泵站自动化监控系统

　　泵站是水利枢纽工程的主要设施，泵站设施为城市防洪排涝和和农村引水排灌起到关键作用。随着我国经济建设的快速发展，对水利设施和水环境提出了更高的要求。城市防汛排涝、城镇水环境、深水井群和排水设施均面临着采用现代信息化技术来进一步提升设施的要求。实现排水、井群、挡潮、排涝、引水等泵站自动化监控和集中调度管理，实时采集各种水情、工情数据是信息化建设的基础。目前，大部分泵站还是采用传统的管理和操作方式，主要有人工完成，而城市排水泵站也需要进一步提升自动化设施水平

　　泵站自动化监控系统主要应用于各种水利设施的泵站自动化监控。包括供水泵站、排水泵站、河道防汛排涝泵站、深水井群取水泵站等等。

　　泵站自动化系统由计算机监控系统、微机保护系统、多媒体工业电视系统以及网络通讯系统组成，主要实现对水泵机组、水闸、配电系统、进出水池、直流系统、消防系统、技术供水系统、液压系统及其它泵站运行重要部位与关键对象、参数进行有效监视、监测，并做到必要数据、图像、指令的上传和接收。

　　水利设施自动化监控主要包括现场设备的控制、现场环境监视、辅助设备的监测和构成区域范围内的通讯网络几大部分。水闸和水泵的启闭、机电保护以及各种设备状态监测是现场控制的关键。动作、状态和环境联动是现场监控的最高要求，我公司的自主开发的软件能很好的解决各种设备集中管理和联动。因此，泵站自动化监控系统的中心集中监控软件我公司占有比较大的优势，并已逐步在上海主要水利设计工程中作为推荐产品。

　　系统体系结构

　　计算机网络：将位于各个区域的本地监控集中起来构成完整的区域监控系统，通讯线路可以按照现场环境决定，光纤传输能满足数据和图像的传输。

　　泵站1将一个现对完整的泵站监控系统表述出来，一套PLC实现对一个或者几个监控对象的监测与控制，数套PLC实现现场的水泵、闸门、保护设备、供电系统的监测与控制最后集中连接到本地的网络交换机。

　　视频监视是一个独立的系统，实现现场关键对象的视频监视，完成远程控制的必备条件。

　　下图为泵站自动化系统应用层次逻辑关系：

　　监控对象位于层次结构的最下层，主要为监控、监测的设备，由水泵、闸门、配电设备、水位/流量、安防等组成。

　　位于控制对象的上层为仪表设备，对于水位的监测是通过水位仪来完成的，闸门的开度是通过闸门开度仪来实现，软启器保护、水泵状态信号，这些设备有标准的接口（如4～20mA等）；视频部分为硬盘录像机完成摄像机的信息编码、压缩、转换以及转送等等。

　　控制层实现对监控对象的控制，包括命令的解释、执行以及保护，控制层相对比较关键，尤其是对机电设备的保护控制相当重要，所有设备的控制逻辑均在控制层完成，即PLC控制柜。视频部分的控制在硬盘录像机中实现。

　　交换层即网络通讯系统，有各个LCU端的网络交换机实现，所有交换按照编程时指定的IP地址完成。

　　应用层是监控系统需要达到的目的，他可以很好的与公司的一体化监控平台密切的结合从而实现统一集中监控与调度管理。

　　系统功能设计

　　泵站自动控制系统应具备如下功能：数据采集与处理；运行监视和事故报警；控制与调节；数据通讯等。

　　（1） 数据采集与处理

　　将现场设备的各种运行参数和设备运行状态通过I/O通道或现场总线采集到LCU，经过必要的数据处理后形成各类实时数据。从宏观上讲，现场数据采集的对象不仅包括本次监控系统的所有设备以及电气部分的内容外，同时还包括现场的视频信息。这里主要强调的数据采集与处理主要包括如下类型：

