通過(guò)上位機(jī)下載。除了閘門的PLC控制系統(tǒng)之外，系統(tǒng)內(nèi)其他不同部分與上位機(jī)之間使用同樣的通信協(xié)議，這確保了系統(tǒng)內(nèi)部通信的可靠與完整，保護(hù)整個(gè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了與PLC通信，讓整個(gè)系統(tǒng)更有層次感更豐滿，符合分布式系統(tǒng)構(gòu)造的相關(guān)要求。不同系統(tǒng)之間能夠聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行，也可以獨(dú)立運(yùn)行為系統(tǒng)功能發(fā)揮提供可能，彼此之間的影響力非常小，甚至可以根據(jù)管理需要來(lái)合理選擇，提高了整個(gè)系統(tǒng)安全系數(shù)。該系統(tǒng)還可以按照上下游水位和葉片角度變化等自動(dòng)分析計(jì)算機(jī)組的流量、水量等做好記錄。

3 微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)在大中型泵站自動(dòng)化控制系統(tǒng)中的運(yùn)用

3.1 監(jiān)測(cè)功能

監(jiān)測(cè)功能主要體現(xiàn)在上位機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行參數(shù)和運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)控，站變、主電機(jī)電流變化、主變電設(shè)備溫度變化都與保護(hù)單元有關(guān)系，通過(guò)PLC與上位機(jī)通信實(shí)現(xiàn)信息交換。在系統(tǒng)中水壓力、油壓力、氣壓力等需要與系統(tǒng)內(nèi)壓力變送器進(jìn)行變化，之后在PLC與上位機(jī)交換信息實(shí)現(xiàn)信息下達(dá)。勵(lì)磁裝置運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)出來(lái)電數(shù)據(jù)由通信電纜的PLC和上位機(jī)傳輸通信實(shí)現(xiàn)，勵(lì)磁電機(jī)融合控制器上面有顯示屏，能直接顯示所監(jiān)控的機(jī)組運(yùn)行情況。系統(tǒng)的閘門開關(guān)、上下游水位、葉片角度、儲(chǔ)油罐位等均是現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備所采集。大型泵站的自動(dòng)化系統(tǒng)主要就是實(shí)現(xiàn)檢測(cè)、監(jiān)測(cè)、測(cè)量功能，根據(jù)設(shè)備實(shí)際運(yùn)行情況檢測(cè)、采集、記錄，超限報(bào)警等。如采集超聲波水位檢查設(shè)備運(yùn)行情況，將超聲波水位檢查情況通過(guò)PLC轉(zhuǎn)換變成數(shù)字參數(shù)，經(jīng)由通信網(wǎng)絡(luò)將數(shù)字傳輸?shù)缴衔粰C(jī)反饋給管理人員。在設(shè)備管理位置得到信號(hào)之后反向檢測(cè)判斷電壓實(shí)際運(yùn)行情況。在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中整個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)設(shè)備的開啟、關(guān)閉、二次設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、保護(hù)設(shè)備、報(bào)警信號(hào)等均是依靠PLC控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，經(jīng)過(guò)控制系統(tǒng)監(jiān)測(cè)運(yùn)行。

3.2 微機(jī)勵(lì)磁功能

上位機(jī)通過(guò)設(shè)定閉環(huán)來(lái)實(shí)現(xiàn)功率調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)恒定功率、恒無(wú)功率的運(yùn)行情況。一旦上位機(jī)發(fā)生故障，勵(lì)磁綜合控制器就會(huì)通過(guò)鍵盤來(lái)調(diào)節(jié)主要參數(shù)實(shí)現(xiàn)控制。上位機(jī)能夠?qū)崟r(shí)記錄晶閘管勵(lì)磁裝置中設(shè)備運(yùn)行參數(shù)詳細(xì)情況，并且作出反應(yīng)。如果電機(jī)發(fā)生勵(lì)磁保護(hù)性跳閘，導(dǎo)致裝置運(yùn)行不正?；蛘呤浅霈F(xiàn)失控情況，不僅是在上位機(jī)中出現(xiàn)信號(hào)提示，在設(shè)備的液晶顯示屏中也都會(huì)出現(xiàn)相關(guān)信號(hào)。

