辛莊泵站計算機監控系統改造研究

王志平

（山東省調水工程運行維護中心招遠管理站 山東省招遠市 265400）

1 引言

針對我國水資源有南北分配不均的特點，泵站作為水利工程組成部分，在解決洪澇、干旱、水資源環境日益惡化等當今社會面臨的眾多問題中占據至關重要的地位，特別是大中型泵站，承擔著發電、灌溉、跨流域供水和改善下游通航條件的重任，因此需要建立高效穩定的泵站計算機監控系統，保證泵站的平穩運行[1]。

山東調水辛莊泵站有8 臺機組，單臺機組功率為1400kW。截止當前，整套控制系統以及監控系統已經運用了十幾年，系統各模塊均存在不同損耗，導致系統的可靠性以及穩定性存在一定程度的影響，偶爾存在系統上傳信息不完整等現象，因此，對整個泵站的運行狀態進行全面監測，保證系統的穩定可靠運行，是目前山東調水辛莊泵站亟待解決的一大問題。

2 泵站計算機監控系統的一般結構介紹

通常情況下，當前的泵站計算機監控系統主要包括泵站控制層、現地層及網絡傳輸層幾大部分。

2.1 泵站控制層

泵站控制層是整個泵站計算機監控系統最為重要的一級，通常包括工作站以及主控機組成，并通過以太網方式進行構建，結合泵站的實際所需，能夠對工作站進行靈活配置[2]。通過采取總線型的組網方式，能夠對所監測的數據信息進行快速響應，實現對泵站各機組的勵磁、溫度、保護等系統的全面監測和遠程控制，主要包括系統診斷、運行監測以及系統設置與控制等。

2.2 現地層

現地層是整個泵站計算機監控系統的基礎層，主要用于實現泵站各個機組的各種監測數據的采集以及處理等操作，通過借助相應的采集設備用于實現各機組的勵磁、溫度、保護等數據信息的獲取，并將采集后的信息通過串口或者網絡方式傳輸至PLC 或遠程的泵站控制層主控機中進行處理或存儲，同時，還能夠被遠程的泵站控制層進行遠程調度和指令控制，當控制層發生相應故障，無法進行遠程監測和控制時，現地層各機組能夠與控制層主機相脫離，各自完成相關受控對象的監測，在一定程度上能夠增加泵站系統的可靠性[3]。

2.3 網絡傳輸層

網絡傳輸層是整個泵站計算機監控系統的中間層，能夠有效保證各機組監測數據信息的快速可靠傳輸。在整個網絡傳輸層中通常采用串行通信以及以太網方式進行[4]。由于泵站各機組中的勵磁、保護等裝置或設備的通信能力受裝置本身硬件配置所限制，導致不能采取統一的總線方式進行連接，所以與上述設備通信主要采用串行數據通信方式，由通信工作站等承擔此功能，采集的信息經預處理，經以太網送各上位機進行顯示。

3 泵站計算機監控系統的改造分析與設計

3.1 計算機監控系統改造方案分析

對辛莊泵站計算級監控系統的改造過程中，為了能夠實現工作人員對泵站8 臺機組及配電設備的運行狀態進行實時監控和設備運行的高效管控，首先需要對老的辛莊泵站計算級監控系統的方案所存問題進行全面分析，然后在此基礎上進行改進和完善，早期的山東調水辛莊泵站監控系統網絡拓撲結構圖如圖1 所示。

圖1：早期的系統網絡拓撲結構圖

圖2：改造后系統網絡拓撲結構圖

圖3：遠程控制邏輯圖

從早期的辛莊泵站監控系統網絡拓撲結構圖能夠看出，各個機組的PLC 主要通過串口線與相應的工控機進行信息交互，將實時監測的設備運行狀態首先需要送入至工控機中，然后通過工控機利用以太網與遠程的調度室進行數據信息的交互，在本地也可以直接通過局域網進行數據信息的存儲與調用。此種方式，由于各個機組的PLC 不能夠直接與遠程的上位機進行數據信息交互，在一定程度上降低了數據傳輸效率，同時，難以充分發揮監控系統的實時性，而且容易受到工控機運行狀態的影響，難以有效保證系統的監測效率。

