大型泵站自動化監控系統研究

孟翼 雷淼

摘 要：文章以渭南市關中東部大型電力提灌灌區東雷抽黃工程管理中心高明三級泵站為例，介紹了該泵站所改造的泵站自動化監控系統，對該系統的各個設備及功能進行了詳細介紹，并闡述了該系統與泵站機電設備的連接方式，最后再對泵站自動化系統的管理提出幾點看法，以期能為泵站建設提供一些參考。

關鍵詞：大型泵站;改造;自動化監控;現代化灌區;管理

中圖分類號：TU9;TV1 文獻標識碼：A 文章編號：1674-1064（2020）11-019-02

DOI：10.12310/j.issn.1674-1064.2020.11.010

我中心的泵站改造項目計劃改造大中型泵站21座，現已基本實施完成。主要的改造內容有：泵站主體建筑物、水力機械設備、電氣設備和金屬結構等，另外新增泵站自動化監控系統、測流設備和電動清污機等。其中的自動化監控系統采用單獨招標的方式進行，由專門的自動化公司負責設計、施工以及后續的調試工作，以下就以我中心已經完成改造并投入使用的高明三級泵站為例，對該泵站的自動化監控系統進行總體介紹，并對該泵站在自動化系統管理中的一些問題進行探討。

1 高明三級泵站簡介

東雷抽黃高明三級泵站位于陜西省關中東部大荔縣境內西高明村塬下，是東雷抽黃工程管理中心南烏牛系統的咽喉泵站，承擔著高西、高北兩系統的供水任務。灌溉大荔、合陽、澄城、蒲城四縣37.66萬畝地，本級灌溉面積為11.86萬畝。泵站于1982年竣工并投入灌溉供水，泵站原裝臥式離心泵機組20臺，總裝機容量為14 430kW，總流量為14.29m3/s。

該泵站于2016年進行了全面改造并于2017年春灌投入使用，改造后的高明三級站機房進行了遷址重建，位于原機房以南。改造后的泵站安裝水泵機組11臺，總裝機容量為14 000kW，總流量為15.65m3/s。站內建有35kV變電站1座，安裝主變2臺，站用變3臺，總容量20 960kVA。改造后的泵站為全淹沒式機組，并且增設了自動化監控系統、電磁流量計和電動清污機，并配備了16/3.2T電動雙梁桁車作為起重設備。

2 高明三級泵站自動化監控系統的結構、功能和組成

高明三級泵站自動化監控系統主要包括計算機監控系統（以PLC為核心的控制和監視系統）、視頻監控系統以及安防系統，三個系統相互獨立又互相配合。以下對三個系統分別做出詳細介紹。

2.1 泵站計算機監控系統

計算機監控系統是泵站的控制核心，其主要功能是對整個泵站所有的水機和電氣設備進行自動控制和監視。高明泵站計算機監控系統由機組LCU（現地控制單元）、公用LCU、前閘LCU、網絡通訊及電源屏以及后臺控制系統等組成。

機組LCU共裝11臺落地式屏柜，放在機旁，同機組勵磁柜、機旁電源柜在一排，用于對11臺機組進行現地控制和監視，并可通過通訊模塊與后臺連接，在后臺電腦終端對機組進行控制和監視。每臺機組LCU柜內均裝各種PLC模塊（可編程控制器），用于現場設備數據的采樣和處理，主要包括：CPU模塊、開關量輸入輸出模塊、模擬量模塊、通訊模塊等，另外還有DC24V開關電源、溫度巡檢儀、觸摸屏等設備。此外，裝于現場用于控制和采樣的設備還有：清水、真空電動閥，清水、真空示流器，出口壓力傳感器，前池超聲波液位計，水泵軸承、電機軸承、電機定子測溫電阻等，這些設備都采用機組LCU提供的電源供電，并通過屏蔽信號線與機組LCU的各個模塊進行連接，通過機組LCU柜屏面上布置的小型觸摸屏，可以對機組的運行溫度、壓力大小、電氣參數等進行實時查看，并可以對進出口蝶閥、同步電動機風機等進行現場控制，同時還可以通過現場的轉換開關切換至后臺電腦進行遠程控制。

公用LCU裝兩面落地式屏柜，放置于中控室旁的二次盤柜室，其柜內配置與機組LCU基本相同，另外裝于現場的設備主要有清水總管電動閥、清水總管流量計、清水池超聲波液位計、沉淀池至清水池電動閥、集水井超聲波液位計、出水池液位計等。這些現場設備都分布在各個地方，設備電源都來自于公用LCU屏，并通過屏蔽信號線與公用LCU柜的各個模塊相連接，通過公用LCU屏面上的小觸摸屏可以對各個現場設備如清水池液位、集水井液位、出水池液位進行查看，并可以對各個現場電動閥進行遠程控制。公用LCU柜通過網絡通訊線連接至網絡通訊屏再與后臺計算機連接，可以在中控室的后臺電腦上對各個現場設備進行監視及控制。

前閘LCU裝一面落地式屏柜，放置于泵站進水閘啟閉機房內，其柜內配置也與機組LCU基本相同，裝于現場的設備有清污機前、后超聲波液位計共3臺。通過前閘LUC屏面上裝的小觸摸屏可以對兩臺總進水閘啟閉機進行現場控制和開度查看，并可以對兩臺電動清污機進行現場控制及狀態查看，也可以通過清污機前后的液位差實現對兩臺清污機的自動控制。前閘LCU距離泵站中控室較遠，通訊是通過8芯光纜連接至網絡通訊屏再與后臺計算機連接，以在中控室電腦上對各個設備進行監視及控制。

