淺談瓜步汛泵站自動化系統(tǒng)設計與實現(xiàn)

黃敏霞

摘 要：泵站擔負著抗御洪水澇、干旱災害、農(nóng)田灌溉、改善農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件，實現(xiàn)穩(wěn)產(chǎn)，跨流域調(diào)水等方面的起著重要作用，故實現(xiàn)泵站自動化系統(tǒng)是現(xiàn)代泵站建設的一項重要任務，它可以大大提高泵站的高速化、高效率、實時性、可靠性、靈活性等方面有著明顯的優(yōu)勢，能提高泵站運行的經(jīng)濟效益。

關鍵詞：軸流泵自動化系統(tǒng)視頻圖像系統(tǒng)大屏幕顯示系

中圖分類號：TY675 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791(2012)07(a)-0031-02

1緒論

泵站在抵御洪澇、干旱災害，改善農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件，實現(xiàn)高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)，跨流域調(diào)水，鄉(xiāng)鎮(zhèn)給排水等方面起著極為重要的作用。

1.1 選題的意義

大瀝瓜步汛泵站是以提高大瀝城西的部分城區(qū)、羅村西隆片澇區(qū)的排澇工程。上述片區(qū)的降雨特點是：雨量大，強度大，年際變化大，年內(nèi)分配不均勻。由于現(xiàn)狀排澇體系的不完善，北村水閘及瓜步汛水閘關閘后，圍內(nèi)河涌水位上漲，由于機場涌水位比香基河～雅瑤水道的水位高，導致機場涌的水向香基河、大布涌倒流，使機場涌、大布涌和香基河的水位上漲。而現(xiàn)有的排澇能力已不適應經(jīng)濟發(fā)展的需要，特別是上述片區(qū)的工業(yè)化進展迅速，大量禾田、魚塘轉(zhuǎn)化為工業(yè)用地，河涌萎縮，過流能力降低，從而導致兩岸低洼地的內(nèi)澇。

瓜步汛泵站工程的設計標準為按遠期10年一遇24小時暴雨1天排干；設計排澇流量48.0m3/s，采用4臺1800ZXB12－3.4斜式軸流泵機組，配套電機單機容量為630kw，總裝機容量為2520kw；水泵進水流道底珠基高程-4.1m。

本工程屬社會福利和公益性工程建設范疇，工程建成后達到10年一遇24小時暴雨1天半排干的近期目標，解決大瀝西部的譚邊、興賢等村委會以及羅村西隆片澇區(qū)洪澇災害的逼切問題。

1.2 泵站存在的主要問題及要解決的辦法

1.2.1 泵站存在的主要問題

泵站存在的主要問題突出地表現(xiàn)在泵站設施老化，效益出現(xiàn)明顯衰減。造成以上情況的原因有以下幾點。

(1)使用時間長，磨損老化嚴重，加之排灌設備多在潮濕、通風散熱不良的環(huán)境和多泥沙、雜質(zhì)的水中運行，則更加快了設備的老化。

(2)有些設備質(zhì)量低劣，施工安裝質(zhì)量差。

(3)有些工程或因規(guī)劃布局不當，或因選型配套不合理、工程不配套，不能達到設計標準。

(4)很多站管理粗放，管理人員素質(zhì)低。

1.2.2 泵站應解決的辦法

(1)有計劃地更新改造。泵站設備要分年列入計劃，有計劃地更新改造。

(2)提高泵站管理單位的管理水平。

(3)加強科學研究和技術推廣工作。要搞好泵站的更新改造、經(jīng)營管理和規(guī)劃設計工作，必須重視科學研究，依靠科學技術進步。

2瓜步汛泵站工程施工概況

2.1 工程概述

南海區(qū)大瀝鎮(zhèn)瓜步汛電排站工程水泵選用1600ZLB9-5型立式軸流式水泵，電機配用TL800-20/2150型10kV、300r/min、630kW立式同步電動機4臺，總裝機容量2520kW；輔助設備主要有主機組安裝檢修用的16/5t雙梁橋式起重機1臺、4臺防洪閘門QPQ2x8t卷揚式啟閉機、電動清污機6臺、進口流道檢修閘門和安全柵用電動葫蘆1臺，以及泵站油、水系統(tǒng)。泵站變壓器選用容量為400kVA的干式變壓器1臺。

根據(jù)佛山市南海區(qū)水利局建設規(guī)劃要求，為了提高工程自動化監(jiān)控水平，本工程按“無人值班、少人值守”的原則進行計算機自動化監(jiān)控系統(tǒng)設計。

