微机监控系统在泵站的应用

2015-12-24徐温泉

湖南水利水电 2015年3期

徐温泉

（广东省梅州大堤管理处北堤管理所梅州市 514031）

随着计算机技术、自动化技术以及网络技术的发展，为建立高效的监测以及管控体系提供了很大的帮助，在泵站建设中，采取自动化技术不仅提高了设备的运行率，还能够提高管理效率，本文以具体的工程为例阐述微机监控系统在泵站的应用。

1 工程概况

黄塘排涝泵站是梅州大堤北堤防洪排涝工程一座防洪、排涝电排工程。位于程江河与黄塘河的交汇处，是全面提高北堤防洪能力，保障梅州城区防洪安全的重要工程措施。泵站上游集雨面积73.7 km2，总装机容量为6 400 kW，排涝流量115 m3/s。黄塘排涝泵站于2003年由广东省计委批准立项，项目包括1.15km年新建程江河堤，工程于2006年10月8日开工，至2009 底全面完工，大大提高了江北城区的防洪排涝能力。

黄塘排涝泵站计算机远程监控系统包括计算机监控系统、微机保护系统以及监控系统。其中计算机监控系统是泵站远程监控的重要组成部分，负责对8 台潜水电泵机组、2 台站用变压器、2 扇水闸及8 扇防洪闸门等主要设备的运行信息采集和重要流程的控制；微机保护系统是远程监控的核心部分，保护设备的可靠运行，对泵站重要设备运行的安全性起着重要作用，在本研究中主要分析微机监控系统在泵站的应用；图像监控系统作为计算机监控系统的辅助工具，更加直观地为操作人员掌握设备、运行操作提供方便。

2 微机监控系统实现的功能

微机监控系统综合了保护、检测、管控、通信等功能，能够保护电源，不会受到设备运行以及通信系统的干扰，能够独立进行工作。微机监控系统中的励磁硬件设备的设计采用了模块化设计，便于维护。参数的设计既可以通过现场数据录入，也能够从上位机中下载得到。在通信方面，上位机和除了闸门以外的各个部分全部采用相同的通信协议，可靠性高，整个系统的设计更加具有层次性，能够保证灵活的选用系统参数，安全性高。

泵站微机监控系统的设计需要实现的功能包括检测功能、控制管理功能、微机励磁功能以及保护功能等。微机监控系统的检测功能主要体现在上位机监测各种设备的运行状态和参数变化中。在完整的微机监控系统设计中，站变、主变以及主电机上下导瓦等的温度都会输送到保护单元中，进而与上位机通信。现场压力变送器把水压力、油压力等信息变换后，与上位机的信息交换。RS-485 通信线将励磁装置的状态监测到的数据域上位机通信，对应机组的运行情况能够在励磁综合控制器上显示出来。在现场的信息采集中，叶片角度能够采用叶片角度编码器采集信息，上下游水位通过超声波水位计来采集信息，储能罐油位通过红外线液位探头采集信息，这些采集到的信息通过PLC 转换为数字信号后传输到上位机。泵站设备检测的电压判断得到的通讯信号，泵站设备的运行状态以及报警信号等都是传送到上位机进行监测。

设备运行的功率参数通过上位机闭环进行调节，若是上位机出现故障，在现场就可以通过励磁综合控制器来调节键盘的主要运行参数。上位机能够记录励磁装置的运行参数，在装置运行不正常情况下，上位机和液晶显示屏中会出现相应的信号。

微机监控系统的管理控制功能的实现。微机监控系统设计中，上位机直接控制电动道闸、断路器等，现场的监控单元主要实现分和控制命令、依照实际运行情况，及时调节叶片角度大小。上位机设定空压机以及供排水泵的参数，并自动调节参数变化。在设计中，上位机能够实现故障报警功能，在系统的运行参数中设定了各个菜单画面，能够清晰地获得主机温度参数以及水压力、油位等信息。励磁系统中的运行方式以及参数等仅仅通过鼠标以及键盘就能实现调整。为加强系统的管理工作，在微机监控系统的设计中还涉及了多层防护程序。

微机监控系统能够实现保护功能，微机监控系统能够精确的记录故障发生的时间以及类型等，进而判断故障参数变化。保护装置的查询通过PLC轮流查询，一旦出现保护动作，上位机能够把保护动作信息传达到系统中。主机保护的设计能够实现横差保护以及过电流保护等，除了电量保护方面，还设计了励磁参数状态的保护。

