淺談泵站自動化監(jiān)控系統(tǒng)
（張俊紅 ）
摘 要：自動化技術(shù)在能源、電力、機械、環(huán)境等行業(yè)的應(yīng)用越來越廣泛，也促使了自動化水平的不斷提高。計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的成熟和迅速普及，給自動化技術(shù)提出了新的要求和展示了新的應(yīng)用前景�？梢韵嘈�，基于計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的自動控制技術(shù)將是今天和明天的應(yīng)用主流。
關(guān)鍵字：泵站；自動化；監(jiān)控
近數(shù)十年來，自動化技術(shù)的應(yīng)用范圍越來越廣泛，應(yīng)用程度也更加深入。自動化技術(shù)的普遍應(yīng)用，極大地把人類從繁雜的體力勞動和不安全的工作環(huán)境中解放出來，顯著地改善了人類的工作環(huán)境和提高了人類的生活質(zhì)量。不僅如此，自動化技術(shù)的應(yīng)用，還明顯地增強了企業(yè)的競爭能力，使企業(yè)在激烈的市場競爭中立于不敗之地。
隨著計算機技術(shù)的飛速發(fā)展和社會進步，監(jiān)控系統(tǒng)在我國的水利事業(yè)中日趨廣泛的應(yīng)用于泵站監(jiān)控、船閘監(jiān)控、閘門監(jiān)控、變電站監(jiān)控等方面。對于泵站方面，從老泵站的自動化改造，到新泵站的無人值班（少人值守）設(shè)計，監(jiān)控系統(tǒng)起著決定性的作用。泵站自動化監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展，一方面與計算機技術(shù)的發(fā)展密切相關(guān)，而另一方面，水利綜合應(yīng)用對新技術(shù)、新產(chǎn)品的需求越來越高，特別是改革開放以來，“無人值班（少人值守）”新概念的提出，使泵站自動化監(jiān)控技術(shù)的水平不斷發(fā)展。
泵站自動化監(jiān)控系統(tǒng)是實現(xiàn)水利信息化的重要環(huán)節(jié)之一，泵站自動化監(jiān)控系統(tǒng)能完成所管轄區(qū)域內(nèi)所有泵站設(shè)備的現(xiàn)地和遠方控制操作、主要設(shè)備參數(shù)的實時監(jiān)測、故障報警、運行過程模擬顯示以及當?shù)貓D像監(jiān)視等功能；能有效地提高泵站設(shè)備的可靠性、安全性、可維護性以及控制操作的自動化水平；能夠?qū)崟r對設(shè)備參數(shù)和運行工況進行監(jiān)視，消除設(shè)備運行隱患，確保主設(shè)備的完好率和可調(diào)率，減輕運行人員勞動強度，達到“無人值班、少人值守”的運行管理要求，進一步提高泵站調(diào)度的及時性和準確性。順應(yīng)我國水利行業(yè)運行管理現(xiàn)代化的發(fā)展趨勢。
一、泵站監(jiān)控的發(fā)展
監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)展到現(xiàn)在，大致經(jīng)歷了以下三個階段：
1、第一階段是以常規(guī)控制為主、計算機為輔的計算機輔助控制系統(tǒng)（CASC）。
2、第二階段是計算機監(jiān)控和常規(guī)控制并存的系統(tǒng)（CCSC）。
3、第三階段是以計算機控制為基礎(chǔ)的監(jiān)控系統(tǒng)（CBSC）。
CCSC一般用于老泵站的改造，考慮系統(tǒng)可靠性及常規(guī)系統(tǒng)還能發(fā)揮作用。但這種方式增加了閉鎖和擴展等中間環(huán)節(jié)，加重了改造的工作量，無形中也增加了系統(tǒng)故障的幾率。而隨著計算機監(jiān)控在泵站的廣泛應(yīng)用，新上的泵站已不再考慮這種模式，而采用完全計算機控制的CBSC系統(tǒng)。
