打漁張泵站計算機監控系統設計及應用

賈振波

(山東省調水工程運行維護中心濱州分中心，山東 濱州 256600)

1 泵站概況

山東省引黃濟青工程打漁張泵站是引黃濟青改擴建工程新建的泵站，泵站樞紐位于濱州市博興縣打漁張引黃閘下游，引黃閘位于濱州市博興縣王旺莊險工段下游的黃河右岸，是引黃濟青改擴建工程的一個主要組成部分，建成后將為引黃濟青工程的渠首泵站，泵站設計流量為36m3/s，設計揚程6.42m，泵站設5臺900kW的10kV同步電動機，總裝機容量4500kW。泵站供電為雙回專線，由電力系統變電站架設兩路35KV單回路線路至泵站。專用變電站設有35kV/10kV，3150kVA變壓器干式變壓器2臺。設備應考慮防塵措施，應采用密封機柜和帶過濾器的通風孔。現場范圍內有35kV變電站，有35kV架空線路和10kV架空線路，機組配套電機功率為900kW，電壓為10kV，采用直接啟動方式，承包人應確保設備在此環境下安全運行。所有系統設備應能適應泵站的特殊環境。

結合打漁張泵站實際情況，其計算機監測系統應當采用星形光纖單網結構[1]，且按照開放式分層分布式結構布置，其監測系統結構詳見圖1。

圖1 打漁張泵站計算機監控系統結構

構成打漁張泵站計算機監控系統的9個模塊全部通過網絡連接，并構成整體，且劃分為遠程調度層、監控層和現地層三個層級[2]。遠程調度層設置在水利廳調度中心內部，主要通過工程管理處監測泵站和水閘實時運行狀態并下達調度命令。監控層則設置在泵站中心控制室，在監控泵站運行的過程中采集運行數據形成報表，監控層是泵站計算機監控系統的核心層?，F地層則設置在設備處，主要進行現地設備的自動監控。

2 泵站計算機監控系統設計

2.1 系統模塊設計

泵站監控層模塊是泵站監控系統的核心所在，主要承擔泵站日常運行過程的監控、數據收集及存儲、匯總打印、通信調度等核心功能。水力監測模塊主要負責控制系統數據的輸入與輸出管理，該模塊的設計及運行必須具備穩定可靠屬性，其動態和靜態運行均需達到自動化控制系統運行的基本要求。打漁張泵站計算機監控系統水力監測模塊監測項目主要有泵站池水位、攔污柵水位、虹吸管真空度、拍門位置、水泵壓力、機組轉速及流量、油壓、油位、設備運行溫度等。

打漁張泵站采用直流勵磁模塊，所使用的控制系統為單片機核心勵磁自動調控系統。泵站機組LCU模塊包括PLC、微機保護裝置、巡回溫度監測器、測量儀表及繼電器等部分。泵站公用LCU模塊主要針對主變、電源系統、進線開關等進行監控，為提升對各監控對象的監控管理效率，針對各個模塊分別配備PLC，所收集到的監測數據也傳送至LCU現地站，經現地站中轉后傳送至控制中心，并由其直接通過LCU對各監測對象實施控制。

輔助設備LCU模塊主要以打漁張泵站油壓、氣水系統、抽真空系統等輔助設備為監控對象，并針對每套輔助設備配備1套獨立運行的PLC系統，各系統將所接收的輔助設備運行狀態、電源狀況等參數數據傳輸至現地站，由其中轉后再傳送至控制中心，控制中心在分析數據并掌握各輔助系統運行情況后展開控制。

2.2 系統軟件設計

泵站控制系統應有適當的控制終端，且本工程系統控制終端是大屏幕系統的操作維護中心，通過它對系統進行全面管理，并可對單個顯示單元進行操作維護：對顯示單元的圖形拼接、整體亮度、對比度等參數進行整體性操控與設置，并對輸入系統的所有信號展開管理性操作，運用控制系統調度和設置屏幕上的視頻圖像、計算機圖像及網絡圖像。本泵站計算機監控終端還需管理屏幕系統故障、性能、配置及安全。為此，對控制系統本身的穩定性和可靠性有較高要求，控制系統的關鍵部件還應采取保護性方案，確保整個監控系統的正常運轉。打漁張泵站計算機控制監控系統具有圖像顯示，設備參數、趨勢圖及歷史數據存儲，繼電保護及報表打印等多項功能。

