泵站电气自动化设计的思路及运用实例

　　1 泵站电气自动化发展的必要性

　　泵站电气自动化属于一门综合了多种科学技术的系统专业技术，包括计算机技术、网络信息化技术、通信技术等。泵站强调电气自动化技术应用，不仅是设备自动化操作、监控对象分析、设备软件系统平台控制、数据分析、信息化接口配置、通信协议优化等方面的技术完善过程，同时也是未来泵站建设走向可持续发展之路的实际需求，具有重要现实意义。

　　上桥泵站是安徽省茨淮新河灌区大型农村灌排两用泵站，实施泵站计算机监控系统技术改造后，运行中自动化控制系统不断完善和更新，实现了远程开停机、流量及水位监测、电能量监测、故障报警、信息采集与数据交换等功能。笔者现结合该站实际，谈谈泵站电气自动化的设计与应用，探讨如何利用先进的技术和设计能力提高泵站效率，降低运维成本。

　　2 泵站电气自动化设计思路

　　2.1 重视泵站信息收集

　　泵站信息主要是指泵站在运行过程中产生的基本数据信息，在一般情况下，需要最大程度提取泵站所有关键信息，并对这些信息的实时动态数据及时进行掌控。

　　2.2 设计的规范化

　　泵站电气自动化的设计应依据DB34/T 2746―2016《泵站计算机监控与视频监视系统设计规范》进行，在设计过程研究典型设计思路，以典型设计实现设计的规范化、标准化。

　　2.3 设计的典型性

　　按照一般要求进行典型设计分析，典型设计的通用模块直接使用在其他泵站系统的操作上，有效的设计泵站电气自动化的基本模式应是一个整体模板结构。按照基本模式分析，现在的泵站电气自动化技术可以使泵站运行分为水利的监管模式和监控模式等。典型自动化设计模式通常是将泵站的设施设备作为一个整体来研究，其灵活性比较大，同时避免在实际操作过程中出现缺陷，有效地避免设计功能不全等问题。

　　2.4 运行体系的架构选择

　　（1）监控主机配合通信协议的设备组成。监控主机计算机与具有通信协议设备对通信协议要求一般不高，一般是监控主机自动调度。但监控主机属于自动化操作系统，如果监控主机产生了任何问题，将不可避免地影响到转移指令功能，然后影响整个运行操作系统的正常工作。

　　（2）监控主机配合以太网通信。泵站电气自动化操作系统按照单位的形式可以分为三个层次，分别是PLC主机控制器、监控设备、网络交换机，通过以太网来完成PLC的通信。

　　（3）监控主机配合以太网通信的RTU结构。监控主机与RTU的以太网通信可实现远程监控功能，不仅如此，它还能实现开关量输入输出、模拟量输入和脉冲量的输入等。

　　3 上桥泵站计算机监控自动化应用实例分析

　　上桥泵站国电南端NC 2000监控系统采用全计算机控制的分层分布全开放式系统结构，由按功能分布的主控层及按对象分布的现地单元层组成。图1所示为上桥泵站监控系统结构图。主控层设备包括主控工作站1、主控工作站2、工程师站、厂长终端、UPS电源、网络正向隔离装置（NARI Syskeeper-2000）、Web服务器及网络设备等构成，并能与保护系统、直流系统、励磁系统相互通信完成数据交换、显示、报警等功能；现地控制单元包括7套LCU,2台机组LCU合用一个现地柜，开关站和公用设备合用一个公用现地柜。主控层和现地控制单元通过2台交换机相连组成双冗余100 Mb/s星型以太网，交换机3通过屏蔽双绞线与主控层各工作站相连。通过多模光纤与各现地控制单元相连，系统以手动优先、下层优先的方式设置必要的硬件和软件闭锁，使运行人员能方便地在各控制层之间、计算机与现地控制设备之间选定对设备的控制权，对无控制权的控制设备进行闭锁。

　　3.1 主控层功能

　　（1）数据采集与处理。主控层从LCU实时采集反映全泵站主要设备运行状态和参数的各种数据。如模拟量（机组定子温度、推力瓦温度、导轴瓦温度、叶片角度、油水气压力等）、交流量、脉冲量、通信量、循环扫描开关量和中断开关量等，并对全站主要设备进行集中监控管理，主要包括设备的调节控制、工况转换及参数设置等操作，以及防误操作输出闭锁、报警记录及历史查询、事件顺序记录、事故追忆、温度趋势报警与分析、事故语音报警、画面软拷贝、运行统计报表生成、系统数据库管理等功能。

　　（2）水泵机组投运过程中全计算机自动控制。水泵机组启动、停止，主变压器与站变投、退，辅助设备及油气水系统开关等，均实现了计算机全自动控制。

　　（3）水泵机组运行过程中可闭环调节和控制。可根据水位、流量，实施水泵叶片运行角度优化调节及机组无功调节。

　　（4）简洁、直观的可视化顺控流程。按流程图方式对控制进行组态、显示与操作；支持流程执行后回放功能，流程调度支持单步、断点连续等执行方式；支持在线修改、调试和离线仿真。

　　（5）画面显示。可显示各种电气接线图、油气水系统图、开关状态、各种水泵机组运行参数，如电压、电流、有功功率、无功功率、功率因数、流量、叶片角度、真空度及辅助设备相关电气参数等。

　　（6）远程监控。随着internet技术日新月益的发展，实时监控系统的远程控制功能在internet上得以实现，通过远程计算机安装NC 2000软件并有授予的权限，可通过互联网→正向隔离装置（网隔）→登录服务器完成远程监控功能。

　　3.2现地控制单元层功能

　　作为监控系统的底层现地控制设备，主要是完成各类数据的采集与预处理，并定时、随机或响应主控级计算机的召换，向主控级计算机发送采集的数据和各类报警信息。同时，主控级计算机出现故障或退出运行时，LCU仍能正常运行和就地实现对设备的基本监控功能，如数据采集、处理和设备运行监视，设备调节控制、工况转换及参数设置等操作，以及事件顺序记录、硬件自诊断功能，并进行在线诊断报警。

　　图1 上桥泵站监控系统结构图