　　数字量（模拟量）的采集与处理

　　对内外河水位、水泵、闸门开启高度、电气运行参数（变配电的低压电气系统）等参数、越限报警进行周期采集，最后经格式化处理后形成实时数据并存入实时数据库。

　　开关量的采集与处理

　　◆　对事故信号、开关量信号等，计算机自动控制系统应能以中断方式迅速响应这些信号并作出一系列必要的反应及自动操作。中断开关量信号输入为无源接点输入，中断方式接收。

　　◆　对各类故障信号、辅助设备运行状态信号、手动自动方式选择的位置信号等非中断开关量信号，计算机监控系统对这些信号的采集方式为定期扫查。对信号的处理包括光电隔离、接点防抖动处理、硬件及软件滤波、基准时间补偿、数据有效性合理性判断、启动相关量功能（如启动事故顺序记录、发事故报警音响、画面自动推出以及自动停机等），最后经格式化处理后存入实时数据库。

　　脉冲量的累计与处理

　　脉冲量的采集处理包括接点防抖动处理、数据有效性合理性判断、标度变换、检错纠错处理，经格式化处理后存入实时数据库，也可直接通过串行通讯采集。

　　根据闸门过水断面和实测水位差，计算出过闸流量和统计过水量。

　　开关量输出

　　指各种操作指令，计算机在输出这些信号前应进行校验，经判断无误后方可送至执行机构。为保证信号电气独立性及准确性，输出信号应防抖动并光电隔离。

　　信号量值及状态设定

　　由于设备原因而造成的信号出错以及在必要时要进行人工设定值分析处理的信号量，计算机自动控制系统应允许运行值班人员和系统操作人员对其进行人工设定，并在处理时把它们与正常采集的信号等同对待，计算机自动控制系统可以区分它们并给出相应标志。

　　（2）运行监视和事故报警

　　运行实时监视

　　计算机自动控制系统可以使运行人员通过屏幕对节制闸各主设备的运行状态进行实时监视。所有要进行监视的内容包括当前各设备的运行及停运情况，并对各运行参数进行实时显示。

　　参数越限报警记录

　　计算机自动控制系统将对某些参数以及计算数据进行监控，对这些参数量值可预先设定其限制范围，当它们越限及复限时要作相应的处理。这些处理包括越限报警、越复限时的自动显示、记录和打印；对于重要参数及数据还应进行越限后至复限的数据存储及召唤显示；启动相关量分析功能，作故障原因提示，对于一些重要参数要有趋势报警。

　　事故顺序记录

　　当发生事故造成跳闸动作等情况时，自动控制系统应立即以中断方式响应并自动显示、记录和打印事故名称及时间；记录和打印相关设备的动作情况、自动推出相关画面、作事故原因分析及提示处理方法，系统应能将发生的事故及设备的动作情况按其发生的先后顺序记录下来。

　　故障状态显示记录

　　计算机自动控制系统定时扫查各故障状态信号，一旦发生状变将在屏幕上即时显示出来，同时记录故障及其发生时间，并用语音报警。系统对故障状态信号的查询周期不超过2秒。

　　事故追忆及相关量记录

　　在发生事故时，由各现场控制单元采集各设备的状态量并送控制室，完成事件顺序排序排列、显示、打印和存档。每个事件的记录和打印点名称、状态描述和时标、记录的分辩率不大于2ms，应能记录事故发生前10秒和后20秒时间内重要实时参数的变化情况。运行人员可以召唤、显示或打印这些数据。

　　（3）控制与调节

　　1、 控制对象：水泵、水闸、低压电气设备等。

　　2、 控制方式

　　当控制方式切换到计算机控制为主方式时，集控中心值班人员通过主控站工控机人机接口对设备进行监控，主要有：

　　（1）自动完成开、停机和泵闸启闭。

　　（2）电气设备开关合/分操作。

　　（3）各种辅助设备的操作。

　　（4）各种整定值和限值的设定。

　　（5）各种信号处理。

　　（6）其他与业主商定的功能。

　　3、泵组顺序控制

　　当泵组开、停机指令确认并下发后，计算机监控系统能自动推出相应机组的开、停机操作过程监视画面。画面上反映操作全过程中所有重要步骤的实时状态、执行时间及执行情况，当操作受阻时及时提示受阻部位及受阻原因。机组的开、停机操作允许开环单步运行和闭环自动运行。计算机监控系统能自动识别在不同方式下的开、停机操作要求并作出响应。