2.2 軸流泵的工作原理及運行管理

2.2.1 軸流泵的工作原理

軸流泵是由懸臂式翼形葉片和輪轂組成。由于這種泵的吸水能力很小，葉輪一般都浸沒在吸水池中，使水流經(jīng)喇叭形的進水管直接進入泵內(nèi)。當電動機通過主軸帶動葉輪旋轉(zhuǎn)時，葉片則推動水體流動，水流在葉片升力的作用下增大了動能和壓能。在葉片的上方還裝置了一組固定導葉，它的作用是順直水流方向，并將水流在流出葉輪后的旋轉(zhuǎn)速度的動能轉(zhuǎn)變成壓能。

軸流泵大多做成單級，多級軸流泵可以提高揚程，但結(jié)構(gòu)復雜而且軸向尺寸也將增大。為了使電動機裝置在吸水池水面以上，軸流泵多采用立式裝置。

2.2.2 水泵的運行管理

水泵運行的要求是安全可靠、高效率、低耗能，在運行管理中應采取下列措施。

（1）嚴格遵守安全操作規(guī)程，做好運行值班工作。

（2）根據(jù)水泵的特性，使機組經(jīng)常在高效率區(qū)運行。

（3）定期進行機組檢修，經(jīng)常進行機組各個部件的檢查維護、發(fā)現(xiàn)問題及時處理，使機組處于良好的技術狀態(tài)。

（4）進行有關技術指標的觀測工作，以便于檢查分析機組的運行狀態(tài)。

2.3 計算機自動化監(jiān)控系統(tǒng)

本工程計算機自動化監(jiān)控系統(tǒng)包括計算機監(jiān)控系統(tǒng)、微機保護系統(tǒng)和圖像監(jiān)視系統(tǒng)三個部分。主要的計算機監(jiān)控、微機保護和圖像監(jiān)視對象如下。

2.3.1 計算機監(jiān)控

本工程計算機監(jiān)控對象包括以下幾方面。

（1）主機組(立式軸流式水泵軸和配套同步電動機)：4臺。

（2）站用電變壓器：2臺。

（3）10kV進線、母聯(lián)斷路器：1臺。

（4）10kV同步電動機控制斷路器：4臺。

（5）10kV變壓器控制斷路器：2臺。

（6）0.4kV進（出）線和勵磁裝置控制斷路器：21臺。

（7）水系統(tǒng)：1套。

（8）油系統(tǒng)：1套。

（9）防洪閘門卷揚式啟閉機：4臺。

（10）清污機：6臺。

（11）其它公用設備。

2.3.2 圖像監(jiān)視對象

本工程圖像監(jiān)視系統(tǒng)的監(jiān)視對象有：檢修閘門、防洪閘、內(nèi)江、外江、清污機、電機層、低電室、高電室、變壓器室、中控室。

2.4 設計原則

總體設計原則是自動控制系統(tǒng)必須實用經(jīng)濟、安全可靠、技術先進、易于維護。

2.5 設計依據(jù)

監(jiān)控系統(tǒng)設計參照以下規(guī)范。

《泵站設計規(guī)范》GB/T50265-97。

《水力發(fā)電廠計算機監(jiān)控系統(tǒng)設計規(guī)定》DL/T5065-1996。

《水電廠計算機監(jiān)控系統(tǒng)基本技術條件》DL/T578-95。

《水力發(fā)電廠自動化設計技術規(guī)范》DL/T5081-1997。

《地區(qū)電網(wǎng)調(diào)度自動化設計技術規(guī)范》DL5002。

3瓜步汛泵站自動化系統(tǒng)的總體方案

本工程的綜合自動化系統(tǒng)將取消常規(guī)控制，采用分層分布式結(jié)構(gòu)，泵站當?shù)鼐O有控制室，監(jiān)視和控制本站設備的運行情況，包括泵組、高壓配電等，利用計算機進行自動化監(jiān)測和控制，實現(xiàn)工程管理的科學化、現(xiàn)代化，提高泵站運行的安全性、可靠性，充分發(fā)揮工程效益，促進管理的現(xiàn)代化。

3.1 系統(tǒng)方案

本泵站的計算機監(jiān)控系統(tǒng)采用分層分布式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，分中控室監(jiān)控級和現(xiàn)地控制級。

中控室監(jiān)控級位于泵站現(xiàn)地控制室，設置2臺操作員工作站兼主機，采用星型100Mbps快速以太網(wǎng)絡網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)通過網(wǎng)絡交換機和PLC聯(lián)系，網(wǎng)絡協(xié)議為的TCP/IP網(wǎng)絡協(xié)議，組成開放的計算機網(wǎng)絡系統(tǒng)，保障數(shù)據(jù)傳送的暢通。主要設備包括2臺操作員工作站兼主機，1臺網(wǎng)絡交換機，1臺打印機，一套UPS電源。

