探析排涝泵站自动化监控系统的设计与实现

探析排涝泵站自动化监控系统的设计与实现

林昭生

深圳市治理深圳河办公室

摘要：本文通过对当前城市排水泵站运行分析，提出了泵站自动化远程监控系统的设计与实现的方法。

关键词：自动化；泵站自动化；远程监控

一、泵站工程的概述及控制

1.泵站工程概述

罗雨泵站是深圳市罗湖小区防洪排涝工程的骨干工程，泵站位于罗雨干渠出口南侧，泵站设计规模为48.0m3/s，共安装6台型号为1600ZLB9-5的立式轴流泵，配备500KVA二台（一用一备），共两台变压器，总装机3780kW，扬程6.0m。

罗雨泵站于1995年4月23日开始动工兴建，1996年4月建成通水，泵站的机电设备运行至今已有22年。罗雨泵站自动化系统对罗雨泵站所有机电设施实行自动化监控、图像监视，实现了罗雨泵站工程管理现代化，提高整体管理水平，具备远程监控能力。泵站自动化系统主要实现对六台异步电机的保护、数据采集、通信、机组及辅助设备的检测、控制、电能计量等功能，通过闭路监视系统，对泵站机组、车间、厂房等设备进行监控保护，具有越限及设备异常告警、记录、计算、等功能。实现遥测、遥控、遥信、遥调、遥视。

罗雨泵站自动化系统实现闸门启闭自动化，闸门可以根据水位的高低实现远程控制闻门的启闭，在开启闻门时自动完成间门锁定过程。运行操作实现智能化，并具有维护或异常时的现地可操作功能，自动现地操作互锁。系统在水闸安装闭路监视系统，通过闭路监视系统的远程服务，实现远程，通过E测览器对各水利设施系统的遥视。

2.控制要求

为适应泵站、水间自动化的需要，设计采用微机技术，实现微机保护、微机监控，使其集保护、遥控、遥信、遥测、遥调五大功能于一体。在罗雨泵站设立泵站、水闸机电设备监控中心，可对泵站水闸进行全方位控制管理，从而实现泵站、水闸的综合自动化。各泵站、水闸辅以一套闭路电视通过监视器能动态实时地显示各设备运行情况。

二、排涝泵站设计

1.保持先进性与实用性

保持系统在技术上的先进性，系统配置和设备选型符合计算机发展迅速的特点，充分利用计算机与自动化领域的先进技术，使系统达到当前的国内先进水平。

2.开放性与可扩展性

设计具有开放的接口和灵活定制的功能，除此之外系统需要具备强大的扩展能力，可以很方便地挂接其他旧有系统和新开发的系统，并能与这些系统很好地融合，实现数据共享，适应功能的增加和规模的扩充。

3.安全性要求

由于系统设计需要远程监控且需要大量数据传输，网络安全与数据安全尤为重要。设置防火墙，防止网络入侵攻击，对病毒实时监控报警，对数据进行加密处理尤为必要。

三、排涝泵站信息化监控系统技术

1.PLC的基本结构和组成

PLC控制柜的布置和连线详见PLC控制柜内布局和接线图。PLC控制柜的设计考虑了防雷措施，按照户外进线必须避雷的原则，控制柜的设计将户外输入的主要模拟信号经过信号避雷器后才接进PLC。系统中PLC直接面对现场的设备，它可以取代现有的继电器控制屏且功能强得多，同时担负着对现场数据进行采集的任务。

下面简单介绍框图中各部分的主要功能。

通用PLC的结构框图

2.WonderwareInTouch10可视化软件介绍

WonderwareInTouch10软件是一个开放的和可扩展的HMI，它在易用性、面向对象的可编程图形以及通讯连接性等方面持续保持优势。InTouch10作为一个实时的人机界面实用程序生成器，具有开发周期短、友好的面向对象图形界面，组态灵活的优点，是目前工业控制领域中简便易用的“快速应用程序生成器”。

3.SQLServer介绍

SQLSERVER是目前功能强大，性能卓越的关系型数据库。可对数据进行查看，分析和报表，减少繁重的人工记录数据。接受来自客户程序的SSQL查询，然后在数据库中找到所需的数据，再返回给客户程序。

四、设计实现

系统核心设计为三层体系结构，体现“集中管理，分散控制”原则。主要分成主控中心层，分控中心层，和泵站控制层。

1.主控中心

（1）网络环境设计实现

网络环境使用VPN专网。加装硬件防火墙和网络防病毒软件，防止网络攻击与病毒入侵。基于工业以太网技术，利用光纤网络传输远端泵站或其他监控点的音视频数据。在监控中心统一管理、操作现场视频设备，实现语音、数据、图像的“三网合一”。

（2）应用软件设计实现

主控中心对所有排水泵站监控、运行数据记录，负责分调度中心系统与其他管理系统的互联，实现数据共享，管理分调度中心。同时将泵站的进水池液位、泵站运行情况按照用户要求写入泵站运行监测系统的数据库。

2.分控中心

（1）网络环境设计实现

网络环境使用VPN专网。加装硬件防火墙和网络防病毒软件，防止网络攻击与病毒入侵。基于工业以太网技术，利用光纤网络传输远端泵站或其他监控点的音视频数据。在监控中心统一管理、操作现场视频设备，实现语音、数据、图像的“三网合一”。

（2）应用软件设计实现

分控中心系统的中间一级，是该系统的管理层，负责其所管辖范围内一些泵站的运行过程，用来实现监视、控制、管理等自动化功能。分控中心层连接一个或多个自动化泵站，并可与全系统信息综合监控管理系统互联。

3.自动化泵站现场

3.1控制要求

实现泵站现场工艺操作单元的全自动控制，并可实现两极控制中心远程控制。实现各水泵最优运行。

（1）泵站主要受控设备

各水泵的控制装置均需设有手动、自动、远控三种控制方式，可实现控制柜上的本地手动控制、PLC系统的自动控制、分控（主控）中心远程控制（远控）。

（2）泵的运行控制

①运行泵机的选择：为保证整个泵机组的运行寿命，在泵机运行的过程中，要保证每台泵机的运行时间大致相同，不使单台泵机长时间运行。②控制方式：手动、自动、远控。③水泵的特殊控制：当系统检测到有下列情况之一的，进行强制性启停泵：水池水位低于下限时，停止所有水泵；系统检测到水泵有过热、过载、过压、缺相或变频故障时，停止发生故障的泵，启动其他的泵，并发出报警信号，以免发生重大事故。

（3）电动阀门控制

在任何操作模式下，电动阀门必须都可开、关、停控制。

（4）启闭机控制

根据集水池的水位开或关启闭机，控制污水流量。可以手动、触摸屏控制、分控（主控）中心控制电动阀门的开、关、停。同时在自动操作模式下也可进行远控。

（5）通讯故障控制

当PLC系统与中央监控通讯中断时，PLC系统自动转为本地自动控制，确保泵站控制系统无人状态下的正常运行。

3.2触摸屏人机界面

主界面：能显示泵站主要设备的实时运行状态和故障状态，画面应简洁、清晰；当通讯异常时，能自动转入PLC全自动运行，即保证泵站正常运行。

结束语

泵站自动化远程监控系统的实现，能够更加科学、合理的安排泵站地运行，除了日常排污管理，还可提高市区防汛排水的工作效率，保障防汛安全；系统设计合理先进，操作简便，可靠性高，效果良好，完全能达到预期的目的和要求。

参考文献：

[1]PLC原理及应用[M].机械工业出版社，李长久主编，2006

[2]工厂电气控制技术[M].清华大学出版社，熊幸明主编，2005