淺談城市泵站遠程監控系統的開(kāi)發(fā)

摘要：針對我國城市泵站設備普遍偏舊，自動(dòng)化、信息化管理水平不高，有待實(shí)現泵站遠程集中監控等問(wèn)題，提出城市系站遠程監控系統開(kāi)發(fā)參考模型，闡述了城市泵站遠程監控親統的結構體系、開(kāi)發(fā)思路、泵站現場(chǎng)拉制時(shí)象及設計、監控中心設計、監控中心和各泵站通信、開(kāi)發(fā)工具及監控軟件設計等技術(shù)及要求。并扼要分析建立泵站遠程監控系統產(chǎn)生的效益。

關(guān)鍵詞:城市泵站 遠程監控系統 參考模型 計算機技術(shù)

1.城市泵站現狀

目前我國各大中城市的給水調水泵站、雨水泵站、排污泵站主要分散于城市城區，進(jìn)郊區及遠郊區。生產(chǎn)運行主要采用現場(chǎng)人員值守。些泵站建成及運行時(shí)間較長(cháng)，設備老化；近年來(lái)建設的泵站，大多數實(shí)現了現場(chǎng)自動(dòng)控制；也有少數地區實(shí)現了幾個(gè)泵站、*多幾十個(gè)泵站的遠程監控.采用的技術(shù)和設備參差不齊，效率、效果也不盡相同，例如有的泵站沒(méi)有自動(dòng)化監控系統；有的選用的技術(shù)及設備陳舊，穩定性差；有的泵站信息不能上傳，不能實(shí)現遠程監控等。這些都有待于采用更先進(jìn)的，成熟的技術(shù)和設備加以改造完善，實(shí)現所有泵站的自動(dòng)監控。本文提出建立泵站遠程監控系統的參考模型，供商榷。

2.參考模型

參考模型示意如圖1所示。泵站監控中心負責泵站生產(chǎn)運行的監測監控，并通過(guò)有線(xiàn)和無(wú)線(xiàn)的方式實(shí)現監控中心和各個(gè)泵站信息的交換傳輸。具體介紹如下。

2.1泵站生產(chǎn)流程及控制監測點(diǎn)

泵站工藝流程如圖2所示，泵站自動(dòng)控制流程如圖3所示。從圖2、圖3可知，自動(dòng)控制系統設計模型考慮了泵站生產(chǎn)控制的可能環(huán)節。包括入水流量和出水流量；集水池液位；集水池格柵前后液位差；集水池格柵前后液位差報警；泵站的設備運行狀態(tài)，包括：每個(gè)泵的電機運轉情況，啟/停狀態(tài)、電機溫度、電機工作電流和電壓；軟啟動(dòng)器的工作狀態(tài)；變頻器的工作狀態(tài)；流量計、液位計、液位差計、浮球液位開(kāi)關(guān)、溫度計、電流表和電壓表等的維護狀態(tài)；直接下達實(shí)時(shí)控制指令，控制泵站的運行。

2.2泵站監控中心

泵站監控中心的作用主要是監視和控制遠方各個(gè)現場(chǎng)泵站的生產(chǎn)運行，同時(shí)將各個(gè)泵站運行狀況信息上傳有關(guān)管理部門(mén)，同時(shí)考慮未來(lái)工作的可擴展性，應選用以下設備：工業(yè)控制計算機、高清晰度彩色顯示器、針式打印機、不間斷電源、管理計算機、激光打印機、工作臺、文件柜、轉椅，消耗品、大屏幕投影屏、工業(yè)鍵盤(pán)等。同時(shí)建成網(wǎng)絡(luò )系統，如圖4所示。