3 泵站监控系统结构

系统监控对象分为主设备和辅助设备，主设备包括变压器、电动机等，辅助设备包括隔离开关、断路器、空压机、配电设备、闸门等。泵站系统监控内容包括设备的运行状态、设备的模拟电量以及计算机设备的运行状况等。

当前在泵站监控系统的应用中，采用的系统基本结构主要是开放分层式的系统结构，机组和变压器的设计布置在同一控制网络中，能够实现不同系统之间的闭锁控制以及信息共享功能，系统计算机来存储机组运行信息，实现计算机自动化管理。在泵站的计算机控制系统的设计中，将信息的采集和控制融为一体，能够实现信息的显示、设备运行状态的监控和控制，并能够实现报警、数据分析以及打印报表，远程监控系统的设计构成了分布式控制系统，监控网络保护结构如附图所示。

附图监控网络保护结构图

在监控系统的配置中主要包括三层：第一层为站控级，包括网络打印机、工作站以及通信站等，第二层是工业冗余以太环网，有通信光缆和交换机组成，第三层是现地控制单元。泵站设备的控制设计采用了站控级控制室操作员站集中控制的方式，根据实际的工作情况自动控制，在与设备操作相关的控制以及现地单元的控制中采用手动控制，能够实现受到操作规程。现地控制站在执行操作中，不仅能够执行上位控制层的命令，同时也能监控设备的运行状态。

4 提高微机监控系统可靠性措施

在泵站微机监控系统的设计中，需要采取相应的措施提高系统的安全可靠性。在泵站的设计中，综合考虑影响微机监控系统的干扰因素，泵站中影响微机监控系统使用的主要因素包括电源的干扰以及电磁场的干扰，在电网运行中，一些大功率设备的启停会对电网产生较大的干扰，形成的脉冲电压叠加到额定电压上，严重影响微机系统的正常输入。在泵站微机监控系统的设计中，有很多的接口通道以及通讯设备，数据在传输中会产生变形、延迟等情况，这些也会造成干扰。在泵站的设备中，很多设备都属于电磁场发射体，如电动机、变压器、高压线路等，这些设备的电磁强度对于微机监控系统而言影响较大。另外微机自身所含有的大规模电路元件也会产生电磁场干扰。

在提高可靠性中，现场设计采用不间断电源UPS 来供电，消除架空系统供电，将UPS 接入用电系统的母线上，一旦出现故障能够实现电源之间的切换，不影响系统的监控和运行。系统设备均采用双回路设计，提高安全可靠性。

在抗干扰的设计中，开关量输入输出通道上采用光电隔离器件，防止脉冲电波干扰。电源回路本身也是造成干扰的因素，所有的智能控制单元的电源全部经过隔离变压器隔离，减少干扰的侵入途径。在监控系统的设计中，将各控制柜、PLC 以及模拟量屏蔽线全部接地。

5 微机监控系统实施效果

系统设计将以太网、自动化系统、变电站等连接在一起形成统一的系统，系统采用了德国赫斯曼R32-FX/FX 工业以太网交换机，极大地增加了系统的抗干扰能力。在机组保护控制方面采用了PLC 可标称控制软件，设备运行的稳定性大大提高，在机组LCU 的设计中触摸屏的设计能够显示运行参数，方便控制。

在辅机控制系统的设计中包括了排水供水、真空抽水以及压缩空气等系统，各个系统的设计相互独立，全部连接到LCU 中，接受机组LCU 的命令，控制操作更加方便。在电源的设计中，所有保护设备接入太环网均是采用TCP 光纤环网。即使环网上存在个别断点，也不会影响网络的运行。保护测控装置采用了模块化设计更加突出了控制优势。从经济性角度分析，微机监控系统的设计能够根据流量的要求来确定最佳泵组台数，减少了资金投入。

微机监控系统在泵站的运行中实现了少人值守、经济高效的目的，泵站启停更加自动化，能够自动控制和显示泵站信息，实现故障报警功能，经过2年时间的使用，微机监控系统运行正常，设备良好，达到了设计要求，开机效率大大提高，提高了工作效率。