現(xiàn)地控制層為LCU控制柜，監(jiān)控現(xiàn)地各分散的設備，現(xiàn)地設備均配備操作按鈕，當上位機和LCU的通訊中斷時或在檢修試驗時，實現(xiàn)現(xiàn)地開停機操作。

3.2 設備配置

瓜步汛泵站自動化系統(tǒng)的設備主要包括：中控室設備、現(xiàn)地監(jiān)控設備。

3.2.1 中控室設備配置

中控室設備主要包括：操作員工作站、網(wǎng)絡設備、打印機、USP電源設備、運行人員操作臺、軟件。

（1）操作員工作站。

本工程配置2臺操作員工作站，互為熱備，兼系統(tǒng)主機，工作站級微機，操作員工作站功能包括對整個工程計算機自動化監(jiān)控系統(tǒng)的管理，數(shù)據(jù)庫管理，在線或離線計算功能，各種圖表、曲線的生成，事故、故障信號的分析處理。

（2）網(wǎng)絡設備。

中控監(jiān)控層網(wǎng)絡交換機采用進口品牌3COM等的快速以太網(wǎng)交換機，根據(jù)PLC的數(shù)量，選擇16口的交換機。網(wǎng)絡交換速度達到10/100Mbps自適應，能保證數(shù)據(jù)、圖形和語音信息在現(xiàn)地中控室設備以及PLC之間的高速傳輸。現(xiàn)地中控室的這些設備與網(wǎng)絡交換機采用雙絞線連接，保證信號的可靠傳輸。

（3）打印機。

打印機選用進口品牌HP等A3激光打印機，支持高速打印。打印報警、事故和歷史數(shù)據(jù)操作信息等報表。

（4）UPS電源設備。

本方案計算機自動化監(jiān)控實行現(xiàn)地LCU和中控監(jiān)控層設備的集中供電，在中控室配置一套6KVA在線式UPS電源裝置，保證停電后，電池還可為系統(tǒng)提供1個小時的供電。在LCU控制柜由中控室集中供電。

（5）運行人員操作臺。

本系統(tǒng)應與上述硬件設備相應的運行人員操作臺，操作臺由防火板為基本材料，美觀大方，經(jīng)久耐用，顏色和環(huán)境相適應。

（6）軟件。

操作系統(tǒng)用微軟公司的Windows2000、XP。

3.2.2 現(xiàn)地監(jiān)控設備

現(xiàn)地監(jiān)控設備主要包括：PLC、電量檢測儀表、溫度量監(jiān)測、水位測量等。

3.3 系統(tǒng)功能

本系統(tǒng)的主要目標是接受調(diào)度指令，實現(xiàn)泵站自動監(jiān)控，提高泵站安全運行和管理水平，改善管理人員的工作條件。泵站現(xiàn)地監(jiān)控層和中控室監(jiān)控層的主要功能如下。

3.3.1 現(xiàn)地監(jiān)控層LCU功能

現(xiàn)地級監(jiān)控層LCU直接控制和監(jiān)視主設備的運行，在整個系統(tǒng)中，它作為一個智能終端，但也可以作為獨立的裝置單獨運行。

3.3.2 中控室監(jiān)控層功能

中控室監(jiān)控層功能主要有：運行監(jiān)視和事件報警、控制和調(diào)節(jié)、統(tǒng)計報表、通訊功能、人機接口。

3.4 系統(tǒng)性能指標

系統(tǒng)性指標分：實時性；可靠性；可利用率；負載率；可維護性。

3.5 供電方案

用集中供電方案，控制室采用1臺6kVAUPS向現(xiàn)場監(jiān)控室設備和LCU供電。

3.6 防雷和接地

本系統(tǒng)所有的UPS電源交流輸入均增接防雷模塊。所有戶外I/O信號線增接防雷模塊。由高技術設備和精密儀表組成的，均為低壓設備，過高的電流或電壓都會造成系統(tǒng)的損壞，雷電是產(chǎn)生高電流或電壓的最主要的原因之一，防雷是保證系統(tǒng)安全必不可少的措施。

4視頻圖像

4.1 概述

為配合監(jiān)控系統(tǒng)的運行，本工程建立一套對現(xiàn)場進行實時監(jiān)視的視頻圖像系統(tǒng)。本工程圖像監(jiān)視系統(tǒng)的監(jiān)視對象有：檢修閘門、防洪閘、內(nèi)江、外江、清污機、電機層、低電室、高電室、變壓器室、中控室。

4.2 圖像監(jiān)視設計原則

（1）安全性和可靠性：監(jiān)控中心設備具有密碼或口令保護，禁止普通監(jiān)控人員的非法操作，有效地保護數(shù)據(jù)、圖像的可靠性。

（2）操作簡便性：系統(tǒng)采用專業(yè)級視頻監(jiān)控主機控制，利用系統(tǒng)軟件模擬鍵盤控制所有設備，取代以往按鍵和搖桿操作方式，充分體現(xiàn)系統(tǒng)操作上的方便性；具有窗口式表單編程，操作簡單、方便。

