泵站自动化信息系统在提灌项目中的应用

漆淑萍

（天水电气传动研究所有限责任公司，甘肃天水741020）

泵站自动化信息系统在提灌项目中的应用

漆淑萍

（天水电气传动研究所有限责任公司，甘肃天水741020）

泵站自动化系统在水利及水务事业中具有重要的作用。以电力提灌大型泵站工程为对象，简述了泵站的发展现状，从泵站的技术特点、设计因素、数据实时采集管理等方面展望了泵站自动化技术的应用及发展趋势。

泵站自动化；无人值守；信息管理

1 引言

泵站在水资源的合理分配以及管理中起着至关重要的作用，它的功能是承担区域性的调水、抗旱、防水、防洪等，在工农业用水及城乡居民生活用水中有着重要的作用。随着科学技术的发展，我国大型泵站自动化技术已初步实现了集散控制，并向着测量、控制、管理的一体化、智能化方向发展。

2泵站自动化的发展历程及趋势

泵站自动化经历了半自动化、全自动化、综合自动化的3个发展阶段。

①半自动化:主要特征是泵站机组启动和停止的最初指令是由人工发出，最后也是由人工去执行控制的最末一个环节，如开机或停机等。是一种开环的控制方式；②全自动化:是靠设备只在前池或出水池的水位继电器，或设置在进、出水管道上的压力继电器控制机组的启动、停止或进行各种保护。是一种闭环的控制方式；③综合自动化:从早期的数据采集系统、上位机、下位机的分布式系统到目前较为流行的分层分布式综合自动化系统。逐步向一种智能化的自动调配方向发展。

近年来，我国的泵站自动化得到了快速的发展，泵站自控技术方案众多，配套产品也推陈出新。通讯方面有数传电台、卫星及GPRS等无线通讯方案；工业以太网、光纤网络、现场总线、SDH以及串行通讯等技术得以应用；其自控核心系统以PLC为主，还包含国内一些自主研发的通讯管理机以及其他一些集散控制装置的自动化控制方案；继电保护方面，采用电力系统常用的线路保护、大型电动机保护及变压器保护等装置，产品逐步趋向于智能化发展；得益于技术和产品的更新换代，有些泵站已实现了半自动化，有的泵站控制已达到了少人值守甚至无人值守的自动化水平。

泵站自控技术虽已步入一个自动化的快车道，但也存在一些问题，其一是实际水平达不到设计水平，这种情况的产生主要受限于自动化元器件质量及传感器的水准等问题；其二是盲目追求技术的先进性，忽视了产品因素和技术的稳定性等，造成了现阶段高投资低回报率的资源浪费，也增加了系统维护和升级的技术成本。

3泵站自动化的功能

泵站自动化采用人机界面的交互方式，采用工控行业组态软件对受控设备进行监视和控制，其最基本的功能是机组控制功能，实现远程对泵、阀门的状态监视和启停；实现对管道压力、流量、机组电流、高低压配电柜的电压、电流、功率等数据的实时监视；实现对各类设备的数据显示和查询、状态报警、数据存储和传输；实现对泵站数据的综合分析和报表记录等，以供决策者执行最合理的运行方案；近年来由于视频产品的更新换代，图像清晰、视频传输快捷、组网方便灵活的视频设备大量应用在了地段偏远、交通相对不便利的泵站区域，泵站控制室管理人员足不出户就能够全面掌控设备运行状态。

4项目案例

电力提灌大型泵站是我国农业水利行业重要的工程设施，是农业灌溉输供水的来源，电力提灌大型泵站一般由多套泵站机组组成；泵站机组由容量不等的泵组、若干面高低压控制柜、直流系统、工业电视监控系统、后台计算机系统等组成。本文以某电力提灌大型泵站项目为例，简述大型泵站的组成结构以及自动化系统智能信息网络的发展趋势。