3.2 改造方案的設計

結合辛莊泵站計算機監控系統改造方案的具體分析可知，通過借助以太網能夠將溫度巡檢、勵磁裝置以及流量計等數據信息通過PLC 獲取后與調度級的操作站等相關上位機進行直接通信，各種外圍的監控設備均可以直接與PLC 進行數據信息的交互，調度級的上位機可以直接利用Web 方式訪問服務器或現地級的各個PLC 的監控情況，對各泵站的具體運行工況進行直觀掌握，各監測數據也能夠通過局域網進行高效傳遞，具體的改造后的辛莊泵站計算機監控系統網絡拓撲結構圖見圖2。從改造后的網絡拓撲結構圖可以看出，該辛莊泵站的網絡拓撲主要由現地級、調度級以及網絡傳輸層三級構成，網絡傳輸層通過采取以太網傳輸方式，利用TCP/IP 協議進行通信。

結合具體改造方案，以及老的辛莊泵站計算機監控系統所存問題，改造后的整個山東調水辛莊泵站計算機監控系統的功能模塊主要包括信息采集和傳輸、信息處理及預警以及遠程調度控制三大核心模塊。

3.2.1 信息采集和傳輸模塊

信息采集和傳輸模塊主要針對的是辛莊泵站現地級，具體通過PLC 對需要監測的數據信息進行采集。在實際的采集過程中，主要利用PLC 系統對各個機組的溫度巡檢、勵磁裝置以及數據等運行設備數據進行采集，并在各設備上進行現地顯示，供巡檢人員現場核查。PLC 與上位機系統使用TCP/IP 通訊協議，將采集的數據傳輸至調度層，在調度層的數據庫服務器中進行保存、處理以及調度等相關操作。

3.2.2 數據處理及預警模塊

從現地級傳輸至調度級的數據，待PLC 獲取后，利用以太網可以直接將其傳輸至調度級數據服務器中，調度層對各機組所傳輸過來的數據信息主要能夠進行以下處理：

（1）對各機組的運行數據信息進行接收和處理后，能夠對數據庫服務器中的數據信息進行及時更新，當監測的數據超出相應閾值或預設值時，能夠對相應的報警信息進行及時記錄，并能夠結合圖文或者音頻等多種方式對其預警信息進行展示。

（2）能夠對各機組的監測數據信息進行顯示，并通過上位機界面對各機組的設備運行狀態利用指示燈或數據圖表等對其進行直觀展示。

（3）對泵站各機組的具體巡檢情況進行全方位的記錄，具體包括巡檢人員的操作信息、巡檢項目以及操作時間等。

在預警模塊中，由于辛莊泵站各機組的數據采集設備在改造前已運行多年，設備相對老化，因此在數據采集精度上不夠準確，導致預警功能不夠理想，在此次的改造過程中，首先需要對其數據采集設備進行更換，并在老的預警方案的基礎上，能夠較好實現機組設備運行狀態的實時監測和顯示，同時還能夠支持參數越界報警以及發生事故后能夠及時追憶，對其記錄能夠借助調度級的數據庫服務器進行自動生成，并便于后續調度所用，進一步提高預警模塊的完善性和精度。

3.2.3 遠程調度控制模塊

調度級對現地級監控站的遠程調度控制方式主要包括兩種：調度指令方式以及直接下發控制指令方式。

調度指令方式：調度級中心通過業務應用系統將調度目標下發到各個分中心，由各個分中心通過計算機監控系統將調度目標分解為針對相關現場監控站的控制指令，然后由分中心將控制指令下發到相應現場監控站的PLC，再由PLC 執行控制指令；

直接下發控制指令方式：調度級中心直接將控制指令下發到分中心，然后分中心轉發到相應現場監控站的PLC，或中心直接將控制指令下發到現場監控站的PLC，由PLC 執行控制指令。

結合實際業務需求，具體的辛莊泵站遠程調度控制模塊中的遠程控制邏輯圖設計見圖3。

4 總結

隨著國內水利建設的不斷飛速發展，我國的各大中型泵站也相繼開始建設，機組容量也隨之擴增，泵站安全穩定可靠且高效運行是各泵站所需考慮的重大問題。本文結合山東調水辛莊泵站實際建設情況，對泵站早期的監控系統所存問題進行分析，結合泵站實際業務需求，對泵站的計算機監控系統的具體改造進行了全面分析，設計出了新的泵站計算機監控系統網絡拓撲結構圖，并對其重要的三大模塊展開了詳細闡述，整個新設計的監控系統改造方案具有較強的可行性，為山東調水辛莊泵站的計算機監控系統全面升級改造能夠提供參考。