泵站自動化信息系統在提灌項目中的應用

漆淑萍

（天水電氣傳動研究所有限責任公司，甘肅天水741020）

泵站自動化信息系統在提灌項目中的應用

漆淑萍

（天水電氣傳動研究所有限責任公司，甘肅天水741020）

泵站自動化系統在水利及水務事業中具有重要的作用。以電力提灌大型泵站工程為對象，簡述了泵站的發展現狀，從泵站的技術特點、設計因素、數據實時采集管理等方面展望了泵站自動化技術的應用及發展趨勢。

泵站自動化；無人值守；信息管理

1 引言

泵站在水資源的合理分配以及管理中起著至關重要的作用，它的功能是承擔區域性的調水、抗旱、防水、防洪等，在工農業用水及城鄉居民生活用水中有著重要的作用。隨著科學技術的發展，我國大型泵站自動化技術已初步實現了集散控制，并向著測量、控制、管理的一體化、智能化方向發展。

2泵站自動化的發展歷程及趨勢

泵站自動化經歷了半自動化、全自動化、綜合自動化的3個發展階段。

①半自動化:主要特征是泵站機組啟動和停止的最初指令是由人工發出，最后也是由人工去執行控制的最末一個環節，如開機或停機等。是一種開環的控制方式；②全自動化:是靠設備只在前池或出水池的水位繼電器，或設置在進、出水管道上的壓力繼電器控制機組的啟動、停止或進行各種保護。是一種閉環的控制方式；③綜合自動化:從早期的數據采集系統、上位機、下位機的分布式系統到目前較為流行的分層分布式綜合自動化系統。逐步向一種智能化的自動調配方向發展。

近年來，我國的泵站自動化得到了快速的發展，泵站自控技術方案眾多，配套產品也推陳出新。通訊方面有數傳電臺、衛星及GPRS等無線通訊方案；工業以太網、光纖網絡、現場總線、SDH以及串行通訊等技術得以應用；其自控核心系統以PLC為主，還包含國內一些自主研發的通訊管理機以及其他一些集散控制裝置的自動化控制方案；繼電保護方面，采用電力系統常用的線路保護、大型電動機保護及變壓器保護等裝置，產品逐步趨向于智能化發展；得益于技術和產品的更新換代，有些泵站已實現了半自動化，有的泵站控制已達到了少人值守甚至無人值守的自動化水平。

泵站自控技術雖已步入一個自動化的快車道，但也存在一些問題，其一是實際水平達不到設計水平，這種情況的產生主要受限于自動化元器件質量及傳感器的水準等問題；其二是盲目追求技術的先進性，忽視了產品因素和技術的穩定性等，造成了現階段高投資低回報率的資源浪費，也增加了系統維護和升級的技術成本。

3泵站自動化的功能

泵站自動化采用人機界面的交互方式，采用工控行業組態軟件對受控設備進行監視和控制，其最基本的功能是機組控制功能，實現遠程對泵、閥門的狀態監視和啟停；實現對管道壓力、流量、機組電流、高低壓配電柜的電壓、電流、功率等數據的實時監視；實現對各類設備的數據顯示和查詢、狀態報警、數據存儲和傳輸；實現對泵站數據的綜合分析和報表記錄等，以供決策者執行最合理的運行方案；近年來由于視頻產品的更新換代，圖像清晰、視頻傳輸快捷、組網方便靈活的視頻設備大量應用在了地段偏遠、交通相對不便利的泵站區域，泵站控制室管理人員足不出戶就能夠全面掌控設備運行狀態。

4項目案例

電力提灌大型泵站是我國農業水利行業重要的工程設施，是農業灌溉輸供水的來源，電力提灌大型泵站一般由多套泵站機組組成；泵站機組由容量不等的泵組、若干面高低壓控制柜、直流系統、工業電視監控系統、后臺計算機系統等組成。本文以某電力提灌大型泵站項目為例，簡述大型泵站的組成結構以及自動化系統智能信息網絡的發展趨勢。