（3）靈活性和擴展性：系統(tǒng)具有高度的靈活性和可擴展性，以滿足將來的發(fā)展需要，充分考慮系統(tǒng)將來的擴展，并具有連接靈活的特點。

（4）實用性和先進性：本系統(tǒng)要考慮到系統(tǒng)的實用性和可操作性，而不是設備的高檔和系統(tǒng)的規(guī)模，還要充分利用現(xiàn)有資源，使其效益得到擴展和延續(xù)。

（5）可擴展性及投資保護性：本系統(tǒng)應該考慮到將來系統(tǒng)的擴展，能方便地擴大監(jiān)控的區(qū)域以及與其它系統(tǒng)的互連，使用戶硬件和軟件開發(fā)的投資得到保護。

4.3 圖像監(jiān)視系統(tǒng)配置

本系統(tǒng)是一個集現(xiàn)場監(jiān)視、遠程指揮的高技術、高集成的指揮管理系統(tǒng)，能為提高電排站管理的現(xiàn)代化水平、提高快速反應能力提供一個有效的手段。

全天候?qū)崟r監(jiān)視各區(qū)域一定縱深范圍內(nèi)的現(xiàn)場情況、動態(tài)。使電排站值班人員在中控室即可隨時掌握現(xiàn)場情況，并對突發(fā)事件進行如同身臨其境的“現(xiàn)場”調(diào)度指揮，對加強內(nèi)部管理提供強有力的保證。

系統(tǒng)配置圖像聲音數(shù)字化設備，便于將來實現(xiàn)圖像監(jiān)視系統(tǒng)的遠程控制，使領導利用辦公室計算機或通過電話線在外看到圖像并進行控制。

圖像監(jiān)視系統(tǒng)的監(jiān)視目標：實現(xiàn)對站區(qū)、水閘內(nèi)外江、主廠房、高低壓室、中控室、水閘、清污機等設備運轉(zhuǎn)狀況的監(jiān)視。

系統(tǒng)具備視頻畫面移動報警功能，當有非法進入或緊急情況發(fā)生時，在中控室能夠?qū)崿F(xiàn)自動報警，并進行實時數(shù)字錄像，以方便事后分析。

4.4 系統(tǒng)基本功能

圖像監(jiān)視系統(tǒng)的基本功能有：監(jiān)視功能、信號處理功能、錄像管理功能、錄像回放功能、云鏡控制功能、報警控制功能、網(wǎng)絡傳輸工能、系統(tǒng)管理功能。

5大屏幕顯示系統(tǒng)

隨著自動化和信息技術的飛速發(fā)展，對信息顯示的要求越來越高，其中大屏幕顯示系統(tǒng)作為集中信息顯示的交流平臺，可以將各種監(jiān)控系統(tǒng)的計算機圖、文信息和視頻信號等進行集中顯示，在實時調(diào)度、會商、決策及信息反饋等方面都起到了重要作用。

DLP大屏幕投影顯示系統(tǒng)以系統(tǒng)工程、信息工程、自動化控制等理論為指導，將顯示技術及設備、投影墻拼接技術、多屏圖像處理技術、多路信號切換技術、網(wǎng)絡技術等融合為一體，使整套系統(tǒng)成為一個具有高亮度、高清晰度、高智能化控制、操作方法先進的大屏幕顯示系統(tǒng)，與監(jiān)控系統(tǒng)、指揮調(diào)度系統(tǒng)、網(wǎng)絡通訊系統(tǒng)等子系統(tǒng)集成，形成一套功能完善、技術先進的信息顯示及管理控制平臺。有利于各種應急事件的及時觀察、處理，滿足指揮中心的指揮、調(diào)度、決策功能需求，順應調(diào)度中心管理工作“現(xiàn)代化、信息化、智能化”的發(fā)展要求。

6總結(jié)與展望

6.1 全文總結(jié)

本文圍繞瓜步汛泵站自動化的設計與實現(xiàn)展開研究，描述了瓜步汛泵站的施工概況，自動化系統(tǒng)總體方案，視頻圖像系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能和達到的技術標準。該系統(tǒng)設計合理、功能完善、運行穩(wěn)定可靠，充分利用自動化控制、微機保護、圖像監(jiān)視和計算機網(wǎng)絡、通訊技術，建立先進的自動化監(jiān)視和控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了“遙測、遙信、遙控、遙調(diào)、遙視”，實現(xiàn)了泵站的群控。提高了樞紐工程的安全性、可靠性，充分發(fā)揮了本工程效益，促進工程管理的科學化、現(xiàn)代化。

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