計算機監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展是與計算機、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展密切相關(guān)的，按照監(jiān)控系統(tǒng)各部分的功能分布和組成方式，監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)可分為以下兩類：
1、集中控制方式。這種方式采用星形接線，由一臺或兩臺計算機完成對所有被控設(shè)備的遠方集中控制和監(jiān)視。
2、采用開放、分層分布式系統(tǒng)。整個系統(tǒng)從結(jié)構(gòu)上分為兩級，主控級和現(xiàn)地控制單元級，現(xiàn)地控制單元級負責數(shù)據(jù)采集、設(shè)備的保護和控制調(diào)節(jié)操作的實施，主控級則注重于統(tǒng)計分析和全泵站性的控制。
二、泵站監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)通信設(shè)計
在泵站自動化監(jiān)控系統(tǒng)的實施過程中，數(shù)據(jù)通信是一個重要環(huán)節(jié)口。上位機系統(tǒng)除了采集可編程邏輯控制器(PLC)上送的數(shù)據(jù)外，一般還要與站 內(nèi)勵磁 、 保護、 溫度巡檢等多種智能裝置通信，由于各個廠家生產(chǎn)的智能裝置的通信協(xié)議不完全一致，而市場上大部分組態(tài)軟件僅支持一些 標準的通信協(xié)議，如 MODB US RTU和 MODBUS TCP等，給泵站自動化監(jiān)控系統(tǒng)的實施帶來了較大的困難。隨著計算機和通信技術(shù)的發(fā)展，一種以嵌入式控制PC為核心部件的通信管理裝置逐漸在計算機監(jiān)控系統(tǒng)中得到應(yīng)用，能方便、可靠地解決監(jiān)控系統(tǒng)與現(xiàn)場設(shè)備的數(shù)據(jù)通信問題，促進監(jiān)控系統(tǒng) 向分布化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展。
下面本文將以SJ-30通信管理裝置為例，進行簡要的分析。
SJ-30是南京南瑞自動控制有限公司自主研發(fā)生產(chǎn)的一種通信管理裝置， 它采用高度集成的工業(yè)級PC／104嵌入式控制 PC為核心部件，主要用于完成現(xiàn)地控制核心 PLC與多個現(xiàn)地智能設(shè)備之間的數(shù)據(jù)通信功能，并能靈活應(yīng)用于計算機監(jiān)控系統(tǒng)中的其他數(shù)據(jù)通信環(huán)節(jié)，可以實現(xiàn)RS-232／CAN／以太網(wǎng)異網(wǎng)間的通信連接。
在軟件方面，裝置以Linux為軟件平臺，采用C語言開發(fā)主應(yīng)用系統(tǒng)，實現(xiàn)各類數(shù)據(jù)的采集和規(guī)劃管理， 并通過內(nèi)置數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)各通信任務(wù)間的數(shù)據(jù)共享。
總體來說，該裝置具有如下特點：
1、核心采用了高度集成、自棧結(jié)構(gòu)、IBM- PC／AT兼容的 PC／lO4嵌入式控制PC，每個通信通道均采用獨立的中斷和收發(fā)電路設(shè)計，具有極高的可靠性。
2、嵌入Linux操作系統(tǒng)作為軟件平臺，充分利用X86CP U的任務(wù)切換機制， 實現(xiàn)了真正的多任務(wù)環(huán)境 。
3、具有8路標準串行接口、一個CAN 現(xiàn)場總線接口(支持CAN 2.0 B協(xié)議) 和一個以太網(wǎng)接口(10Mbit•S／lOOMbi t•S)，各個通信接 口均能夠獨立編程 ， 支持多種連接方式，靈活應(yīng)用于各種實際需求。
4、支持在線自診斷、自恢復(fù)功能,支持通過局域進行遠方診斷和維護。
5、組態(tài)界面友好，人機交互快捷方便，提供通用行業(yè)驅(qū)動程序包和產(chǎn)品庫函數(shù)，用戶只要進行簡的二次開發(fā)，就能實現(xiàn)通信功能，易于使用和維護。