某电力提灌大型泵站工程由1个控制中心和7个泵站组成，控制中心设置3台监控主机，1台视频监控服务器，1套大屏投影仪，下设7个泵站。一泵站安装有5台套泵机组；高低压配电柜12面，其中高压配电柜10面，低压配电柜2面；SCB10-50／10变压器1台，泵站自动化监控柜2面，后台计算机系统1套，直流系统1套，工业电视系统1套。二泵站安装水泵机组6台套；安装高低压配电柜14面，其中高压配电柜11面，低压配电柜3面，SCB10-50／6变压器1台，电容补偿器2台，泵站自动化监控柜3面，后台计算机系统1套，直流系统2套，工业电视系统1套。其余泵站与二号泵配置相同。

单套泵站机组自动化系统由监控层、数据交换层、硬件控制层3部分组成。

监控层:由监控站、工程师站、视频监控站、GPS卫星时钟系统组成；

数据交换层:2光口多电口交换机，预留去调度中心数据接口；

现地测控层:由高低压配电柜，PLC控制柜，视频监控柜等组成。

单套泵站机组自动化系统如图1所示，控制中心自动化信息集控系统如图2所示。

图1单套泵站机组自动化控制系统

分级泵站交换机通过光纤或无线网络将数据传送至集控中心核心网络交换机上，集控中心可实时监视泵站设备的运行状态，并且还可通过视频监控电脑查看泵站的现场工况，通过管理用户授权，可将分级系统权限授予集控权限，分级泵站运行可有集控中心监控管理，配合视频监控系统，实现分级泵站的少人值守或无人值守模式。

图2控制中心自动化信息集控系统

该工程案例中，自控核心硬件采用S7-300 PLC系统产品，现场总线采用Profibus DP，并配备Profinet与上层网络对接，配备Modbus现场总线提供现场仪表或其他支持Modbus协议设备的接入。高低压控制柜则采用了具备通讯功能的智能化综合保护装置和智能马达等设备，系统可便捷快速地采集高低压配电柜的数据。

在分级泵站与控制中心的通讯网络方面，根据具体现场情况分布采用了公网专线系统和VPN专网混合的方式布置。

在控制中心，调度人员可以全局掌握总供水量、总耗电量、吨水耗电等数据；掌握每个泵站的总耗电量、供电电流、供电电压、水泵投运状态、水泵启停状态、水泵的工作电流电压、水泵的电能、提水量、吨水耗电量；随时掌握分级泵站信息，变电站供电电流、电压、电能等信息，据此可对各泵站发出合理的调度指令。

5自动化信息系统的特点

本工程案例中，自动化控制系统由5部分组成:①中控调度中心数据采集及控制系；②现场LCU控制系统；③自动化仪表系统；④微机继电保护及电力参数采集系统；⑤多媒体电视监控系统。这5部分分别负责数据采集与处理、安全运行和监视、系统的控制和调节等功能。

本工程案例中应用PLC、工业自动化组态技术、传感器、网络通信、计算机等技术，完成远程监控、数据共享、信息远传浏览等功能，实现泵站设备状态和参数的自动检测，在现地、控制室及远程都能对系统设备进行监控，并有故障应急处理能力。

由于系统接入网环境复杂且对带宽要求高，系统网络采用光纤环网方式构建各现地泵站局域网，并利用MSAP（多业务接入平台，Multi-Service Access Platform）技术，实现各现地测控单元、现地泵站管理中心和远程泵站调度与信息管理中心通信，最终实现所有现地数据信息汇聚至远程泵站调度与信息管理中心。由于现地泵站数目众多且地理位置分布范围较广，因此系统采用分层式结构，按功能分为监控层、数据处理层、现地测控层3层。泵站现地测控层主要利用PLC、传感器等设备完成各现地泵站数据的采集、处理，通过系统网络将数据按照一定的格式存储在数据处理层中的数据服务器内，并为监督控制层提供数据源，最终达到系统数据共享、信息远传的目的。最后，为了保障泵站安全可靠的运行，提高泵站的管理水平，系统不仅在每个现地泵站管理中心设置了基于C／S模式的现地泵站管理系统，而且在泵站调度与信息管理中心设置了基于B／S架构的泵站信息管理系统的Web服务器。基于B／S架构的泵站信息管理系统借助asp.net、ado.net等技术，与远程数据库的连接，实现页面动态显示各现地泵站设备的运行状态、水情、报警等信息，查询水情及报警等的历史信息，报表显示及打印等功能，达到了所有泵站集中监视、控制、管理的目的。系统用户只需用浏览器访问泵站信息管理系统的Web服务器，即可远程监控系统所有泵站机组等设备的运行状态，了解泵站状态、报警等信息。