　　4、泵组辅助设备及全厂公用设备手动控制及启、停或开、闭手动操作。

　　5、闸门顺序控制

　　当闸门启、闭指令确认并下发后，计算机监控系统能自动推出相应闸门启、闭操作过程监视画面。画面上反映操作全过程中所有重要步骤的实时状态、执行时间及执行情况，当操作受阻时及时提示受阻部位及受阻原因。闸门启、闭操作允许开环单步运行和闭环自动运行。计算机监控系统能自动识别在不同方式下的启、闭操作要求并作出不同的响应。

　　控制与调节对象

　　控制与调节对象主要为闸门、水泵以及户内变电所的电气设备。

　　控制与调节方式

　　当控制方式切换到计算机控制为主方式时，控制室值班人员通过工控机人机接口对设备进行监控，应能完成下列内容：按给定流量自动完成开闸、关闸操作；按给定开度自动完成开闸、关闸操作；闸门运行过程中遇到意外情况时在监控主机以及现地进行急停操作； 电气设备开关合/分操作；各种辅助设备的操作； 各种整定值和限值的设定； 其他必要功能。

　　统计与制表

　　对采集的数据与检测事件进行在线计算，打印输出各种运行日志和报表。

　　人机接口

　　在线显示实时图形，使值班人员对运行过程进行安全监视，并通过控制室计算机键盘在线调整画面、显示数据和状态、投退测点、修改参数、控制操作等。

　　画面显示

　　画面显示是计算机自动控制系统的主要功能，画面调用将允许自动及召唤方式实现。自动方式指当有事故发生时或进行某些操作时有关画面的自动推出，召唤方式指操作某些功能键或以菜单方式调用所需画面。画面种类包括动态显示图、单线图、立面图、曲线、各种语句、表格等。要求画面显示清晰稳定，画面结构合理，刷新速度快且操作简单。

　　单线系统种类包括电气主接线图、启闭机控制接线图等。在这类画面上能实时显示出运行设备的实时状态及某些重要参数的实时值，同时可通过窗口显示其它有关信息。

　　立面图在画面上能实时显示出过闸流量、水位、动态显示闸门开度等参数，形象直观；并能点击弹出各启闭机的控制画面。

　　表格类包括参数及参数给定值、特性表、定值变更统计表、各类报警信息统计表，操作统计表、各类运行报表、运行日志、水文特征值等。

　　运行指导类包括升、降、停指导，低压系统操作指导，种类提示信息等。以上各类画面可以按值班人员要求组合在一起显示，也可以单独显示。

　　设备状态维修的指导除了正常地监视各类设备的运行状态外还应具备设备的维修指导，达到指定的参数时给出提示，使设备的维护更科学。

　　语音提示功能

　　当各画面出现进行 操作时应能语音提示，以及发生事故和故障时，应能用准确、清晰的语言向有关人员发出报警。

　　系统自检和自动重启动

　　包括主机自检和过程故障检测，通过检测包括对I/0过程通道在线自动检测，检测内容有通道数据有效性、合理性判断，故障点自动查找及故障自动报警。

　　仿真培训

　　节制闸停运期间，对运行人员进行操作培训、系统的维护培训、事故处理培训、软件开发培训及管理培训。

　　（4）数据通讯

　　与上级部门的通信

　　将节制闸的有关数据、信息送往上级部门；接收上级部门下发的各种命令；提供通信协议文本，负责接口配合工作。

　　计算机与设备的数据通信

　　计算机与各设备之间的数据通信，其原则是速度快、数据处理能力强、安全可靠性高。

　　接受来自其它8个闸站的信号。

　　无线数据传输。

　　视频数据传输。

　　（1）将所有监控对象集中在统一的监控、服务和应用平台上。

　　（2）应用软件具有高效性、高可靠性和可维护性，采用模块化设计方法，便于扩展和修改。

　　（3）功能软件模块或任务模块具有一定的完整性和独立性，软件环境的设计使运行人员能安全地实现应用软件的补充和修改。

　　（4）具备各种报表处理、统计分析、实时监控等应用系统，并能满足特定用户要求的定制软件。

　　（5） 所有监控对象可以很方便的实现相互之间联动操作