某電力提灌大型泵站工程由1個控制中心和7個泵站組成，控制中心設置3臺監控主機，1臺視頻監控服務器，1套大屏投影儀，下設7個泵站。一泵站安裝有5臺套泵機組；高低壓配電柜12面，其中高壓配電柜10面，低壓配電柜2面；SCB10-50／10變壓器1臺，泵站自動化監控柜2面，后臺計算機系統1套，直流系統1套，工業電視系統1套。二泵站安裝水泵機組6臺套；安裝高低壓配電柜14面，其中高壓配電柜11面，低壓配電柜3面，SCB10-50／6變壓器1臺，電容補償器2臺，泵站自動化監控柜3面，后臺計算機系統1套，直流系統2套，工業電視系統1套。其余泵站與二號泵配置相同。

單套泵站機組自動化系統由監控層、數據交換層、硬件控制層3部分組成。

監控層:由監控站、工程師站、視頻監控站、GPS衛星時鐘系統組成；

數據交換層:2光口多電口交換機，預留去調度中心數據接口；

現地測控層:由高低壓配電柜，PLC控制柜，視頻監控柜等組成。

單套泵站機組自動化系統如圖1所示，控制中心自動化信息集控系統如圖2所示。

圖1單套泵站機組自動化控制系統

分級泵站交換機通過光纖或無線網絡將數據傳送至集控中心核心網絡交換機上，集控中心可實時監視泵站設備的運行狀態，并且還可通過視頻監控電腦查看泵站的現場工況，通過管理用戶授權，可將分級系統權限授予集控權限，分級泵站運行可有集控中心監控管理，配合視頻監控系統，實現分級泵站的少人值守或無人值守模式。

圖2控制中心自動化信息集控系統

該工程案例中，自控核心硬件采用S7-300 PLC系統產品，現場總線采用Profibus DP，并配備Profinet與上層網絡對接，配備Modbus現場總線提供現場儀表或其他支持Modbus協議設備的接入。高低壓控制柜則采用了具備通訊功能的智能化綜合保護裝置和智能馬達等設備，系統可便捷快速地采集高低壓配電柜的數據。

在分級泵站與控制中心的通訊網絡方面，根據具體現場情況分布采用了公網專線系統和VPN專網混合的方式布置。

在控制中心，調度人員可以全局掌握總供水量、總耗電量、噸水耗電等數據；掌握每個泵站的總耗電量、供電電流、供電電壓、水泵投運狀態、水泵啟停狀態、水泵的工作電流電壓、水泵的電能、提水量、噸水耗電量；隨時掌握分級泵站信息，變電站供電電流、電壓、電能等信息，據此可對各泵站發出合理的調度指令。

5自動化信息系統的特點

本工程案例中，自動化控制系統由5部分組成:①中控調度中心數據采集及控制系；②現場LCU控制系統；③自動化儀表系統；④微機繼電保護及電力參數采集系統；⑤多媒體電視監控系統。這5部分分別負責數據采集與處理、安全運行和監視、系統的控制和調節等功能。

本工程案例中應用PLC、工業自動化組態技術、傳感器、網絡通信、計算機等技術，完成遠程監控、數據共享、信息遠傳瀏覽等功能，實現泵站設備狀態和參數的自動檢測，在現地、控制室及遠程都能對系統設備進行監控，并有故障應急處理能力。

由于系統接入網環境復雜且對帶寬要求高，系統網絡采用光纖環網方式構建各現地泵站局域網，并利用MSAP（多業務接入平臺，Multi-Service Access Platform）技術，實現各現地測控單元、現地泵站管理中心和遠程泵站調度與信息管理中心通信，最終實現所有現地數據信息匯聚至遠程泵站調度與信息管理中心。由于現地泵站數目眾多且地理位置分布范圍較廣，因此系統采用分層式結構，按功能分為監控層、數據處理層、現地測控層3層。泵站現地測控層主要利用PLC、傳感器等設備完成各現地泵站數據的采集、處理，通過系統網絡將數據按照一定的格式存儲在數據處理層中的數據服務器內，并為監督控制層提供數據源，最終達到系統數據共享、信息遠傳的目的。最后，為了保障泵站安全可靠的運行，提高泵站的管理水平，系統不僅在每個現地泵站管理中心設置了基于C／S模式的現地泵站管理系統，而且在泵站調度與信息管理中心設置了基于B／S架構的泵站信息管理系統的Web服務器。基于B／S架構的泵站信息管理系統借助asp.net、ado.net等技術，與遠程數據庫的連接，實現頁面動態顯示各現地泵站設備的運行狀態、水情、報警等信息，查詢水情及報警等的歷史信息，報表顯示及打印等功能，達到了所有泵站集中監視、控制、管理的目的。系統用戶只需用瀏覽器訪問泵站信息管理系統的Web服務器，即可遠程監控系統所有泵站機組等設備的運行狀態，了解泵站狀態、報警等信息。