1)圖像顯示。打漁張泵站液晶拼接顯示系統由2×3塊55″LCD超窄邊液晶顯示器、高清數字矩陣、雙基色LED顯示屏、視頻解碼器和1臺控制計算機等主要部件組成，系統運行過程圖像實時顯示是該監控系統運行的主界面，同時顯示各主要監測點的軸瓦溫度、閥門開度、電機轉速、水泵流量及池水位等相關參數。

2)設備參數及趨勢

打漁張泵站計算機監控系統的監控結果主要按照電機、水泵等物理設備形態及電機參數、水泵參數和電氣參數等分頁顯示，以方便使用者進行各物理設備參數的瀏覽。

趨勢圖主要包括電機瓦溫、轉子溫度、定子溫度、水泵瓦溫、電流等參數，為方便參數變動趨勢的分析，系統會在實時監測的基礎上給出泵站運行趨勢圖，通過趨勢曲線變化進行各項指標變動趨勢的對比分析。

3)光纖以太環網結構

為提升網絡通訊的實時性與可靠性，打漁張泵站計算機監控系統采用基于工業交換機的光纖以太環網結構[3]。該結構主要通過對等網實現信息連接與傳輸，網上PLC站、主控機等節點均通過對等方式進行信息交換，任何節點設備故障并不影響通信網絡的正常運行。傳統的以服務器為網絡數據中心的結構下，各節點設備信息的交換均通過服務器數據庫實現，導致服務器工作負荷較重，且不利于系統可靠運行和數據處理效率的提升，而打漁張泵站所采用的基于工業交換機的光纖以太環網結構比服務器作為網絡數據中心的傳統結構效率更高。

工業機快速光纖交換機的應用使監控系統實時性與可靠性進一步提升。與商業交換機相比，工業交換機在端口設置、對分布式網絡的適應性、工控的實時性、數據傳輸管理的時效性等方面根據優勢，兩者性能的比較詳見表1。

表1 工業交換機和商業交換機性能比較

3 泵站計算機監控系統的應用

打漁張泵站計算機監控系統總線網由10臺南京DY公司生產的EF系列智能前端機和2臺工控機組成，以實現對泵站運行過程的監控，其中1臺工控機和另一臺位于站長室的工控機組成10Mpbs局域網，該總線網數據傳輸速率高、可靠，并以屏蔽雙絞電纜為通訊介質，通訊速率高達1.25Mpbs。泵站系統軟件采用的是二次開發的“組態王”工控組態軟件，可在Windows98等系統下運行。該監控系統除進行機組及泵站運行常規性參數監測外，還能實施對低壓力、小流量管道油示流、大位移平板閘門開度、含沙池液位等數據的采集，并進行φ1600及以上大管徑流量的在線監測，自動控制機組及集水井、潤滑油等輔助系統的運行。

為保證泵站計算機監控系統的正常運行，必須為其設備提供380V±10%、50Hz±2%三相交流、中性點接地以及220V±10%、50Hz±2%單相交流的不間斷電源。打漁張泵站計算機監控系統自2019年10月投運至今，性能可靠穩定，操作方便，功能強大，并在2020年的春灌中事先發現并處理了泵站運行的潛在事故隱患，為機組的安全可靠運行提供了保證。

4 結 論

打漁張泵站計算機監控系統采用10Mpbs的局域以太網、交換進網絡設備及光纖通訊介質，泵站控制室不設置常規控制，實現了泵站運行相關信息的有效集成，系統組網運行及維護靈活方便，并具有可擴展性和可升級性，其大型模擬屏和數字圖像監控系統為泵站無人值班的高效運行創造了條件。