三、泵站監(jiān)控系統(tǒng)功能
1、設(shè)備狀態(tài)檢修和設(shè)備運行壽命評估，即是設(shè)備檢修工作發(fā)展的必然趨勢，也是一項技術(shù)性很強的系統(tǒng)工程。狀態(tài)檢測主要利用現(xiàn)代化先進的檢測設(shè)備和分析技術(shù)對泵站的主設(shè)備的某些關(guān)鍵部位的參量進行在線實時采集、監(jiān)測，經(jīng)過集合現(xiàn)場積累的運行、檢測、試驗資料和專家經(jīng)驗的智能系統(tǒng)綜合分析，從而對設(shè)備可能存在的機械、電力問題作出一個實際的評估。要作出一個較準確的評估目前尚有很大的困難，國內(nèi)外都已做了大量的嘗試性工作，取得了寶貴的經(jīng)驗。在實施中，它作為一個相對獨立的系統(tǒng)，狀態(tài)檢修與控制系統(tǒng)之間有大量的數(shù)據(jù)需要共享，在考慮狀態(tài)檢修時應(yīng)與控制系統(tǒng)統(tǒng)籌安排，兩者有機結(jié)合。
2、生產(chǎn)管理，雖然計算機監(jiān)控系統(tǒng)都比較完備，但因種種原因還是有部分現(xiàn)場設(shè)備的監(jiān)測信號無法輸入到監(jiān)控系統(tǒng)中完成自動監(jiān)視。 安全生產(chǎn)管理可以通過監(jiān)控系統(tǒng)的實時數(shù)據(jù)進行分析，并經(jīng)過安全閉鎖條件檢查，從而實現(xiàn)安全管理。
3、流量控制及其平衡是整個供水安全運行的基礎(chǔ)，是調(diào)度層計算機監(jiān)控子系統(tǒng)的重要任務(wù)和功能。全線流量變化的穩(wěn)態(tài)影響因素主要為全線供水流量目標值的變化，暫態(tài)影響因素主要來自沿線分水點分水量的變化和各泵站泵組運行情況的偏差以及水庫庫情影響。 因此在計算時段Δt 內(nèi)，除進行靜態(tài)流量平衡分配運行外，應(yīng)能進行動態(tài)流量平衡的閉環(huán)控制和調(diào)節(jié)。對于小的流量變動，通過調(diào)節(jié)泵站運行泵組的葉片角度進行平衡；對于流量變動大的擾動，通過增減開機臺數(shù)平衡。
4、調(diào)度層計算機監(jiān)控子系統(tǒng)在滿足安全運行的前提下，應(yīng)具有可根據(jù)調(diào)度中心值班員輸入的總流量目標計劃值或供水運行優(yōu)化調(diào)度系統(tǒng)的決策議案，實現(xiàn)如下 APC 和經(jīng)濟運行的功能：校核各泵站進出水池水位差、當前揚程和泵組的運行效率特性，在各種安全和效率的約束條件下， 找出滿足總流量目標下的全線合理、 優(yōu)化的流量分配方案， 下達至各站點，并根據(jù)流量變化，實施流量平衡調(diào)節(jié)控制功能，對各泵站進行動態(tài)流量閉環(huán)修正和補償。自動確定各泵站起停的時間間隔及限制要求，自動逐級起停各泵站的運行。
四、結(jié)語
泵站自動化監(jiān)控是一個系統(tǒng)工程，它需要系統(tǒng)中各個部分如硬件、軟件、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、自動化執(zhí)行元件等有機組合，綜合考慮，它要充分利用計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、通訊技術(shù)、冗余技術(shù)、抗干擾技術(shù)等等。采用一種合適的結(jié)構(gòu)作為泵站監(jiān)控系統(tǒng)很重要，本文著重介紹的開放分層式結(jié)構(gòu)，能夠很好的滿足泵站監(jiān)控要求。

參考文獻
1、陳虹 唐鴻儒 《泵站監(jiān)控系統(tǒng)的現(xiàn)狀與趨勢》中國農(nóng)村水利水電2002
2、許煒曉 任光勝《高壓水泵站實時監(jiān)控系統(tǒng)》重慶大學學報(自然科學版)2002
3、陳仰平 《泵站自動控制系統(tǒng)的設(shè)計分析》 魅力中國2010

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