2.3網(wǎng)絡(luò )結構及通信

泵站監控網(wǎng)絡(luò )系統為以太網(wǎng)，可達14/100Mh/,速率，主要由3個(gè)子系統構成；監控中心網(wǎng)絡(luò )系統(如圖4所示),泵站現場(chǎng)監控網(wǎng)絡(luò )系統(如圖3所示)及各泵站和監控中心通信系統。前兩者分別為100Mb/s以及網(wǎng)及10Mb/s以太網(wǎng).各泵站和監控中心通信系統網(wǎng)絡(luò )通信方式很多，可只據監控泵站的數量、系統所在地的通信條件等諸多因素來(lái)確定，主要有兩種類(lèi)型：①有線(xiàn)：包括光纖.公共數據網(wǎng)PSDN、ISDN、電話(huà)撥號等；②無(wú)我：包括電臺、微波、擴頻微波及衛星?？紤]到泵站點(diǎn)多而且分散的特點(diǎn)，采用無(wú)線(xiàn)通信方式為佳，如圖5是種典型的無(wú)線(xiàn)微波通信方式，采用此無(wú)線(xiàn)通信方式，連接到各個(gè)泵站的速率可達到2Mb/s以上，*新，“品可達11Mb/s.可以滿(mǎn)足泵站網(wǎng)絡(luò )通信的要求。

2.4泵站監控系統軟件

泵站監控系統軟件要實(shí)現兩個(gè)主要功能：一是對下屬各泵站(可擴展)的運行情況進(jìn)行監視、控制；二是對下屬各泵站(可擴展)的日常生產(chǎn)活動(dòng)進(jìn)行管理。

(1)計算機監控管理程序。實(shí)現對PLC系統控制參數的設置；完成對數據采集系統的組態(tài)：監控生產(chǎn)作業(yè)過(guò)程，包括：顯示控制過(guò)程畫(huà)面和實(shí)時(shí)數據；顯示系統總體框圖；繪制重要參數的變化趨勢圖；顯示重要設備的工作狀態(tài)；歷史數據的統計分析和存儲；輔助管理日常生產(chǎn)業(yè)務(wù)，提供決策參考。

(2)事故報警。生產(chǎn)過(guò)程中的檢測量超標時(shí)，系統自動(dòng)報警顯示，并通過(guò)報警打印機打印輸出，形成記錄文件；生產(chǎn)過(guò)程中的自動(dòng)狀態(tài)下的控制設備發(fā)出故障信號或失去控制時(shí)，系統自動(dòng)報警顯示，并通過(guò)報警打印機輸出，形成記錄文件；報警數據自動(dòng)存儲以備事后分析。

(3)數據存檔和生產(chǎn)報表。系統自動(dòng)生成日報表、月報表和統計報表，通過(guò)報表打印機打印輸出，形成生產(chǎn)記錄文件，并且文檔可由EXCEL進(jìn)行自定義處理，或用其它工具軟件進(jìn)行處理；具有時(shí)間和事件控制存檔；可與其他Windows程序進(jìn)行動(dòng)態(tài)數據交換。

(4)人機操作界面設計。人機操作界面是整個(gè)系統與用戶(hù)之間交流的窗口，它提供一種直觀(guān)的圖形化的功能實(shí)現，整個(gè)操作界面為層次漸進(jìn)風(fēng)格：*一層為城市所有泵站的分布圖，主要顯示信息說(shuō)明：總進(jìn)水量、總出水量及各泵站總體狀況(正常、超載或關(guān)閉)等。*二層為各個(gè)泵站的工藝流程畫(huà)面，主要顯示信息說(shuō)明：該泵站的總進(jìn)水量、出水量及其各個(gè)設備的總體狀態(tài)(正常、超載或故障)等，控制窗口提供對該泵站啟動(dòng)/關(guān)閉等控制。*三層為泵站中各個(gè)具體設備的工作狀態(tài)、歷史記錄顯示，主要顯示信息說(shuō)明：集水池：液位、液位報警；粗格柵系統：粗格柵前后液位差、液位差報警；細格柵系統：細格柵前后液位差、液位差報警；泵：所用泵的編號，電機的溫度、電流和電壓，啟或停，正?；蚬收?，電機報警；軟啟動(dòng)器：正?；蚬收?，啟/停，報警?？刂拼翱谔峁υ撛O備啟動(dòng)/關(guān)閉及維護等控制。

3.社會(huì )及經(jīng)濟效益

通過(guò)建立泵站監控中心，實(shí)現泵站生產(chǎn)運行的遠程監控，預計可產(chǎn)生如下效益：建立泵站監控中心，可以實(shí)現復雜的泵站工藝流程的安全運轉，減少人為因素帶來(lái)的可能事故和隱患，減輕勞動(dòng)強度，提高工作效率和效益；節約能耗，實(shí)現增效；泵站監控中心和主管職能部門(mén)，能及時(shí)方便地了解掌握泵站的生產(chǎn)和運行情況。

