龍頭山泵站綜合自動化系統的物聯網應用

劉延輝

（江西省水利水電建設有限公司，330200，南昌）

龍頭山泵站綜合自動化系統的物聯網應用

劉延輝

（江西省水利水電建設有限公司，330200，南昌）

以江西省豐城市城西防洪工程龍頭山泵站綜合自動化系統物聯網應用為例，分析該系統在實現泵站的數據采集監測、控制、通信等功能的過程中，如何將物聯網與泵站相關專業技術融合，通過運用物聯網全面感知信息、可靠傳遞信息、智能處理信息的特性設計，進一步提高泵站自動化管理水平等。

物聯網系統；綜合自動化；龍頭山泵站

隨著物聯網射頻識別（RFID）、傳感器、通信網絡、數據及應用服務等技術的成熟和普及，物聯網技術除了消費類應用之外也廣泛應用到工業控制領域，更好地實現了工業信息化融合。

江西省豐城市城西防洪工程龍頭山泵站綜合自動化系統中應用了物聯網技術、RFID技術、智能傳感技術等，智能設備完成了對現場數據采集測量、狀態監測、遠程控制和調節等功能，通過設計一套集以上功能于一體的、開放的智能解決方案，實現了龍頭山泵站自動化控制安全可靠、高效地運行。

一、物聯網系統構成

物聯網，即IOT（Internet of Things），是通過信息傳感設備，按約定的協議，實時采集任何需要監控、連接、互動的物體或過程等各種信息，利用互聯網進行信息交換和通信，以實現智能化識別、定位、數據管理分析、監控和管理的一種巨大的網絡。其功能特征是全面感知信息、可靠傳遞信息和智能處理信息，以實現對物體實施智能化控制與管理。

構成物聯網產業的5個層級分別為：支撐層、感知層、傳輸層、平臺層、應用層。具體到泵站自動化控制系統應用技術架構上來說主要分為3層（見圖1）：一是感知層，包括攝像頭、溫度、流量、液位傳感器、變頻器、PLC以及傳感器網關，主要功能是采集信息、識別物體的狀態；二是網絡層，負責傳遞和處理感知層獲取的數據和信息，具體到泵站是由各種現地網絡、互聯網、管理系統、數據平臺等組成，網絡由有線和無線網絡相結合，現地數據交換量較大，對于布線方便的對象采用光纖、以太網等方式，對于布線難度較大、成本高、數據通信實時性和可靠性要求較低的對象采用無線物聯網模塊通信；三是應用層，是物聯網與用戶的接口，與系統需求相結合以實現智能應用。

二、物聯網在泵站綜合自動化系統應用中的關鍵技術

1.傳感器技術

在泵站綜合自動化系統中，分布感知的數據包括電氣量、電機軸瓦溫度、電機振動、氣壓、油壓、閘門閥門位置、水位、流量、降雨量、攝像頭、RFID標簽以及其他傳感器和輔助設備的數據和狀態信息，這些個體設備的數據和集散系統的數據都集中到統一的數據平臺上，傳感器采用標準通用的設備。傳感器分布在泵站內或者泵站周邊的范圍內，通過無線或者光纖與各子通信網關進行通信。

圖1　物聯網系統組成結構圖

2.網絡通信技術

網絡通信由有線和無線網絡相結合。遠距離通信主要采用GPRS/ UTMS，近距離通信主要采用802.11b/ g/n或者光纖網絡。其中現地通信采用以太網連接，遠距離通信主要采用光纖或者無線GPRS/UTMS。這些通信方式布局方便，通信速率高，技術成熟可靠，非常適用于泵站自動化控制。

3.數據服務與智能技術

基于物聯網的綜合自動化系統由大量的傳感節點網構成，在對系統信息的感知過程中會產生大量的冗余信息，把每個節點的數據全部傳輸到匯聚節點的方法會占用大量系統資源，降低信息收集的效率，影響信息采集的實時性，因此要對數據進行整合和智能處理。所謂數據整合是指將多種數據或信息進行處理，組合出高性能且符合不同用戶需求的數據，該應用智能技術的數據服務過程建立在高效的軟件應用基礎上，利用軟件對物聯網的各種數據和信息進行存儲與快速處理，并將處理結果實時地反饋給系統的各種執行節點。該服務過程實現了物聯網中物體主動或被動與用戶的有效溝通，使物體具備了一定的智能性。

三、龍頭山泵站應用物聯網的泵站綜合自動化系統

1.龍頭山泵站基本情況

龍頭山泵站裝機4臺，單泵設計流量6.13m3/s，配套630 kW同步電動機，屬于江西省豐城市城市防洪綜合整治工程。當贛江水位低于堤內水位時，內澇通過排澇閘排入贛江；當贛江水位高于堤內水位且發生內澇時，利用水泵機組抽排內澇水排入贛江。采用自排與提排相結合的方式，解決大堤區域內澇問題。新建設的龍頭山泵站綜合自動化系統由泵站計算機監控系統、直流電源系統、工業電視系統、火災報警系統等子系統組成，可以實現實時在線監測、遠程控制、視頻監控、安全防范、報警聯動、遠程維護、WEB發布、自動生成報表、趨勢分析、調度指揮和控制等功能，可以達到無人值班的目標。