控制中心對各分級泵站數據和視頻數據集中統一管理，形成能效報表，幫助管理決策者對分級泵站系統的合理資源調配，實現廣義上的少人值守及無人值守。并通過對故障信息的采集，分析診斷系統的狀況，及時做出合理的響應。

泵站自動化信息管理系統功能的完善，不僅能保證泵站可靠地運行，而且可以降低泵站的運行成本以及工作人員的勞動強度，全面地提高泵站的運行效率和管理水平。

6泵站自動化設計中需要注意的因素

泵站自動化設計中需要正確處理測量、控制和保護之間的關系。泵站自動化設計最難的并非是自動化的技術本身，而是能更合理地將現有的自動化技術應用在泵站設計中。在設計過程中應考慮以下因素。

6.1地理因素

泵站往往分布在地理環境偏遠、多水、多雨地區，地質環境比較復雜，故此在自動化設計上需要充分考慮當地的地質情況，因地制宜。其次是泵站的日常運營，設計初期應該充分考量當地的用水特點，設計出適合當地使用的泵站，即合理的設計泵站機組的容量，泵站流量、揚程等，以便充分發揮泵站效率。

6.2通訊因素

本案例中，分級泵站距離調度中心距離及布置特點不一，根據每個泵站的特點，設計了多種與調度中心通訊的方案，使方案的合理性和穩定安全性最大化。

6.3分層控制因素

每個泵站自動化系統自成一體，又由若干獨立的小控制單元組成，這些獨立的小單元按照一定順序連接起來組成了一個整體。泵站自動化的此控制單元設計，需要合理地設計各環節層次，確保各單元分工明確，才能更高效地運行系統。本案例中，泵站的電機層、水泵層、高低壓檢測層、視頻監控層各自獨立但又互相銜接或嵌套組成一個完整的泵站自控系統。

6.4兼容性和擴展性因素

泵站自動化的發展隨著科技的進步，在不斷的改進和優化，從大方向上而言，泵組內的絕大部分設備已經實現了自動化運行，但是也有一部分設備因為設備自身的特點而未形成自動化。這就需要在設備組裝環節，考慮未實現自動化的單元或設備的兼容性和擴展性，在將來不存在自動化發展的阻礙。這也體現出了分層分單元控制的好處。

6.5經濟因素

泵站的平穩安全運行關系調配水的效率質量，同時泵站的運營時間往往很長，一些早期的泵站如今依然在運作，所以在泵站引進新技術新設備的時候一定要考慮技術的前瞻性和穩定性，而不是一味地追求最新最好。自動化系統設備的投入需要大量資金，投資的回收周期比較長，因此在引進過程中要充分考慮市場的動態需要，使之在穩定、經濟運行的基礎上實現利益的最大化，盲目的投入只會帶來資源的浪費。

7結束語

綜上所述，泵站自動化綜合信息系統的發展，為水利工程資源的合理調配和使用方便帶來了極大的貢獻，隨著相關配套電子自動化技術和電氣產品的升級換代，我國泵站自動化技術已向著測量、控制、管理的一體化、智能化方向發展。

［1］匡正.大型泵站自動化控制系統組成及管理，2013.

［2］泵站綜合自動化控制系統方案，2014.

［3］某電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，漢族，工程師，1994年畢業于甘肅工業大學，現就職于天水電氣傳動研究所有限責任公司，從事自動化設計與調試工作。

2016-05-15

1005—7277（2016）04—0039—04