控制中心对各分级泵站数据和视频数据集中统一管理，形成能效报表，帮助管理决策者对分级泵站系统的合理资源调配，实现广义上的少人值守及无人值守。并通过对故障信息的采集，分析诊断系统的状况，及时做出合理的响应。

泵站自动化信息管理系统功能的完善，不仅能保证泵站可靠地运行，而且可以降低泵站的运行成本以及工作人员的劳动强度，全面地提高泵站的运行效率和管理水平。

6泵站自动化设计中需要注意的因素

泵站自动化设计中需要正确处理测量、控制和保护之间的关系。泵站自动化设计最难的并非是自动化的技术本身，而是能更合理地将现有的自动化技术应用在泵站设计中。在设计过程中应考虑以下因素。

6.1地理因素

泵站往往分布在地理环境偏远、多水、多雨地区，地质环境比较复杂，故此在自动化设计上需要充分考虑当地的地质情况，因地制宜。其次是泵站的日常运营，设计初期应该充分考量当地的用水特点，设计出适合当地使用的泵站，即合理的设计泵站机组的容量，泵站流量、扬程等，以便充分发挥泵站效率。

6.2通讯因素

本案例中，分级泵站距离调度中心距离及布置特点不一，根据每个泵站的特点，设计了多种与调度中心通讯的方案，使方案的合理性和稳定安全性最大化。

6.3分层控制因素

每个泵站自动化系统自成一体，又由若干独立的小控制单元组成，这些独立的小单元按照一定顺序连接起来组成了一个整体。泵站自动化的此控制单元设计，需要合理地设计各环节层次，确保各单元分工明确，才能更高效地运行系统。本案例中，泵站的电机层、水泵层、高低压检测层、视频监控层各自独立但又互相衔接或嵌套组成一个完整的泵站自控系统。

6.4兼容性和扩展性因素

泵站自动化的发展随着科技的进步，在不断的改进和优化，从大方向上而言，泵组内的绝大部分设备已经实现了自动化运行，但是也有一部分设备因为设备自身的特点而未形成自动化。这就需要在设备组装环节，考虑未实现自动化的单元或设备的兼容性和扩展性，在将来不存在自动化发展的阻碍。这也体现出了分层分单元控制的好处。

6.5经济因素

泵站的平稳安全运行关系调配水的效率质量，同时泵站的运营时间往往很长，一些早期的泵站如今依然在运作，所以在泵站引进新技术新设备的时候一定要考虑技术的前瞻性和稳定性，而不是一味地追求最新最好。自动化系统设备的投入需要大量资金，投资的回收周期比较长，因此在引进过程中要充分考虑市场的动态需要，使之在稳定、经济运行的基础上实现利益的最大化，盲目的投入只会带来资源的浪费。

7结束语

综上所述，泵站自动化综合信息系统的发展，为水利工程资源的合理调配和使用方便带来了极大的贡献，随着相关配套电子自动化技术和电气产品的升级换代，我国泵站自动化技术已向着测量、控制、管理的一体化、智能化方向发展。

［1］匡正.大型泵站自动化控制系统组成及管理，2013.

［2］泵站综合自动化控制系统方案，2014.

［3］某电力提灌大型泵站工程，2014.

Application of pumping station automation information system in irrigation project

QI Shu-ping
（Tianshui Electric Drive Research Institute Co.，Ltd.，Tianshui 741020，China）

The pumping station automation system plays very important role in water conservancy and water affairs management.Taking the large electrical irrigation pumping station engineering project as the object，the developing situation of the pumping station is introduced.From the technical characteristics，design elements，real-time data collection and management of the pumping station，the applications and the developing trend of the automation technology of the pumping station are presented.

pumping station automation；unattended；information management

TP273

A

漆淑萍（1972-），女，汉族，工程师，1994年毕业于甘肃工业大学，现就职于天水电气传动研究所有限责任公司，从事自动化设计与调试工作。

2016-05-15

1005—7277（2016）04—0039—04