3.3 控制與管理功能

微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)通過(guò)上位機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)刀閘、斷路器、站變斷路器側(cè)儲(chǔ)能、分合閘的控制，現(xiàn)場(chǎng)控制單元根據(jù)實(shí)際指令下達(dá)主機(jī)斷路器、分合閘的控制命令。葉片角度大小按照實(shí)際運(yùn)行情況來(lái)調(diào)節(jié)。空壓機(jī)和公排水泵的開與停主要是通過(guò)上位機(jī)設(shè)置來(lái)設(shè)定參數(shù)實(shí)現(xiàn)監(jiān)控單位的自動(dòng)調(diào)節(jié)。同時(shí)因?yàn)槲C(jī)監(jiān)控系統(tǒng)在上位機(jī)上面設(shè)置報(bào)警裝置，一旦發(fā)生故障就會(huì)發(fā)出警報(bào);上位機(jī)還有系統(tǒng)運(yùn)行不同參數(shù)設(shè)置的菜單欄，系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中運(yùn)維管理人員可以通過(guò)點(diǎn)擊鼠標(biāo)來(lái)獲得上位機(jī)中菜單選項(xiàng)，如了解主機(jī)運(yùn)行參數(shù)和技術(shù)參數(shù)等，針對(duì)輔機(jī)系統(tǒng)中的水位、水壓力、油位等了解清晰，根據(jù)實(shí)際情況采取合理措施來(lái)控制。在報(bào)警裝置中通過(guò)故障畫面來(lái)了解設(shè)備實(shí)際運(yùn)行情況，了解主輔機(jī)的運(yùn)行情況。設(shè)備管理人員還可通過(guò)鼠標(biāo)和鍵盤來(lái)調(diào)整設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)和運(yùn)行方式，實(shí)現(xiàn)葉片調(diào)整等。為進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)管理，微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)置了多層防護(hù)程序?qū)崿F(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的控制，尤其是斷路器關(guān)閉之前需要做好各種合閘工作，因?yàn)樯衔粰C(jī)一旦關(guān)閉之后就無(wú)法順利完成下一步操作。

3.4 保護(hù)功能

微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)最顯著的方式就是保護(hù)設(shè)備，根據(jù)監(jiān)控實(shí)際情況來(lái)判斷設(shè)備是否故障，根據(jù)實(shí)際情況記錄發(fā)生故障的時(shí)間和類型，進(jìn)一步反映出故障的各種數(shù)據(jù)和波形，倘若存在故障則可以根據(jù)實(shí)際情況采取合理措施進(jìn)行控制。系統(tǒng)上位機(jī)借助PLC實(shí)現(xiàn)輪流查詢和保護(hù)裝置，如果出現(xiàn)保護(hù)動(dòng)作則PLC需要將保護(hù)跳閘事件、報(bào)告、自檢報(bào)告等上傳至上位機(jī)系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的保護(hù)。主機(jī)保護(hù)系統(tǒng)裝置能夠?qū)崿F(xiàn)過(guò)流和低頻率保護(hù)、過(guò)負(fù)荷保護(hù)等。除了電量保護(hù)之外，主機(jī)的推力瓦溫度和勵(lì)磁系統(tǒng)參數(shù)狀態(tài)保護(hù)功能也均逐步實(shí)現(xiàn)。主機(jī)溫度保護(hù)手段一般有兩種方式，如接入溫度電阻實(shí)現(xiàn)邏輯分析判斷，或者是借助壓力式溫度計(jì)將開關(guān)量接入到PLC在主機(jī)跳閘方面進(jìn)行控制。主變?cè)O(shè)備可以保護(hù)低電壓和過(guò)流現(xiàn)象，過(guò)激磁、零序電壓等。只需要在使用之前設(shè)定參數(shù)主變就可以在運(yùn)行過(guò)程中根據(jù)實(shí)際情況采取合理措施做好保護(hù)。具體保護(hù)還可以針對(duì)溫度、主變本體中的瓦斯保護(hù)等。站變的保護(hù)功能主要體現(xiàn)在過(guò)流和速斷方面，能夠快速消除故障實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的保護(hù)。

4 大型泵站微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

4.1 集中式控制系統(tǒng)

這是一種直接監(jiān)控方式，由計(jì)算機(jī)和接口、輔助備件組成，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的控制，所有控制系統(tǒng)均是計(jì)算機(jī)完成，適合簡(jiǎn)單的控制手段。這種控制系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且運(yùn)行方便，但也存在明顯缺點(diǎn)：整個(gè)系統(tǒng)所有控制的任務(wù)集中在同一個(gè)計(jì)算機(jī)中，一旦計(jì)算機(jī)出現(xiàn)故障必然導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)工作停止，控制功能無(wú)法實(shí)現(xiàn)，控制現(xiàn)場(chǎng)大量模擬信號(hào)在經(jīng)過(guò)變送器、電纜之后傳輸?shù)接?jì)算機(jī)系統(tǒng)，而傳輸電纜之間串?dāng)_、干擾，導(dǎo)致監(jiān)控精度不高。整個(gè)控制系統(tǒng)在擴(kuò)展的時(shí)候需要重新修訂系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，而這種方式導(dǎo)致系統(tǒng)擴(kuò)展性差，無(wú)法適應(yīng)泵站微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)展的要求。針對(duì)集中式監(jiān)控系統(tǒng)中存在的各種缺陷和不足，目前這種控制系統(tǒng)已經(jīng)無(wú)法適應(yīng)泵站微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)際發(fā)展需要，目前泵站監(jiān)控系統(tǒng)廣泛使用分布式計(jì)算機(jī)監(jiān)控，也叫做DCS。