網絡通訊及電源屏為一面落地式屏柜，裝于二次盤室，內裝網絡交換機、UPS不間斷電源裝置、GPS衛星對時裝置等設備。其中網絡交換機可以說是現場LCU與電腦后臺控制系統的連接設備，所有LUC柜的網線、光纜（通過光纖收發器將光信號轉換為電信號）都連接至網絡交換機，再與后臺監控系統連接從而實現對泵站設備的監控;UPS不間斷電源裝置用于給各個現場LUC柜供電以及視頻監控系統供電，用于保證在泵站失電的情況下自動化監控系統也可以短時間工作;GPS衛星對時裝置可以使各個現場設備的時間能夠統一起來，從而使機組操作、故障查詢等能有一個統一的時間基礎。

自動化后臺控制系統位于泵站中控制室，設標準操作臺三臺、工控機電腦兩臺、LED大屏幕一面。其中，操作臺用于放置顯示器，并配套值班椅，作為值班人員運行期間對泵站進行監視的核心位置;兩臺工控機為一用一備，通過網絡通訊線與各現場LCU進行連接，根據泵站實際現場設計模擬畫面，可以在機組運行時實時顯示各處的數據以及設備的狀態，并可以在模擬畫面上直接對設備進行遠程控制以及按照預設程序進行自動控制。后臺監控系統還設計有音響信號，可以實時以語音形式發送設備的狀態或故障的部位等，可以給值班人員一個直觀的音響提醒。

2.2 泵站視頻監控系統

高明泵站視頻監控系統共安裝室內外高清球機攝像頭24套，其中室內16套、室外8套，分別布置在進水閘、前池、機房前后、機房內（主機房、高低壓室、二次盤室、中控室、樓道）、變電站、清水池、出水池、生活區等。視頻監控系統安裝兩臺硬盤錄像機和兩臺顯示器放置在中控室值班操作臺上，還有一面視頻監控屏放置在二次盤室。視頻監控屏主要給各個攝像頭提供電源和網線匯總，其電源接至UPS電源，攝像頭全部為網絡攝像頭，距離在80m以內的直接通過網線連接至視頻監控屏內的網絡交換機，距離超過80m的則通過光纜進行連接，以保證網絡信號。

2.3 泵站安防系統

泵站安防系統主要包括煙感報警系統和侵入式紅外報警系統，煙感報警系統主要由裝于主機房頂和副機房頂上的煙感傳感器和聲光報警器組成，可以在泵站發生事故火災的情況下發出聲光報警，提醒值班人員進行處理;侵入式紅外報警系統主要由裝于各個向外的門、窗上的紅外探測器和聲光報警器以及中控布防器組成，可以在泵站停運期間有人進入機房區域時發出聲光報警，從而保證機房安全。

3 高明泵站自動化監控系統的運行現狀與管理思考

高明泵站自動化監控系統已全部安裝調試完成并投入使用有一段時間，目前泵站自動化設備運行狀況良好，該套系統基本是對原有泵站運行的一種革新。以往，泵站運行工也在中控室上班，不過面對的是控制臺、保護屏、直流柜、高低壓柜等生硬的設備，只能看到機組的基本運行情況，而像運行溫度、水位、閘閥開度等只能到現場進行查看抄表;而現在，泵站運行工上班時面對的是幾臺電腦顯示器和墻上的大屏幕，在顯示器上可以通過圖形化界面直觀地看到泵站運行設備的各個數據和狀態，現在運行記錄上需要抄的數據都可以在電腦上看到，系統也可以自動生成運行報表。而且，通過分布在機房內外的各個全方位攝像頭，運行人員可以看到泵站的各個角落，相當于多了幾雙眼睛，而且還可以對以前的事件進行回放;安防報警系統則可以大大增加泵站的安全性，提高泵站的技防水平。

但是，該套泵站自動化系統也不盡完善，也有些問題，主要有：

有些現場設備受到介質等條件的影響而工作不穩定，造成自動控制問題較多，比如清水、真空示流器和水泵出口壓力傳感器，因黃河水泥沙雜質較多，造成工作不穩定，致使自動化開機程序無法進行下去，就只能改成手動操作。

有些水機設備和電氣設備同自動化系統的通訊連接有問題，比如進出水閥就沒有配套開度顯示器，所以導致自動化系統也無法顯示進出水閥的開度，還有高低壓柜及勵磁柜的通訊需要廠家來人進行現場調試，并與自動化系統銜接才能正常工作。

泵站運行工對自動化系統的操作接受還需要一個過程，具體表現為年長工人使用的熱情不高甚至有抵觸心理，年輕工人也不愿意多鉆研，自動化出現問題只會匯報或放棄不用，而不會去主動學習解決問題。特別是軟件系統的問題，也沒有專業人員進行處理，很小的問題也只能求助自動化公司解決，所以造成管理上的一些問題。

針對以上問題，泵站也在積極處理與改進中，主要是加強全員的自動化知識培訓，配備專職的自動化設備管理員，加強與主管科室和自動化公司的溝通，鼓勵泵站運行工多使用自動化設備，出現問題積極處理，盡量發揮自動化設備的作用。目前，我中心正在建設以節水、生態、智慧、和諧為理念的“四個灌區”和現代化灌區，泵站自動化監控系統是建設智慧灌區的基礎設施，是灌區高質量發展的必由之路，我中心將繼續加強泵站自動化監控系統的建設和管理，推進現代化灌區建設，更好地為灌區人民服務。