高扬程提灌工程泵站计算机监控系统的探讨

沈建荣

（景泰川电力提灌管理局，甘肃 景泰 730400）

高扬程（具有多梯级、多电力提水机组）提灌工程在全国应用较多，正积极发挥着水利服务农业、服务社会的作用，是当地生产、生活的命脉。随着计算机、通信和控制等技术的日益成熟，多年来计算机监控系统在高扬程、多梯级、多机组电力提灌工程泵站监控中的应用，高扬程提灌工程泵站计算机监控系统逐步成熟，并逐步使泵站向少人值守或无人值守方向推进。按照这个发展方向，结合景泰川电力提灌（以下简称景电）一期工程泵站计算机监控系统的应用实际，以稳定可靠、实用为目的，探讨性地给出高扬程提灌工程泵站计算机监控系统进一步发展的结构和重点监控对象，以期结合相关技术，达到泵站少人或无人值守的目的。

1 泵站计算机监控系统的特点及硬件结构

高扬程提灌工程由多梯级提水泵站组成，每级提水泵站包含有多台水泵机组。上级泵站提水量决定下级泵站提水量及其前面的支渠供水流量。通过一级一级的泵站提水，最终把水输送到农田。根据多年人工和计算机监控的实际运行，监控系统由中心调度、泵站运行、现场等 3 层监视和控制结构组成。中心调度人员掌握所有梯级泵站的现场信息，依据供水调度计划决定每个提水泵站开、停水泵机组；泵站运行人员掌握本泵站现场实际信息，接受调度人员指令开、停水泵机组，并灵活处理其它事宜（如故障等）；当调度和泵站运行层因故均无法完成机组监控时，需要泵站运行人员在现场监控单元直接开、停机组。高扬程提灌工程需要检测的量均可在 1s（故障时几秒）内在监控系统的调度中心和泵站监控机上显示，控制量下发的数据量很少，对实时性要求不高；但是要求计算机监控系统有较高的稳定性和可靠性。因此，对计算机监控系统要求分层（调度中心、泵站运行、泵站现场）、分布（所有梯级泵站）、分散（每个泵站的每组水泵机组独立监控），要求泵站各层信息交换可靠畅通，满足数据交换的需要，以达到稳定、可靠运行的目的。

景电一期泵站计算机监控系统于 2002 年开始研制，2003 年陆续投入运行，采用分层、分布、分散式结构，监控系统示意图如图1 所示。

泵站现场每台机组和检测量都由 1 台监控单元负责现场检测和控制，实现机组的分散监控。所有现场监控单元通过工业 CAN 网[1]挂接通信管理机，实现与泵站后台机和调度中心的联接。泵站后台机作为 1 层，通过通信管理机提供的以太网实现与现场监控单元（监控层）的通信，完成监控功能；调度中心以双以太网结构构成作为 1 层，通过泵站通信管理机提供的以太网实现与现场监控单元的通信，完成监控、历史记录等功能。

随着计算机和通信等技术的发展，泵站计算机监控系统逐渐完善，向可靠性更高、稳定性更好的方向发展。景电一期的分层、分布、分散型监控，使得监控独立、分散，即使泵站有 1 台机组的监控单元发生故障，也不会影响其他机组正常工作。但是由于后台机层和调度中心层均依赖于唯一的泵站通信管理机与泵站监控单元实现数据交换，使得分散式结构打了折扣。如果泵站通信管理机出现故障，上层监控就不可能实现。因此，由于通信结构脆弱，景电一期泵站计算机监控系统无法很好地达到泵站少人或无人值守的目的。这里提出 2 点改进方案，以达到泵站少人或无人值守的目的，具体如下：（1）每台泵站现场监控单元直接提供工业以太网[2]接口或单独挂接以太网接口，通过工业以太网直接挂接上层的后台机和调度中心机网络，有线通信全部用以太网实现通信，减少通信环节，提高可靠性；（2）作为有线通信的补充，每台泵站现场监控单元提供加密的无线通信装置，当有线通信网络出现故障时，上层后台机或调度中心机可通过无线通信装置与泵站监控单元实现全部或局部数据的交换。改进的结构如图2 所示。

图1 景电一期泵站计算机监控系统示意图

一般来讲，高扬程、多梯级泵站均处于移动通信或联通公司的网络覆盖范围，成熟的 3G 技术[3]能够保证数据交换的可靠畅通。同时，有线通信中断不可能在多个泵站同时发生，无线通信能够保证泵站（最多 12 台机组）临时通信的需要。即使所有泵站的有线通信均发生故障，中心调度计算机也能分批完成应急的临时需要（景电二期泵站计算机监控系统就是中心调度机与 13 级泵站监控机通信完成数据交换的，这里不再赘述）。

