打渔张泵站计算机监控系统设计及应用

2021-03-10贾振波

黑龙江水利科技 2021年1期

贾振波

(山东省调水工程运行维护中心滨州分中心，山东滨州 256600)

1 泵站概况

山东省引黄济青工程打渔张泵站是引黄济青改扩建工程新建的泵站，泵站枢纽位于滨州市博兴县打渔张引黄闸下游，引黄闸位于滨州市博兴县王旺庄险工段下游的黄河右岸，是引黄济青改扩建工程的一个主要组成部分，建成后将为引黄济青工程的渠首泵站，泵站设计流量为36m3/s，设计扬程6.42m，泵站设5台900kW的10kV同步电动机，总装机容量4500kW。泵站供电为双回专线，由电力系统变电站架设两路35KV单回路线路至泵站。专用变电站设有35kV/10kV，3150kVA变压器干式变压器2台。设备应考虑防尘措施，应采用密封机柜和带过滤器的通风孔。现场范围内有35kV变电站，有35kV架空线路和10kV架空线路，机组配套电机功率为900kW，电压为10kV，采用直接启动方式，承包人应确保设备在此环境下安全运行。所有系统设备应能适应泵站的特殊环境。

结合打渔张泵站实际情况，其计算机监测系统应当采用星形光纤单网结构[1]，且按照开放式分层分布式结构布置，其监测系统结构详见图1。

图1 打渔张泵站计算机监控系统结构

构成打渔张泵站计算机监控系统的9个模块全部通过网络连接，并构成整体，且划分为远程调度层、监控层和现地层三个层级[2]。远程调度层设置在水利厅调度中心内部，主要通过工程管理处监测泵站和水闸实时运行状态并下达调度命令。监控层则设置在泵站中心控制室，在监控泵站运行的过程中采集运行数据形成报表，监控层是泵站计算机监控系统的核心层。现地层则设置在设备处，主要进行现地设备的自动监控。

2 泵站计算机监控系统设计

2.1 系统模块设计

泵站监控层模块是泵站监控系统的核心所在，主要承担泵站日常运行过程的监控、数据收集及存储、汇总打印、通信调度等核心功能。水力监测模块主要负责控制系统数据的输入与输出管理，该模块的设计及运行必须具备稳定可靠属性，其动态和静态运行均需达到自动化控制系统运行的基本要求。打渔张泵站计算机监控系统水力监测模块监测项目主要有泵站池水位、拦污栅水位、虹吸管真空度、拍门位置、水泵压力、机组转速及流量、油压、油位、设备运行温度等。

打渔张泵站采用直流励磁模块，所使用的控制系统为单片机核心励磁自动调控系统。泵站机组LCU模块包括PLC、微机保护装置、巡回温度监测器、测量仪表及继电器等部分。泵站公用LCU模块主要针对主变、电源系统、进线开关等进行监控，为提升对各监控对象的监控管理效率，针对各个模块分别配备PLC，所收集到的监测数据也传送至LCU现地站，经现地站中转后传送至控制中心，并由其直接通过LCU对各监测对象实施控制。

辅助设备LCU模块主要以打渔张泵站油压、气水系统、抽真空系统等辅助设备为监控对象，并针对每套辅助设备配备1套独立运行的PLC系统，各系统将所接收的辅助设备运行状态、电源状况等参数数据传输至现地站，由其中转后再传送至控制中心，控制中心在分析数据并掌握各辅助系统运行情况后展开控制。

2.2 系统软件设计

泵站控制系统应有适当的控制终端，且本工程系统控制终端是大屏幕系统的操作维护中心，通过它对系统进行全面管理，并可对单个显示单元进行操作维护：对显示单元的图形拼接、整体亮度、对比度等参数进行整体性操控与设置，并对输入系统的所有信号展开管理性操作，运用控制系统调度和设置屏幕上的视频图像、计算机图像及网络图像。本泵站计算机监控终端还需管理屏幕系统故障、性能、配置及安全。为此，对控制系统本身的稳定性和可靠性有较高要求，控制系统的关键部件还应采取保护性方案，确保整个监控系统的正常运转。打渔张泵站计算机控制监控系统具有图像显示，设备参数、趋势图及历史数据存储，继电保护及报表打印等多项功能。

1)图像显示。打渔张泵站液晶拼接显示系统由2×3块55″LCD超窄边液晶显示器、高清数字矩阵、双基色LED显示屏、视频解码器和1台控制计算机等主要部件组成，系统运行过程图像实时显示是该监控系统运行的主界面，同时显示各主要监测点的轴瓦温度、阀门开度、电机转速、水泵流量及池水位等相关参数。

2)设备参数及趋势

打渔张泵站计算机监控系统的监控结果主要按照电机、水泵等物理设备形态及电机参数、水泵参数和电气参数等分页显示，以方便使用者进行各物理设备参数的浏览。

趋势图主要包括电机瓦温、转子温度、定子温度、水泵瓦温、电流等参数，为方便参数变动趋势的分析，系统会在实时监测的基础上给出泵站运行趋势图，通过趋势曲线变化进行各项指标变动趋势的对比分析。

3)光纤以太环网结构

为提升网络通讯的实时性与可靠性，打渔张泵站计算机监控系统采用基于工业交换机的光纤以太环网结构[3]。该结构主要通过对等网实现信息连接与传输，网上PLC站、主控机等节点均通过对等方式进行信息交换，任何节点设备故障并不影响通信网络的正常运行。传统的以服务器为网络数据中心的结构下，各节点设备信息的交换均通过服务器数据库实现，导致服务器工作负荷较重，且不利于系统可靠运行和数据处理效率的提升，而打渔张泵站所采用的基于工业交换机的光纤以太环网结构比服务器作为网络数据中心的传统结构效率更高。

工业机快速光纤交换机的应用使监控系统实时性与可靠性进一步提升。与商业交换机相比，工业交换机在端口设置、对分布式网络的适应性、工控的实时性、数据传输管理的时效性等方面根据优势，两者性能的比较详见表1。

表1 工业交换机和商业交换机性能比较

3 泵站计算机监控系统的应用

打渔张泵站计算机监控系统总线网由10台南京DY公司生产的EF系列智能前端机和2台工控机组成，以实现对泵站运行过程的监控，其中1台工控机和另一台位于站长室的工控机组成10Mpbs局域网，该总线网数据传输速率高、可靠，并以屏蔽双绞电缆为通讯介质，通讯速率高达1.25Mpbs。泵站系统软件采用的是二次开发的“组态王”工控组态软件，可在Windows98等系统下运行。该监控系统除进行机组及泵站运行常规性参数监测外，还能实施对低压力、小流量管道油示流、大位移平板闸门开度、含沙池液位等数据的采集，并进行φ1600及以上大管径流量的在线监测，自动控制机组及集水井、润滑油等辅助系统的运行。

为保证泵站计算机监控系统的正常运行，必须为其设备提供380V±10%、50Hz±2%三相交流、中性点接地以及220V±10%、50Hz±2%单相交流的不间断电源。打渔张泵站计算机监控系统自2019年10月投运至今，性能可靠稳定，操作方便，功能强大，并在2020年的春灌中事先发现并处理了泵站运行的潜在事故隐患，为机组的安全可靠运行提供了保证。