4.2 DCS監(jiān)控系統(tǒng)

這是一種集中操作管理、分級(jí)分散控制的系統(tǒng)，為保證系統(tǒng)的靈活性和可靠性，系統(tǒng)一般使用分層分布，以太網(wǎng)、串口通信、現(xiàn)場(chǎng)總線相結(jié)合的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。在泵站微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)中從整體上劃分為兩級(jí)，分別的是就地控制、集中控制。就地控制主要是由PLC、微機(jī)保護(hù)、微機(jī)勵(lì)磁等實(shí)現(xiàn)。集散式控制系統(tǒng)主要是針對(duì)整體機(jī)組、輔助實(shí)現(xiàn)獨(dú)立控制，進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。一般人們將其設(shè)置在中央控制室內(nèi)，由監(jiān)控服務(wù)器、工程師工作站、輔機(jī)組成。為保證泵站的安全穩(wěn)定運(yùn)行，控制方式一般有順序控制、現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)控制等方式。如果選擇順序控制方式系統(tǒng)相關(guān)設(shè)備相互連鎖，通過(guò)點(diǎn)擊監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的控制，所有執(zhí)行過(guò)程受到程序控制。而單步控制和手動(dòng)控制不受到系統(tǒng)連鎖控制的影響，設(shè)備自身能夠?qū)崿F(xiàn)獨(dú)立運(yùn)行和日常維護(hù)。后面兩種方式主要區(qū)別單步控制，單步控制是微機(jī)的畫面按鈕實(shí)現(xiàn)對(duì)微機(jī)系統(tǒng)的控制。整個(gè)系統(tǒng)控制一般分為四個(gè)等級(jí)，分別是直接測(cè)控、過(guò)程優(yōu)化、生產(chǎn)管理、決策經(jīng)營(yíng)等。

4.3 現(xiàn)場(chǎng)總線控制

現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)將計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)引入到工業(yè)控制領(lǐng)域內(nèi)形成開放式互聯(lián)網(wǎng)，既可以實(shí)現(xiàn)同層網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)，也可以實(shí)現(xiàn)不同層網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)?，F(xiàn)場(chǎng)設(shè)備處理中以微處理器為核心實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)智能設(shè)備管理，這種方式能夠?qū)崿F(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)、互操作。這里簡(jiǎn)單分析該方式ID特征：通信線道和生產(chǎn)方式相連接，使用現(xiàn)場(chǎng)通信網(wǎng)絡(luò)與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備、儀表相互鏈接實(shí)現(xiàn)數(shù)字化傳輸，保證信號(hào)轉(zhuǎn)換精度，提高了數(shù)字信號(hào)的可信性。將控制功能分散給現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備與儀表，用戶可以靈活選擇某一種模塊精組態(tài)實(shí)現(xiàn)控制，將控制功能徹底下放到生產(chǎn)環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)真正的徹底控制。

現(xiàn)有的泵站微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)建方式是硬件和軟件模塊組態(tài)根據(jù)用戶實(shí)際情況和特征來(lái)建立監(jiān)控系統(tǒng)，使用全開放和全分布式控制結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)分層式管理。基本原理是使用以太技術(shù)運(yùn)用在工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)內(nèi)使用可編程控制器PLC作為控制單位，獨(dú)立與上位機(jī)、主機(jī)連接實(shí)現(xiàn)通信。

5 結(jié)束語(yǔ)

泵站運(yùn)行并非是獨(dú)立的個(gè)體，在整個(gè)系統(tǒng)內(nèi)泵站之間有密切關(guān)系。因此在實(shí)現(xiàn)泵站內(nèi)部機(jī)組優(yōu)化的基礎(chǔ)上還應(yīng)針對(duì)泵站的關(guān)聯(lián)部分進(jìn)行合理調(diào)配分析，實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)流域內(nèi)泵站串聯(lián)管理，實(shí)現(xiàn)水資源的優(yōu)化利用。

參考文獻(xiàn)

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