图2 泵站计算机监控系统示意图（虚框表示可选）

通过以上 2 条措施，加大了分层、分布、分散型监控系统的可靠性。每台泵站监控单元直接通过以太网与上层后台机和调度中心以有线方式进行数据交换，达到分层、分布、分散监控的效果。同时，通信线路、部件等故障造成泵站监控单元与泵站后台机层或调度中心层失去有线数据交换后，后备的无线装置将取得联络，完成全部或部分（重要）数据交换，实现监控。这样，通过与图像监控等措施相结合，能够为泵站少人或无人值守提供保障。

2 泵站计算机监控系统监控的重点对象

2.1 泵站前池水位及水泵机组开停趋势监视

泵站前池水位及水泵机组开停趋势，能够有效地获知各个梯级泵站前池水位高度的变化，及水泵机组开停的变化。在多梯级泵站，调度人员通过对这 2 种变化趋势监视，可以探索更好开停水泵机组的方法，较好完成上水任务的调度工作，使得各个泵站前池水位变化趋缓，水泵机组开停次数减少，达到节能、减少水泵机组维护次数、减轻调度人员劳动强度等目的。前池水位及水泵机组开停趋势、历史数据存贮和再现还能够帮助调度人员总结调度经验，较好完成调度工作。

2.2 水泵机组温度趋势监视

水泵机组需要监视电机、水泵轴承和电机绕组等的温度。运行温度偏高，水泵机组就需要检修。所以水泵机组温度趋势可以很好地监视机组电机和水泵发热情况，及时发现故障苗头，及时解决问题，减少故障和不必要的损失。由于水泵机组数量庞大，检测量过多，因此宜采用报警、重点和常规监视相结合等方式实现。

2.3 实时数据监视

根据景电一、二期泵站计算机监控系统多年运行经验，设立泵站一次电气图、单机流量图、开关量图和低压系统图，将相关内容的开关量状态、模拟量值显示在同一幅监视画面中，增强监视的直观性、灵活性和方便性。通过部分或全部实时数据的重点监视，帮助调度人员更好地监控泵站现场。

2.4 报警监视

水泵现场的重要开关量（包括机组开停等）和模拟量需要实时报警，以引起调度人员和泵站运行人员的关注。根据景电一、二期泵站多年监控运行经验，各个报警均应设立“报警暂停”功能，便于暂停因现场等因素造成的一些不必要的频繁报警，使得报警监视有效、实用。

2.5 电力开关投退和水泵机组开停

高扬程提灌工程泵站计算机监控系统需要控制的量主要有 2 种：一种是电力开关，根据需要投退，不需要复杂判断，投退容易；另一种是水泵机组的开停，水泵机组开停要根据多个梯级泵站的前池水位变化、多个泵站水泵机组运行变化趋势，以及灌区支渠、独斗渠供水量，水泵机组提水流量等决定，非常复杂。目前大多采用调度人员自行判断后，在计算机系统上发令进行一对一单机开停泵站水泵机组。笔者认为可以根据调度人员多年运行经验，编制高扬程提灌工程泵站各梯级水泵机组开停专家系统，先实行专家系统运算判断，经调度人员确认选择后执行的方案，逐步实现多个梯级泵站调度自动化专家系统。然后总结经验，逐步实现多个梯级泵站梯级调度自动化软件编制，最终根据灌溉需要，实现调度（多个梯级泵站水泵机组开停）自动化。

3 结语

高扬程提灌工程泵站计算机监控系统对提高梯级泵站设备运行效率和管理水平，经济合理供水，降低能耗，确保安全生产等方面能发挥重要作用。多年运行证明，计算机监控系统明显减轻了调度人员和泵站运行人员的劳动强度，同时配合图像监控等措施，使得泵站少人或无人值守变得可能。随着自动化技术的发展，调度人员劳动强度能够进一步减轻，泵站少人或无人值守必将实现。

[1]杜尚丰，曹晓钟，徐津. CAN总线测控技术及其应用[M].北京：电子工业出版社，2007，1.

[2]汪晋宽，马淑华，吴雨川，等. 工业网络技术[M]. 北京：北京邮电大学出版社，2007，8.

[3]张智江，朱士钧，张云勇，等. 3G核心网技术[M]. 北京：国防工业出版社，2006，1.