4.泵站管理系統

泵站管理平臺由本地保護測控裝置、測量采集儀表、PLC自控裝置、視頻安防、本地控制系統以及區域泵站管理平臺組成。通過(guò)泵站管理平臺可以實(shí)現對區域內泵站的數據采集、運行監測、控制調節、能耗分析、事故預告報警、事件記錄、運維管理等功能，實(shí)現泵站無(wú)人值守、集中運維管理，提高泵站的運行可靠性。

圖4泵站管理平臺網(wǎng)絡(luò )結構示意圖

4.1泵站管理系統(就地部署)

Acrel-2000M泵站管理系統部署在泵站內部，實(shí)現對泵站的多方面監視、控制和運行記錄，在異常時(shí)可及時(shí)發(fā)出報警信號，保障泵站運行安全。

泵閘全景圖

泵閘全景圖可以幫助用戶(hù)進(jìn)行多方面的監測泵閘多方面的運行狀態(tài)，比如內外河水位、節制閘東西方向的開(kāi)度、內外側閘門(mén)的開(kāi)度、水泵運行的狀態(tài)以及電流。

泵站總覽及單線(xiàn)圖顯示

查看泵站配電回路的分布和連接情況以及主要的電參量。主要數據包括：三相電流，三相電壓，功率、電能、功率因數、回路名稱(chēng)。

節制閘監控

監測節制閘運行狀態(tài)，比如閘門(mén)開(kāi)度，是否鎖定解鎖等狀態(tài)，同時(shí)具備監測內外河水位的趨勢、油泵的運行情況。另外在該功能模塊可以實(shí)現對節制閘、油泵的遠程控制功能，并可以進(jìn)行遠方/就地控制的切換。

水泵運行監控

監測水泵運行狀態(tài)，比如運行、停止、保護裝置故障等狀態(tài)，實(shí)現對水泵遠程控制、排水引水聯(lián)動(dòng)控制，在實(shí)現遠程控制功能之前將水泵、工作閘門(mén)PLC控制柜選擇遠方。排水引水聯(lián)動(dòng)時(shí)，系統將下發(fā)進(jìn)水閘門(mén)打開(kāi)命令，直至進(jìn)水閘門(mén)全開(kāi)狀態(tài)。

閘門(mén)監控

監測工作門(mén)、油泵運行狀態(tài)，比如運行、停止等狀態(tài)，在該功能模塊可以實(shí)現對工作門(mén)、油泵遠程控制。

趨勢曲線(xiàn)分析

可以監測電機運行負荷曲線(xiàn)、內外水位曲線(xiàn)等等，幫助用戶(hù)分析和記錄運行趨勢。

此外，系統還具備異常報警、報表制表等功能，使管理人員及時(shí)了解電站運行情況。

4.2區域泵站管理平臺

AcrelEMS泵站管理平臺設置在云服務(wù)器或者*定的區域指揮中心，實(shí)現對區域內不同類(lèi)型泵站的統一監控，提高管理效率。平臺具備泵站地理位置顯示、泵站3D展示、電力監控、數據查詢(xún)、控制調節、能耗分析、視頻監控、報警管理、設備管理、運維管理等功能。數據可通過(guò)4G無(wú)線(xiàn)專(zhuān)網(wǎng)或網(wǎng)絡(luò )傳輸。

泵站地理位置標識

可在地圖標識泵站位置，點(diǎn)擊地圖上圖標可直接進(jìn)入泵站監視界面。

泵站工藝3D展示

通過(guò)2.5D或3D界面實(shí)時(shí)展示泵站運行狀態(tài)，包括電氣數據、管網(wǎng)、水位、閘門(mén)狀態(tài)等。

電力監控

實(shí)時(shí)監測泵站配電系統運行狀況，包括電氣參數，越限/異常報警等等。

泵站非電量監控

平臺可展示泵站變壓器、電機、線(xiàn)纜等關(guān)鍵接點(diǎn)溫度，另外可對泵站電機振動(dòng)、環(huán)境溫濕度、水位、閘門(mén)狀態(tài)、視頻、門(mén)禁等各種參量，并可設置越限報警。