2.系統主要功能

龍頭山泵站綜合自動化系統功能主要體現在數據和信息的采集分析與處理、運行監視和報警、調節與控制、遠程通信方面。基于物聯網設計的泵站綜合自動化系統通過軟件和硬件產品配置，能全面實現泵站“無人值班，少人值守”和綜合優化調度的管理原則。數據采集分析與處理的數據包括各電氣設備電壓、電流、功率、頻率、電度等電氣量，泵站內電機、閘門及其他輔機設備的運行狀態開關量和模擬量，泵站內主要對象關鍵點的視頻圖像數據，泵站溫度濕度、降水量等與優化運行相關的環境數據，自動化元件以及傳感器本身的工作狀態信息等。系統通過對這些感知數據的存儲和分析計算得出處理結果并反饋給控制和調節等執行節點。系統的執行節點根據對數據統一分析計算處理反饋的結果進行綜合優化的調節與控制。

3.系統主要結構和功能

基于物聯網的龍頭山泵站綜合自動化系統在結構設計時綜合考慮設備分布、類型、成本等因素，采用光纖網絡通信，結構示意見圖2。

①主控級設備包含兩臺操作員工作站（兼作主機，互為冗余熱備用）作為泵站的控制中樞，一臺遠動工作站與調度部門通信，一套短信報警服務系統，一臺網絡打印機，一臺網絡交換機，一套GPS衛星時鐘，一套UPS等。

②現地控制級設備包含水泵機組現地控制單元（LCU）、全站公共設備LCU、輔機控制盤、水泵檢修閘門控制箱（移動臺車，控制箱由機械廠家配套）、出口事故檢修閘門控制箱、技術供水水泵控制箱、檢修排水水泵控制箱和濾水器控制箱、技術供水電動閥控制箱、檢修排水控制箱、清污機控制柜、風機控制箱等。設備通過光纖或無線網絡與主控級設備進行通信。

③系統控制方式分遠方、集中、現地3級控制，可以進行切換。遠方控制統一由水務局管理調度中心操作，集中控制是在泵站中控室的操作員工作站上操作，現地控制指在現場LCU上操作。

④泵站監控系統上位機通過現地LCU控制單元采集來自生產過程設備（水泵、閘門、CT、PT、配電裝置保護、直流系統、站用電系統、計量系統、鉑電阻等）的模擬量、數字量、脈沖量、溫度等。對所采集的輸入量進行數字濾波、有效性檢查、工程值轉換、故障判斷、信號接點抖動消除、抗干擾等數據處理，從而產生出可供應用的I、U、P、Q、COSφ等實時數據，供數據庫更新。形成分布式的數據庫結構在LCU控制單元中保留本地處理的各種實時數據。

圖2　系統結構示意圖

⑤通過對實時數據進行統計、分析、計算，產生電壓合格率、負荷率、數字輸入狀態量邏輯運算值、設備正常/異常變位次數等。

⑥軟件通過報告、圖形等形式反應并記錄全部設備的位置狀態、變位信息，保護設備動作及復歸信息，直流站用電系統的信息，各測量值的實時數據，各種告警信息，監控系統狀態信息。

⑦調度和遠程工作站經過軟件后可以對泵站開停機等變門控制進行直接操作。

⑧工業電視系統和火災報警系統可以通過遠程客戶端直接進行訪問，用戶可以通過PC或者手機實時監視圖像及告警信息等。

四、結語

運用物聯網技術與傳統泵站綜合自動化系統相結合能夠充分發揮物聯網全面、可靠、智能等優勢，增強泵站監測控制和信息化功能，使計算機監控、視頻監控、水情調度等系統更緊密地結合，進一步提高泵站的自動化管理水平，從而能夠達到無人值班、少人值守，節約人力資源，降低人工成本等目的。■

［1］馬愛民，胡玥明，王冠宇.物聯網技術在工業自動化中的應用與研究［J］.自動化技術與應用，2013（6）.

［2］楊庚，許建，陳偉，等.物聯網安全特征與關鍵技術［J］.南京郵電大學學報（自然科學版），2010（4）.

責任編輯安天杭

Application of Internet of Things for integrated automation system in Longtoushan Pumping Station

Liu Yanhui

Key technologies related to formation of internet of things as well as pumping station automation system are introduced.Taking Longtoushan Pumping Station as an example，introductions aremade on how to integrate internet of things with special technologies of pumping stations so as to realize datamonitoring，control and communication.It is possible of enhancing automationmanagementof pumping station through special design of internet of things in terms of comprehensive sensory information，reliable information transferand intelligent treatment.

Internet of Things；integrated automation；Longtoushan Pumping Station

TN929.5+TV

B

1000-1123（2016）13-0037-03

2016-05-17

劉延輝，工程師。