能耗分析

分析各泵站電能消耗數據和碳排放分析，對標水泵能效指標，為管理者進(jìn)行設備能效升級改造提供數據支持。

報警分析

平臺可對區域內泵站的報警進(jìn)行分級：普通、嚴重、事故三個(gè)級別，并對所有事故進(jìn)行分析，幫助管理者更好了解泵站的運行狀況，避免錯過(guò)重要的報警信息。

設備檔案及運維管理

平臺針對泵站設備建立設備檔案庫，記錄設備生產(chǎn)廠(chǎng)家、性能參數、維護保養信息，并生成設備二維碼，支持運維巡檢、缺陷記錄、工單管理、事故搶修等運維管理流程，幫助用戶(hù)更高效的管理泵站運維。

此外平臺可接入各泵站的照明控制系統、應急照明和疏散指示系統數據，通過(guò)平臺進(jìn)行統一監控管理，提高泵站的運行安全和管理效率。

5.泵站的電氣自動(dòng)化二次產(chǎn)品選型

5.1泵站電氣設備的自動(dòng)控制、測量、保護、監視、通訊

其內容包括：泵站高壓送、變電系統；泵站0.4kV配電系統；泵站直流系統；電機的綜合保護系統。泵站的保護測控裝置配置如圖2所示。所有裝置均具備通訊接口，可通過(guò)智能網(wǎng)關(guān)接入本地監控系統或者區域泵站管理平臺，智能網(wǎng)關(guān)具備邊緣計算和邏輯控制功能，可根據現場(chǎng)運行工況進(jìn)行自動(dòng)控制。

圖2泵站保護測控裝置配置圖

表1泵站保護測控裝置選型

5.2泵站及重要輔機系統的自動(dòng)控制、測量、監視、通訊

其內容包括：為主機配套的油系統的控制（例如：水泵葉片調節壓力油系統、快速閘門(mén)液（油）壓操作系統、油系統、齒輪箱冷卻油系統等）；為主機配套的氣系統的控制（為真空破壞閥（虹吸式泵站）所配的低壓氣系統、為水泵葉片調節配套的壓力油及其它氣動(dòng)工具用的中壓儲能氣系統）；泵站水系統（為主機組配套的冷卻水系統、泵站排水系統和消防用水系統等）。

5.3各種非電量的自動(dòng)測量、監視、通訊

其內容如下：水工安全方面的位移、沉降、揚壓力、應力等各種監測；水文、水位、水情、水量、水質(zhì)等各種監測；各種溫度、濕度的監測；絕緣監測；各閘門(mén)開(kāi)度、荷重等監測。

這些信號均為模擬量和開(kāi)關(guān)量形式輸出，采集信號為4-20mA模擬量信號和開(kāi)關(guān)量信號，這些信號主要PLC裝置采集并進(jìn)行相應的告警和控制，數據可上傳泵站管理平臺。

為了提高可靠性，4-20mA或者0-5V模擬量信號需要增加信號隔離裝置來(lái)實(shí)現限壓、限流、隔離等措施，增加系統的抗干擾能力。

表2泵站信號采集及隔離裝置選型

泵站應設置正常工作照明和應急照明，并滿(mǎn)足各場(chǎng)所照度要求，應急照明持續供電時(shí)間應不少于30min。

表3泵站照明系統要求

安科瑞為泵站提供消防應急照明和疏散指示系統和智能照明控制系統解決方案。正常工作照明可以采用感應控制、定時(shí)控制、遠程控制等控制方式，滿(mǎn)足泵站工作照明要求。應急照明和疏散指示系統提供不少于90min的應急照明，采用集中電源供電，確保消防安全。消防應急照明和工作照明控制均可接入泵站管理平臺實(shí)現集中監測和控制。

圖3泵站消防應急照明和工作照明系統

6.結束語(yǔ)

本文針對我國城市泵站遠程監控系統的開(kāi)發(fā)建設，提出了城市泵站遠程監控系統實(shí)現的手段和技術(shù)方法，希望能對我國城市泵站遠程監控系統的開(kāi)發(fā)建設提供有益的參考。

【參考文獻】

[1]李啟飛.城市泵站鹽城監控系統的開(kāi)發(fā)

[2]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊.2022.05版.